渗透系数空间变异性对低渗透地层中地下水溶质运移的影响

以天津市北大港水库为例,通过野外勘探、现场取样、室内试验、数值模拟等方法,研究水库库底地层渗透系数空间变异性对地下水溶质运移的影响。结果表明:北大港水库库底地层渗透系数较小,且呈现出较强的空间变异性;地下水流通量随地层渗透系数空间变异程度的增加而增大,渗透系数均值对水流通量的影响大于其标准差;渗透系数均值越大,在地下水流的抑制作用下,溶质运移程度越弱,而渗透系数空间变异性越强,地下水流的抑制作用相对越弱,溶质运移程度越强。     

溶质在土壤中的渗流建模与数值仿真

针对液态溶质在土壤中的渗流问题,利用数学模型描述了符合达西定律的二维非稳定渗流,并运用有限体积法对该模型进行了数值求解.得出了给定渗流场不同渗透系数、单位贮藏量下的水头、渗流量的变化规律,模拟了液态溶质在土壤中的渗流过程.通过对计算结果的可视化处理、比较分析,发现渗透系数、单位贮藏量等因素对液态溶质在土壤中的运移都有不同程度的影响,渗透系数越小,液态溶质运移速度越慢;单位贮存量越小,液态溶质运移速度越快;反之亦然.     

渗透系数的条件模拟对污染物运移的不确定性分析

应用基于顺序条件模拟的蒙特卡罗方法,分析不同的先验渗透系数对污染物运移的不确定性影响.研究结果证明渗透系数的条件模拟可大大降低污染物运移结果的不确定性;随着渗透系数条件点数的变化,通过模拟得到的含水层中污染羽的空间矩(一阶矩和二阶矩)变化并不明显,各点的污染物浓度均值变化也不大.而污染物浓度变化的最大方差(不确定性)则随着渗透系数条件点数的增加而减小,同时运移结果的不确定性还取决于渗透系数条件点在空间上的分布位置.最后,根据渗透系数不同的条件模拟对污染物运移结果的响应,对实际工作中选取条件点的多寡提出相应的建议.     

水质耦合模型在农药对土壤包气带污染中应用

在综合考虑农药类污染物在非饱和土壤环境中的水动力弥散、吸附解吸及微生物降解等环境行为的前提下,建立土壤中农药类化学污染物迁移的耦合动力学模型,模型中充分考虑了溶质在土壤固体骨架上非平衡吸附作用,并对农药阿特拉津在土壤中的运移过程进行了数值模拟,对模型中的几个重要参数(含水率、吸附速率和水动力弥散系数)进行了灵敏度分析;结果表明,土壤水分含量变化对农药类污染物质在环境介质中迁移转化起着重要作用.这对于定量化分析农药类污染物在土壤中迁移对地下水污染的潜在性影响提供了可靠的理论根据,同时可为现场农药环境污染评价提供技术支持.     

存在表面络合作用情况下地下水中U(Ⅵ)运移耦合模拟

由于地下水系统中,孔隙介质比表面积大,研究核素运移时应该考虑发生在固-液表面上的化学反应.表面络合理论能很好地描述固-液界面上发生的化学反应,解释固-液界面吸附作用.本文研究了存在表面络合吸附作用情况下地下水中核素U(Ⅵ)的运移情况,并以我国南方某尾矿库为例成功实现了对浅层地下水中核素U(Ⅵ)运移的数值模拟.研究表明,在模拟固-液比相对较大的地下水系统中溶质运移规律时,考虑表面络合作用是必要的;在该研究区内表面络合吸附作用与pH值呈非线性关系,当pH为6~7时,孔隙介质表面对U(Ⅵ)吸附量较大,且pH为6时地下水中U(Ⅵ)浓度达到最低.     

