基于替代模型的地下水溶质运移不确定性分析

为分析参数的不确定性对地下水溶质运移数值模型的影响,采用蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟对一算例进行分析,并从风险评估的角度对不确定性分析的结果进行了阐释.为减小计算负荷,利用Sobol’法对模型参数进行了灵敏度分析,筛选出较为敏感的参数作为随机变量,建立了模拟模型的克里格（Kriging）替代模型,进而实现Monte Carlo模拟.结果表明：置信度为80%时,井1,2,3浓度值的置信区间分别为23.46～42.06,47.99～66.73,69.54～82.94mg/L;结合风险评估,计算出地下水受污染的风险为0.54,可为地下水污染物防控与修复提供科学依据.

水文地质参数对地下水溶质预测结果的影响

以西南某磷矿的尾矿库为对象,研究解析法预测地下水溶质运移过程中水文地质参数对预测结果的影响。通过水文地质勘查获得库区水文地质参数的变化范围,然后选择连续注入示踪剂-平面连续点源模型进行预测。结果表明:极端情况下,承压含水层的总磷最大扩散质量浓度在1 001 d后达到稳定。承压含水层厚度与总磷最大模拟质量浓度呈现倒数关系,当承压含水层厚度小于10 m时,总磷预测质量浓度随承压含水层厚度变化较快;在其他参数为最不利的情况下,承压含水层流速大于0.076 23 m/d时,总磷最大模拟质量浓度随承压含水层流速增大而减小;总磷最大模拟质量浓度随承压含水层扩散系数增大而减小,总磷最大模拟质量浓度随承压含水层扩散系数的变化可分为快速、缓慢下降及平衡3个阶段。

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。

地下水溶质运移数值模拟中减少误差的新方法

地下水中污染物运移的数值模拟方法一直是学界的研究热点问题。而如何减少与消除对流-弥散方程数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散,更是研究的前沿与难点。提出了一种地下水溶质运移数值模拟中减少数值弥散的新方法。该方法的核心思想是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估算值,得到一个修正弥散系数,用其替代方程中有明确物理意义的水动力弥散系数进行计算。并提出了一个参数——数值弥散因子(μNDF),可以根据研究需要进行参数分区并适当调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的。从一维到二维的多个数值算例的模拟计算结果表明,该方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到满意的精度。

弥散实验确定地下水溶质水动力参数的复形调优法

准确求出地下水污染物迁移的水动力参数,是成功预防并控制地下水污染的重要基础。该文将复形调优法运用于弥散实验中地下水溶质水动力参数的确定,并与其他方法进行比较。结果表明,复形调优法仅需一个观测井的监测资料即可,且计算简便、结果可信,这对提高野外弥散实验的成功率及经济性具一定的积极意义。

基于Excel的一维地下水溶质运移数值模拟简易方法

针对地下水数值模拟软件难于推广使用问题,利用Excel办公软件并基于Crank-Nicolson差分方法,提出了一种简易的一维地下水溶质运移的数值模拟方法,再采用地下水模拟专业软件GMS7.1进行验证,发现两者模拟结果吻合。该方法为解决实际的地下水溶质运移问题提供了便利。

地下水溶质运移方程有限差分格式的实证研究

在求解对流占优的地下水溶质运移方程时,为克服有限差分法和有限单元法产生的过量和值弥散等虚假数值现象,出现了许多数值方法,其中包括Crank-Nicholson格式、上游加权法和人工扩散量法等。以一维地下水溶质运移方程为例,分析三种差分格式的截断误差、稳定性和收敛性,并通过数值试验,在不同的对流强度下,将不同算法的数值解与解析解进行对比,研究不同算法的优缺点和适用条件。结果表明:在对流占优较弱时,三种方法都适用,但Crank-Nicholson差分格式误差最小;当对流强度增大时,适用时间步长较小的人工扩散量法;当对流强度较大时,适用时间步长较大的人工扩散量法,或者空间步长较小的上游加权法。该研究可为解决实际问题时算法的选择提供依据。

数值法与解析法在地下水溶质运移中的应用分析

本文以赣西平原地区某垃圾填埋场地下水溶质运移模式为研究对象,选用Visual MODFLOW的MT3DMS模块的数值法和一维稳定流动二维水动力弥散问题的解析法,对该垃圾填埋场的铬(六价)污染物在非正常工况下的迁移过程及污染范围进行预测,对比该两种方法在分析赣西平原地区地下水溶质运移中的区别,以研究出更适合于该地区的地下水溶质运移分析方法,为后期该地区开展地下水溶质运移研究的方法选用提供参考。

水文地质参数对地下水溶质预测结果的影响分析

本文以某水库为研究对象,利用解析法预测地下水溶质运移过程中水文地质参数对预测结果的影响,在对当地水文地质条件进行勘察之后,可以得出该水库当中水文地质参数的变化范围,根据这样的范围,在其中连续注入示踪剂,以此建立相关的连续点源模型来对地下水溶质进行预测,这样就可以对水文地质参数和地下水溶质预测结果之间的关系进行确定。

利用熵格式计算地下水溶质运移方程

用分裂法将地下水溶质运移方程分成对流方程和弥散方程,对流方程采用熵格式求解,弥散方程采用中心格式求解.数值试验表明,该格式不会产生过量问题,没有出现非物理振荡,数值弥散较小.

