承压含水层中反应性溶质运移实验与模拟研究——以苯胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠为例

反应性溶质运移机理和模拟是地下水污染防治的前提和基础。为了考察化学反应和水流条件对溶质运移的影响,本文设计了承压含水层物理模型,以苯胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠化学反应为例,开展了双分子化学反应条件下不同流速溶质运移实验和模拟研究,得到主要结论如下:(1)利用变系数二级反应率改进的ADRE模型能够较好地模拟在3种不同流速下双分子反应性溶质运移行为,峰值浓度相对误差分别为4.5%、5.0%及10.1%,模型可行,且模拟精度较高。(2)随着流速增大,模型参数m减小,而β0则增大。(3)模型对参数m值变化最敏感,其次是β0值,较不敏感的是弥散系数D。(4)随着流速增大,反应物和产物穿透曲线的不规则性加强,存在较明显的"拖尾"现象,今后需要进行机理方面的研究。

地下水系统砷-铁耦合行为的反应性溶质运移模拟

定量厘清砷在铁矿物相转变影响下的释放迁移规律,对破译高砷地下水成因机制至关重要。然而,地下水系统中水文-生物地球化学多过程交互作用极其复杂,因此定量化研究难度大。反应性溶质运移模拟作为一种耦合了生物地球化学过程和水文地质过程的数值模拟方法,可有效解译复杂多过程系统,从而实现观测数据的定量解析。本文介绍了反应性溶质运移模型的主要特点;阐述了影响地下水系统中砷行为的两类关键地球化学过程(铁矿物的氧化/还原过程、砷在矿物表面的吸附/解吸过程)的模拟方法;结合近年来的典型研究案例,分析了模型如何用于识别和量化不同水文-生物地球化学过程对高砷地下水形成和衰减的控制作用;并进一步剖析了当前研究中仍需完善的问题。

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下,粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征,并分析粗糙度的影响.研究结果显示,粗糙裂隙溶解过程存在4种类型,分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下,裂隙发生均匀溶解;化学反应占主导作用条件下,流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大,同时随着水岩反应的进行,裂隙溶解后粗糙度增大.

单裂隙非线性流下反应性溶质运移数值模拟研究

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于单裂隙中反应性溶质运移研究,特别是非线性流下的反应性溶质运移机理及数值模拟研究有待进一步完善。对比单裂隙中双分子反应性溶质运移实验研究,该文结合Navier-Stokes(N-S)方程-反应性对流扩散方程(ADRE),开展了非线性流条件下单裂隙中反应性溶质运移数值模拟研究,探讨了隙宽和流速等因素对反应性溶质运移特征的影响。结果表明:数值模拟预测反应生成物峰值误差较小(2.2%~3.9%),基于N-S和ADRE方程的数值模拟求解方法可用于单裂隙反应性溶质运移研究;试验与数值模拟结果均显示,随着流速的增大,水力梯度(J)与平均流速(v)呈非线性关系,Forchheimer方程可以较好地拟合J-v关系;非线性流态下反应性溶质迁移及生成物浓度的控制因素为对流作用,分子扩散作用较弱;隙宽相同时,生成物浓度峰值随着流速的增大而增大,峰值到达的时间逐渐减小;流速相同时,生成物浓度峰值随着隙宽的增大而减小,峰值到达的时间相应逐渐增大。

土壤中反应性溶质保持模拟模型概述

水溶性污染物和有机污染物在非饱和带的运动规律是当前土壤物理学研究的前沿领域．模拟反应性溶质的运移模型，必须包含溶质和土壤基质之间的保持和释放反应．本文简要综述土壤对溶质保持反应的平衡模型、动力学模型和多反应模型的主要特点．

基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.5~2.0,2.5~3.0,3.5~4.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R^(2)大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β_(0)的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。

水-岩相互作用模拟的研究进展

水 岩相互作用的地球化学模拟已在模型建立和软件的开发方面取得了较大的进展。地球化学模型发展经历了从反向模拟到正向模拟,以及到现在的反应性溶质运移模拟的发展过程。许多计算模拟软件被开发出并投入到实际应用中,现在的模拟技术已能处理较大范围内温度变化、压力变化、组分变化,以及各种地质条件下的水 岩地球化学作用。许多水 岩相互作用问题要回答地质作用的过去历史,要解释或预测未来可能水环境变化,通过模拟已获得满意的解决。目前水 岩作用地球化学模拟取得的重要进步是动力学模型和耦合运移模拟已取得了实质性进展,并应用于实际研究之中。