重金属砷在饱和土壤中迁移过程模拟

重金属污染预测和评估是土壤与地下水修复的重点与难点,土壤中重金属迁移过程模拟能够为污染防治和水资源保护提供科学指导。本文基于有限元方法,建立了三维地下水重金属溶质运移模型,考察南京某化工场地重金属As(V)的迁移运动规律。数值模拟通过改变渗透系数、弥散度、分配系数、孔隙率,对比分析不同参数条件下,重金属As(V)溶质在土壤中的迁移规律。引入敏感性指数作为量化指标,比较各参数对重金属砷迁移的影响。数值分析结果表明：污染晕中心砷质量浓度随污染物持续通入逐渐增加到7.12 mg/L,污染范围不断扩大,纵向迁移距离远大于横向;七年后污染物不再注入,污染范围在水流的作用下整体往下游迁移,污染晕中心浓度不断下降,第40年污染晕中心往下游迁移6.5 m,浓度已下降为0.33 mg/L。连续注入污染物10年情况下,增加渗透系数与弥散度都会导致污染晕中心As(V)浓度下降,纵向迁移距离增加;分配系数增加则出现污染晕中心浓度与纵向迁移距离都减少的情况;由于土壤对重金属As(V)的吸附较强,在参数±50%的变化中,分配系数对重金属的迁移距离影响较大,与渗透系数、弥散度的影响程度相当,敏感性指数分别为18.0%、18.0%与16.3%;孔隙率敏感性指数为0.006%,在本文模型下对重金属As(V)迁移的影响几乎可忽略。     

地下水水位变动对土壤盐分运移的影响规律研究

通过对室内均质土柱试验,研究了地下水埋深在80cm．60cm、40cm的情况下,土壤盐分运移的变化及规律。结果表明：地下水埋深对土壤剖面的盐分分布影响显著。不同地下水埋深土柱积盐规律相似。随着地下水埋深逐渐增大,积盐的时间依次延长。当地下水埋深达到80cm时,在试验条件下以毛管水形式上升的地下水已经无法快速到达土柱表面,在该地下水埋深条件下土壤积盐强度不大。灌水后,土壤表层盐分随水分向下运动。     

基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液,而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义.考虑了垃圾体的非均质性,建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型.利用COMSOL Multiphysics?软件,首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的渗透系数以及压力水头进行了比较,其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同影响因素下,均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律.结果表明,随着横纵向渗透系数比值的增加,最终在100 d时:均质模型的含水率由0.609增加到0.68,横向影响范围从4.842 m增加到6.79 m;正态分布模型的含水率由0.573增加到0.610,横向影响范围从4.097 m变为4.04 m.这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型.而当回灌速率和回灌时间相同时,正态分布模型渗滤液的渗流速度更快,易于优先达到饱和含水率,并在短暂的峰值后迅速下降,且随着回灌速率和回灌时间的增加,达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液, 而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义. 考虑了垃圾体的非均质性, 建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型. 利用 COMSOL Multiphysics^® 软件, 首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的 渗透系数以及压力水头进行了比较, 其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同 影响因素下, 均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律. 结果表明, 随着横纵向渗透系数比值的增加, 最终在 100 d 时: 均质模型的含水率由 0.609 增加到 0.68, 横向影响范围从4.842 m 增加到 6.79 m; 正态分布模型的含水率由 0.573 增加到 0.610, 横向影响范围从4.097 m 变为 4.04 m. 这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水 率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型. 而当回灌速率和回灌时间相同时, 正态分布模型渗滤液的渗流速度更快, 易于优先达到饱和含水率, 并在短暂的峰值后迅速下降, 且随着回灌速率和回灌时间的增加, 达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

双酚A在不同级配土壤中的吸附特性试验

通过土壤吸附试验研究不同级配土壤对双酚A(BPA)的吸附特性,并分析了土壤颗粒特性、水力特性与土壤吸附特性间的相关关系。试验结果表明:不同级配土壤对BPA的吸附均为非线性吸附,可用Freundlich吸附等温模型描述;粒径小于0.075 mm的土壤颗粒对BPA的吸附接近线性吸附,非线性因子为0.979;粒径0.01 mm以下颗粒质量分数与土壤吸附能力成正比;土壤吸附能力与土壤渗透系数大小成反比,随着渗透系数增大,土壤对BPA的吸附能力趋于恒定值。     

双酚A在土壤中的吸附性能

研究了双酚A在土壤表面的吸附行为,探讨pH值、土壤用量、双酚A的起始浓度、腐殖酸、温度对吸附作用的影响.实验结果表明:双酚A在土壤表面的吸附平衡时间约需2h,双酚A在土壤表面的吸附行为可以较好地用Langmuir型吸附等温式来描述,吸附量随着pH值的增加而减小,随着土壤量的增加而增加.热力学计算表明升高温度不利于吸附.     