花岗岩地区地下水溶质的形成机制研究

随着社会经济的飞速发展，各类地下水的研究探索得到了越来越多的重视，而在花岗岩地区中，由于其自身具有着孔隙度较小，岩性致密等特点，并且受到地表各种因素的影响相对较小，使得花岗岩地区内部蕴含的地下水质量优良，甚至还拥有着一定的健康价值。因此，本文首先对花岗岩地区基本概述加以明确 ；其次，对影响地下水溶质化学特征的主要因素展开深入分析 ；在此基础上，提出花岗岩地区地下水溶质形成的主要机制，以求能够进一步提升对花岗岩地区地下水的研究力度，并为后续工作的开展奠定坚实基础。

基于Visual MODFLOW的某工业园区地下水污染溶质迁移预测

工业园区作为重要的地下水污染源类型,对开展地下水污染源头防治,保护地下水环境具有重要意义。选取典型工业园区,运用Visual MODFLOW软件,对园区水文地质情况进行刻画,构建园区地下水流模型,通过设置园区污染物泄漏情景,对园区污水渗漏后污染物扩散情况进行模拟,结果表明园区企业管道发生破损后,管道废水通过进入地下水,致使地下水中氨氮和COD超过地下水Ⅲ类质量标准,氨氮最大超标倍数为6倍,COD最大超标倍数为4.3倍,管道废水停止泄漏后,地下水中氨氮和COD浓度逐步降低,泄漏停止750 d后,地下水中氨氮最大浓度下降至1.6 mg/L,COD浓度下降至9 mg/L,泄漏停止3500 d后,地下水中氨氮最大浓度下降至0.6 mg/L,周边地下水氨氮不在出现超标。COD最大浓度下降至3.5 mg/L,影响范围423.1 m^(2),运移距离为15.2 m。

基于区域分解法的地下水有限元并行数值模拟

地下水系统概念的出现对地下水模拟技术、地下水决策支持管理提出了新的要求,比如地下水系统中同时包含包气带模型和饱和带模型,或者在饱和带中同时出现孔隙介质模型和裂隙介质模型,更可能在建造地下水模型的同时必须结合考虑地表水模型,所有的这些顾虑和可能均会使模型复杂化,且不说用目前流行的数值方法难于求解,就算能求解也势必造成计算工作量的剧增,这就需要借助高性能计算机来担任这项工作.相对于代价高昂的共享内存多处理器技术,基于分布式模型的机群计算技术为此项工作的实现提供了可能.讨论了如何利用机群计算技术,实现地下水有限元并行数值模拟.从地下水有限元模型的并行求解可能、基于区域分解法的并行算法、并行编程以及并行计算的实现各方面着手,系统地阐述了地下水有限元并行模拟的关键技术,并将该方法应用于一个理想的地下水溶质运移模型中,取得了成功.还讨论了方法的应用前景,包括利用机群计算技术实现对整个流域的地下水进行准实时模拟,为地下水调度提供决策依据.

基于改进差分进化算法的地下水污染溶质运移时空模拟研究

文章以辽宁东部某区域为研究实例,采用改进的差分进化算法对地下水污染物溶质运移方程进行求解,并定量分析变动渗透系数对地下水污染物溶质运移不确定性影响。研究结果表明:改进差分进化算法对地下水污染物运移最大浓度的计算误差有较为明显的改善,渗透系数非均匀性对地下水污染物溶质运移不确定性具有显著性影响。

基于Visual Modflow的中宁某水源地地下水环境预测评价

为预测城际铁路发生事故时污染物泄露对中宁某水源地地下水环境的影响,模拟主要污染物在地下水中的运移过程和分布特征。利用Visual Modflow建立地下水流概念模型和溶质运移模型,以CODMn作为模拟因子,预测其在研究区的动态迁移情况。预测结果表明:10年后,污染因子的运移距离仅为200m,面积约0. 5km2,在地下水流的稀释作用下,污染物浓度已降至0. 001mg/L以下,最终直至缓慢消失。因此,铁路虽靠近某水源地,但影响较小。

