非均质介质中重非水相污染物运移受泄漏速率影响数值分析

重非水相污染物(DNAPL)在地下介质中运移和分布受多种因素控制,包括DNAPL本身的物理化学性质,土的性质,泄漏条件等等。由于介质的非均质性,使得多相流运移行为更为复杂。基于地下水随机理论构建渗透率随机场,采用蒙特卡罗方法探讨泄漏速率对非均质饱和介质中DNAPL运移的影响。数值结果表明,在泄漏总量一定的情况下,泄漏速率越低,介质非均质性对DNAPL运移的影响程度越高。反之,DNAPL的渗漏速率越高,小尺度地层的非均质性影响越低。由于DNAPL运移过程中在垂直方向受重力的影响,污染羽在空间上的质心位置(一阶矩)以及展布范围(二阶矩)在垂直方向上的变异程度要高于水平方向。

饱和介质中重非水相液体运移的数值模拟及敏感性分析

采用T2VOC程序对重非水相液体(DNAPLs)在饱和介质中的迁移和分布特征进行了数值模拟.以一个夹粘土透镜体的砂层介质为例,采用三相毛管压力函数Parker模型和二相毛管压力vanGenuchten函数,对比细透镜体对重非水相液体运移的影响.进而探讨分析了三相毛管压力函数模型参数的敏感性.研究结果表明毛管压力函数的不同会影响DNAPLs的运移,Parker模型较van Genuchten模型所反映出介质对DNAPLs的阻滞和滞留作用更强.进气压力对非均质介质中DNAPLs入渗分布的饱和度将有显著的影响.对Parker模型中的nαw、n以及孔隙度和饱和渗透率的敏感性分析对比发现,敏感性程度的高低顺序依次是孔隙度>n>饱和渗透率>αnw.

非均质裂隙介质中重非水相流体运移

由于裂隙介质具有强烈非均质性,使得重非水相流体(DNAPLs)在裂隙介质中的运移行为较孔隙介质更为复杂。基于指示模拟算法模拟裂隙介质的二元变量(粗糙面接触和裂隙开口),综合模拟退火算法构建裂隙渗透率随机场。采用T2VOC模拟DNAPLs在裂隙介质的运移,探讨粗糙面接触的相关长度、各向异性比、倾角以及非均质性程度对DNAPLs运移分布的影响。数值分析结果表明,粗糙面接触的相关性越差,DNAPLs污染范围越大;粗糙面接触的各向异性比和倾角增大,将导致更多DNAPLs残留;而相关长度和各向异性比增大以及倾角减小,都会引起DNAPLs锋面运移速率增大;随着渗透率非均质性增强,会导致局部粗糙面接触上蓄积的DNAPLs饱和度增大,运移速率减小。

结合蒸汽和空气注入修复多孔介质中DNAPL污染物的多目标多相流模拟优化

基于数值方法模拟对比分析仅注入蒸汽与同时注入蒸汽和空气两种情形下原位曝气方法修复多孔介质中DNAPL污染物(以TCE为例)的修复过程。结果显示蒸汽的注入速率和焓值对蒸汽锋面在含水层中的运移速率影响显著;同时注入蒸汽和空气能够有效抑制只注入蒸汽时出现的DNAPL再冷凝现象,从而提高修复效率。基于模拟-优化方法对同时注入蒸汽和空气修复的理想范例建立了多目标多相流优化模型,采用一种自适应通用多目标优化算法AMALGAM求解Pareto锋面。优化结果表明基于混合优化框架的AMALGAM优化算法能有效综合利用多种独立进化算法的优点,自适应地根据独立进化算法的优劣生成子代,保证子代种群最优,收敛速度较NSGA算法更快。

渗透率空间变异性对重非水相流体运移的影响

文中针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流运移特点,建立了由包气带至饱和带的NAPLs-水-气三相流模型。用Karhunen-Loeve展开方法构建4个空间变异性不同的渗透率随机场。在此基础上,分别模拟4种情景重非水相流体(DNAPLs)的泄漏运移过程。通过分析DNAPLs饱和度的空间分布以及其空间矩随时间的变化来探讨渗透率空间变异性对DNAPLs运移的影响。结果显示,随着渗透率空间变异性的增强,DNAPLs饱和度的空间变异性增大。渗透率场中的优势通道对DNAPLs运移有着显著影响,直接决定DNAPLs的运移路径和饱和度分布。渗透率场的各向异性降低了DNAPLs在垂向上的运移速度,影响污染羽的形态。

DNAPLs在低渗透性夹层影响下的迁移和分布特征研究

重非水相流体(DNAPL)在地下介质中的运移分布受多种因素影响,包括DNAPLs的物化性质、泄漏速率、地下水流速、介质非均质性等。本文基于T2VOC程序对DNAPLs在非均质地层(含低渗透性夹层)中的迁移和分布特征进行了数值模拟,分别采用三相毛管压力函数Parker模型和二相毛管压力函数van Genuchten模型,研究了夹层的饱和渗透率、地下水流速对DNAPLs运移和分布的影响。研究表明,地下水流速的增大显著促进了DNAPLs的水平和垂向运移;相同流速情况下,非均质层(低渗透性夹层)饱和渗透率的减小使得DNAPLs污染羽形态及空间路径出现了明显蓄积和绕流。模拟结果可为DNAPLs污染场地识别与修复提供了理论基础与技术支持,便于进一步研究其在地下饱和非均质介质中的运移。