双酚A分子印迹聚合物的制备及其在环境监测中的应用初探

采用分子印迹技术,以双酚A为模板分子、2-乙烯吡啶为功能单体,通过微球法合成了对双酚A具有高度选择性的分子印迹聚合物(MIPs),以此印迹聚合物为固相萃取填料,试验了聚合物在结构相似底物竞争环境下对双酚A的特异选择性能.通过Scatchard分析,该聚合物对双酚A存在两类不同的结合位点,其中特异性结合的平衡常数达1.78×105 L/mol,表观最大吸附量为7.23μmol/g.固相萃取结果表明:合成的MIPs对双酚A具有高度的特异选择性,为从复杂环境介质中分离富集双酚A提供了一种快速有效的方法.     

基于BP神经网络和析因设计的土壤中EE2和BPA超声辅助生物降解模型

以碳源添加量、 氮源添加量、 恶臭假单胞菌接种量、 超声时间和降解时间作为输入变量, 以雌激素乙炔基雌二醇（EE2）和双酚A（BPA）的降解率为输出变量, 构建土壤中超声辅助的EE2和BPA降解BP神经网络模型. 利用BP神经网络模型预测雌激素超声辅助降解析因设计的响应值, 并通过析因设计分析影响雌激素微生物降解的主效应及交互作用, 进而求解土壤中EE2和BPA的最优降解条件为10%的碳源添加量、 10%的氮源添加量、 接种量为20 mL、 超声时间为1 min和降解时间为168 h. 结果表明: BP神经网络模型的相关系数为0.952 5和0.983 1, 模拟效率系数（NSC）为0.956 5和0.957 2, 模型具有较准确的预测功能; 碳源添加量×氮源添加量和碳源添加量×恶臭假单胞菌接种量在雌激素降解过程中发挥协同作用, EE2和BPA最大降解率分别为87.13%和69.27%; 分析雌激素的有机碳标化系数 (lg K_oc)及其半衰期的结果表明, EE2和BPA的降解效果与其移动性成正比, 与持久性成反比.     

毒死蜱在农田土壤中的迁移能力研究

【目的】掌握不同深度剖面土壤对毒死蜱的吸附特征以及土壤理化性质与毒死蜱吸附程度的关系,全面准确地评价毒死蜱在土壤中的迁移能力及其对地下水污染风险。【方法】采用批量吸附实验考察南北方3个不同农业区(常州、天津和寿光)不同深度剖面土壤对毒死蜱的吸附特征,并使用Linear模型、Freundlich模型对吸附动力学与吸附等温数据进行拟合,同时采用Spss 13.0软件分析土壤对毒死蜱的吸附能力与土壤理化性质的相关性。【结果】土壤对毒死蜱的吸附符合二级动力学吸附规律(R~2=0.95~0.99),常州表层土壤对毒死蜱的吸附速率最低。Freundlich方程能较好地对土壤吸附毒死蜱的动力学进行拟合(R~2=0.93~0.99),3个研究区表层土壤对毒死蜱容量均明显高于下层土壤。毒死蜱对3个研究区地下水的污染风险为常州寿光天津。土壤对毒死蜱的吸附能力主要与有机质含量有关,其次是矿物含量。【结论】土壤对毒死蜱的吸附是一种快吸附慢平衡过程;研究所得的线性回归方程能被用于估算风险评价中的相关指标值,可为毒死蜱污染地下水风险评价中相关指标值的获得提供简单可行的方法。     

表层沉积物和生物膜对双酚A的非线性吸附

以松花江表层沉积物和生物膜为例, 建立液相色谱法 快速检测水中双酚A（BPA), 并研究了BPA在表层沉积物(SSs)和生物膜(NSCSs)上的吸附规律. 结果表明, 采用液相色谱法, 配以紫外检测器, 对BPA的检测限（MDLs）为10 μg/L, 相对标准偏差（RSD）为2.6%~5.7%, 加标回收率为99.4%~117.8%（n=5）. 吸附实验结果表明, BPA在松花江表层沉积物和生物膜上的吸附过程主要为非线性吸附, Freundlich和Langmuir等温线均可描述BPA在表层沉积物和生物膜样品上的热力学吸附过程（p=0.001,n=8）. 与表层沉积物相比, 生物膜有机质含量较高, 具有较强的吸附能力.     

