基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60~90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润水位接近暗管底部时,暗管排水逐渐衰减,土壤中的盐分多呈现以暗管为中心的凹曲线分布。研究成果可为宁夏银北灌区暗管排水再利用提供参考依据。

六价铬在具有渗透性反应墙的渗流槽中迁移实验研究

地下水中六价铬的污染修复是目前地下水污染修复研究的热点课题之一。以室内模拟为基础,进行了六价铬[Cr(Ⅵ)]随水流迁移的渗流槽实验,以及利用课题组研发的新型壳聚糖材料填充渗透性反应墙(PRB),进行六价铬吸附试验研究。结果表明:在重金属迁移实验中,地下水的流速是影响Cr(Ⅵ)在含水层中迁移的主要因素,含水层介质的变化都会对Cr(Ⅵ)的迁移发生重要的影响。实验过程中,从进水口到出水口各个取样点依次出现Cr(Ⅵ)的质量浓度峰值,并且随着时间的延长,质量浓度峰值没有减少的趋势,证明了Cr(Ⅵ)在含水介质中基本上没有吸附。Cr(Ⅵ)的质量浓度峰值在含水介质中的持续时间不长,由于弥散作用造成了在相当长的时间内的较明显的拖尾现象。模拟渗透性反应墙的实验中,在同样的流速条件下,Cr(Ⅵ)的质量浓度峰值的出现时间相对先前的实验有明显滞后,并且质量浓度也有明显的减少,说明新型壳聚糖材料对Cr(Ⅵ)有较高的吸附作用,再达到质量浓度的峰值后,墙体后面的采样口中Cr(Ⅵ)的质量浓度减少的更为平缓,说明随着水流的流动,吸附在壳聚糖材料上的Cr(Ⅵ)有缓慢的析出。

地下管道泥浆充填特性渗流槽模拟试验研究

以渗流槽模拟上海西干线废弃管道,以水泥为固化剂,研究不同掺量和含水量配比的泥浆在槽内的流动充填情况,测定了泥浆含水量、粘度、可泵性、流速和失水干缩率,分析各充填特性指标之间的相互影响关系,包括泥浆组分、外加剂掺量等对泥浆充填特性的影响,为确定适宜的充填地下废弃管道的泥浆配比方案提供依据。

借助渗流槽开发水动力弥散实验

在传统的地下水动力学实验中,利用渗流槽只进行河间地块的稳定渗流模拟实验以求取渗透系数。文中利用渗流槽开发了水动力弥散实验,进一步扩展了渗流槽的实验范围,增加了地下水动力学的实验项目,并详细阐述了实验原理和实验步骤。

悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究

在实验室渗流槽中进行有悬挂式防渗墙的二元结构堤基的渗流模拟试验,取得不同贯入度悬挂式防渗墙防渗效果的系列试验成果。论证悬挂式防渗墙对上层为低液限黏土、下层为低液限粉土的二元堤基在发生渗透变形时有阻滞渗透变形发展的重要作用。对于上部为粉质黏土,下部为粉土的二元结构堤基,发生渗透变形时首先在粉土层的薄弱部位发生涌砂,接着在粉质黏土层与粉土层的结合层面发生接触冲刷,在水位持续升高到超过临界水位后,渗透通道从下游向上游发展而贯通,即发生渗透破坏。同时,研究发现,在悬挂式防渗墙作用下,堤基土发生渗透破坏的条件有明显改善,表现在渗透破坏时的作用水头有较大的增长,临界表观水力梯度有明显提高,渗流量显著减小,孔隙水压力分布发生变化。研究结果表明,悬挂式防渗墙可以有效控制渗透破坏的发生条件,而且施工相对容易,也比较经济合理,可以在工程中推广应用。

暗管排水条件下土壤水盐运移特征试验研究

合理有效地治理开发盐碱地对农业生产及生态建设具有重要的实际意义。利用江苏滨海滩涂盐碱土壤,采用暗管排水的方法,进行了室内渗流槽试验,物理模拟土壤排盐过程。研究发现受暗管排水影响,土壤盐分极易排出,可有效地降低土壤盐度;表层土壤盐分运移主要受降雨量影响,盐分下降速率最快;深层土壤受上部土壤盐分的累积和降雨共同影响,盐分下降速率存在滞后性。数学模型Hydrus模拟与物理实验结果相似,并预测了试验后3个月的土壤盐分。

蒸发条件下氟在浅层水—土系统中的二维运移特征

文中利用渗流槽对强蒸发条件下氟在浅层水-土系统中的二维运移过程进行了试验模拟,对氟在水-土系统中的运移规律和影响因素进行了研究。结果表明:氟在水-土系统的二维运移是一个缓慢的渐进过程,土壤对氟元素的吸附特性和渗流场水动力条件是影响氟在水-土系统中运移的重要因素。水动力条件控制着氟运移的主方向,并与土壤的吸附作用一起影响着氟的运移速率。此外,蒸发浓缩作用是浅层高氟地下水区包气带低氟土壤高氟化的主要原因。文中为进一步研究浅层水-土系统中氟的运移及氟在浅层土壤中的富集特征提供了理论基础,具有一定的借鉴价值。