基于GMS的北京市朝阳区地下水环境数值模拟与预测分析

为研究北京市朝阳区地下水压采过程中硝酸盐污染发展趋势,基于近年来地下水观测资料及钻孔资料,利用地下水数值模拟软件GMS,建立地下水水流和溶质运移耦合模型,对研究区地下水硝酸盐的迁移扩散进行了数值模拟,并分别预测了5 a后在丰水年、平水年和枯水年三种情景下硝酸盐的分布状况和浓度变化趋势。研究表明:地下水压采过程中,研究区地下水位基本呈逐年上升的趋势,平水年地下水漏斗中心水位上升2.0~2.5 m,地下水呈西南向东北流向。硝酸盐污染羽的扩散方向与地下水流动方向较为一致,污染中心北侧污染羽向东北方向扩散,且丰水年扩散距离最远。整个区域内Ⅰ、Ⅱ类水质面积逐渐减小。污染较严重的西南地区硝酸盐浓度有所降低,且浓度梯度减小。研究区地下水流与溶质运移两者之间有着密切的联系,应加强对地下水资源的科学调度,防止地下水环境的进一步恶化。

数值模拟技术在污染地下水抽出-处理运行中的应用

数值模拟技术在污染地下水修复中具有非常广泛的应用,该技术通常应用于修复设计阶段,但该阶段获取的模型参数准确性在时间、空间尺度上存在一定程度局限性,使修复效果存在较多不确定性。将数值模拟技术应用于实际修复过程更具有实际意义。结合地下水污染修复实例,考虑对流、弥散、吸附等地块特征因素,建立三维数值模型进行地下水流及溶质运移模拟,以地下水修复过程中多个监测井的水位、水质监测数据作为模型参数修正,分析随着地下水修复过程的开展,污染物在地下水环境中的变化趋势,以及时调整抽出-处理方案,指导后续地下水修复实施。结果表明:基于修复过程中监测资料进行数值模型修正的方法,能更真实地反映模拟区地下水系统特征,更有效地指导后续修复实施工作。

典型污染场地含水层天然净化能力溶质模拟

根据典型石油类污染场地岩性、水文地质等特征,在长期观测、抽水试验及弥散试验等资料搜集与分析基础上,通过水流模型验证,构建了地下水水流运动及溶质迁移的数值模型。选取苯系物(BTEX)作为模拟因子,运用GMS软件中MT3DMS模块模拟地下水对流-弥散溶质迁移过程,运用RT3D模块模拟研究了地下水中移动、非移动的多种微生物共存的有机污染物生物降解过程。结果表明,生物降解化学反应具有明显的降低污染物峰值的作用,而研究区存在大量的好氧微生物作用和反硝化作用,据此提出可以采用原位生物修复技术来治理石油污染。

酚氰废水污染物在包气带中的迁移预测

以某地区焦化项目为研究对象,根据工程分析结果,利用HYDRUS-1D软件构建该项目酚氰废水处理站调节池渗漏液中典型的污染物耗氧量、氨氮、氰化物、石油类、挥发酚、苯并芘、硫化物在包气带中的运移模型,模拟预测各污染因子在包气带中的垂直迁移,计算出通过包气带到达地下水面的时间和浓度值,了解污染物在包气带中的运移规律。结果表明:污染物排放后会沿垂直方向开始依次下渗到达各观测点,且在各观测点浓度先升后降,随着深度的增加,浓度逐渐减小。在模拟时间(20 a)内,污染物各因子经由包气带到达下部灰岩地层时,其浓度均远低于背景值,大部分因子低于检出限。预测结果为下一步污染物在含水层中迁移模拟、确定包气带污染防治措施提供依据。

软岩与水相互作用研究综述

软岩是一类松散、破碎、软弱及风化膨胀性的强度较低的岩石,在水环境作用下软岩易产生大变形失稳破坏。大多数岩土工程事故都涉及到软岩与水的相互作用,研究软岩与水相互作用对于分析某些由软岩失稳引起的工程事故具有重要的理论和现实意义。针对软岩与水相互作用这一问题,从软岩与水相互作用的分类、软岩吸水特性的影响因素及其软岩吸水失稳机理等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了梳理。结果表明:软岩与水相互作用可分为力学作用、物理作用和化学作用。在各种影响软岩吸水特性的因素中,主要因素是黏土矿物的含量和种类、孔隙结构,其他影响因素有水压变化、软岩的干湿循环次数、软岩的块体尺度(尺度效应)和吸水时间等。软岩吸水失稳的根本原因是吸水后黏土矿物微观结构发生变化,而是否含蒙脱石等吸水性极强的黏土矿物并非直接原因;后者只是对软岩吸水过程起到促进作用。