绿茶生物炭负载纳米零价铁对地下水中五价钒的去除效果及机理研究

钒(V)作为一种重要的工业原料被广泛应用于各个领域，但同时造成了一定程度的地下水污染。为了去除地下水中的五价钒V(Ⅴ)，利用常见的生产废料绿茶渣为生物质原料制备了活性炭(BC)，并在其表面负载零价铁(nZVI)，得到一种环境友好的可渗透反应墙(PRB)活性填料nZVI@BC；优化了nZVI@BC的制备条件，考察了溶液pH和竞争离子对V(Ⅴ)去除效果的影响；通过等温吸附试验判断其吸附模型，进行了吸附动力学分析，并探究了其反应机理。结果表明：FeSO₄溶液的最佳反应浓度为1.0 mol/L，热解温度为300 ℃，在该条件下制备的nZVI@BC在吸附19 h后对V(Ⅴ)的去除量达71.6 mg/g；当溶液pH>3.0时，随着pH的升高，nZVI@BC对V(Ⅴ)的去除率逐渐降低；地下水中的共存阴离子与V(Ⅴ)发生竞争吸附，使V(Ⅴ)去除率降低；nZVI@BC的等温吸附过程符合Sips模型，吸附动力学符合Elovich模型，nZVI@BC去除V(Ⅴ)的机理为：BC吸附V(Ⅴ)后，表面Fe⁰与V(Ⅴ)发生氧化还原反应，生成Fe₂VO₄，V(Ⅴ)被还原为V(Ⅳ)。     

绿茶生物炭负载纳米零价铁对地下水中五价钒的去除效果及机理研究

钒(V)作为一种重要的工业原料被广泛应用于各个领域，但同时造成了一定程度的地下水污染。为了去除地下水中的五价钒V(Ⅴ)，利用常见的生产废料绿茶渣为生物质原料制备了活性炭(BC)，并在其表面负载零价铁(nZVI)，得到一种环境友好的可渗透反应墙(PRB)活性填料nZVI@BC；优化了nZVI@BC的制备条件，考察了溶液pH和竞争离子对V(Ⅴ)去除效果的影响；通过等温吸附试验判断其吸附模型，进行了吸附动力学分析，并探究了其反应机理。结果表明：FeSO₄溶液的最佳反应浓度为1.0 mol/L，热解温度为300 ℃，在该条件下制备的nZVI@BC在吸附19 h后对V(Ⅴ)的去除量达71.6 mg/g；当溶液pH>3.0时，随着pH的升高，nZVI@BC对V(Ⅴ)的去除率逐渐降低；地下水中的共存阴离子与V(Ⅴ)发生竞争吸附，使V(Ⅴ)去除率降低；nZVI@BC的等温吸附过程符合Sips模型，吸附动力学符合Elovich模型，nZVI@BC去除V(Ⅴ)的机理为：BC吸附V(Ⅴ)后，表面Fe⁰与V(Ⅴ)发生氧化还原反应，生成Fe₂VO₄，V(Ⅴ)被还原为V(Ⅳ)。     

含水层介质对石油类污染质的吸附特征研究

 东北某石油采区由于输油管道锈蚀而发生石油泄漏,对地下水造成了一定的污染,含水介质的吸附作用对石油类污染质的迁移转化具有重要影响.根据该地下水石油类污染场地水化学测试结果,结合其典型的地质及水文地质条件,通过吸附动力学和等温吸附实验,以最大吸附量、吸附速率、吸附动力学常数等为定量指标,分析该地区的含水层介质对石油类污染质的吸附特征.研究结果表明,含水层介质对石油类污染质的吸附动力学规律符合准二级动力学模型,吸附量与含水层介质的比表面积成正比,吸附作用主要为物理吸附作用;含水层介质对石油类污染质的等温吸附规律为非线性等温吸附;由Langmuir 模型结果可知,含水层介质对石油烃的吸附量及吸附速率由大到小顺序为粉土、粉砂、细砂.实验结果为研究石油类污染质在含水层的迁移转化规律及修复技术提供可靠的科学依据.     

三叉晶界迁移的晶体相场研究

【目的】研究三叉晶界对晶界迁移的影响。【方法】采用晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)方法模拟包含一个环形晶粒的三晶系统中三叉晶界的迁移过程。【结果】环形晶粒在演化过程中不断收缩,三叉晶界迁移具有自相似性;三叉晶界迁移速率与晶界曲率成正比。【结论】三叉晶界对晶界迁移有拖曳作用,且晶界曲率越小,拖拽作用越明显。