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。

洱海西侧潜流带水交换作用及溶质迁移研究

随着云南大理洱海西侧冲积扇和湖相沉积层平原区域旅游业和农业快速发展,扇缘农业种植活动和扇中人类活动产生大量三氮污染物,由苍山18溪入渗补给使得受氮素污染地下水不断向洱海排泄,使得高原湖泊水体富营养化风险进一步增大。河床潜流带对于入渗的地表水具有净化作用,为了深入研究冲积扇河床潜流带对氮素迁移及转化机制,通过模拟河床潜流带渗滤系统,结合扇中城镇生活污水下渗污染、扇缘农田施肥垂直下渗污染以及扇顶基流地表水和地下水交替补给迁移污染,为河床潜流带地下水氮素污染防治奠定基础。试验结果表明河床潜流带对氮素迁移转化影响明显,扇中NH4+-N和NO3--N在垂向入渗时主要是通过反硝化作用进行脱氮达到水质净化的目的,总体划分为正面效应和负面效应两类,正效应包括阴阳离子交替吸附作用、硝化与反硝化作用的脱氮行为,导致污染物浓度降低使水净化的过程,主要以反硝化作用为主硝化反应为辅进行脱氮;负面效应则是硝化作用和阴阳离子吸附作用使总硬度随着水体析出的Ca2+、Mg2+浓度的升高而升高。扇顶交替流作用下,NO3--N的迁移转化通过以反硝化作用为主,DNRA为辅去氮达到水质净化的过程。

裂隙地下水渗流及溶质迁移数学模型研究进展

针对裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型,综述模型研究的发展历程与阶段性成果,将现有模型划分为基于不同介质概化的等效孔隙介质模型、多重介质模型、离散裂隙模型,基于不同耦合方法的非全耦合模型与全耦合模型,以及基于不同模型推导途径的力学途径模型与混合耦合理论模型。针对该领域研究的关键科学问题总结其发展趋势,探讨裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型研究的难点及潜在发展方向,为裂隙地下水流及溶质迁移研究提供理论参考。

降雨-径流条件下土壤溶质迁移过程模拟

通过雨滴的打击加速土壤表面溶质迁移至地表径流过程。通过设计3种水文条件即控制排水状态(-5cm)、土壤水分饱和状态和土壤渗流状态(5cm),采用人工模拟3种降雨强度(30、60和90mm/h),及同时外加模拟相对于降雨量的0、2、4和10倍径流量,研究土壤溶质迁移到地表径流过程中扩散过程的规律。试验结果表明降雨强度、或地表径流总量、或地表水位线的增加,均加速土壤溶质的扩散过程。渗流作用下,对流-扩散作用存在着一种交互作用,能加速分子扩散过程。土壤溶质迁移过程同降雨强度、地表径流量和地下水位高低有着重要关系。

多孔介质中污染物溶质迁移模型研究进展

随着现代工业的迅速发展,工业产品以环境污染物的形式在土壤等多孔介质中的迁移过程得到了人们的关注。出于室内物理模拟实验条件上的局限性,对这一过程的数值模拟研究也因此在污染物系统分析中起到了重要的作用。本文以污染物溶质在多孔介质中的迁移模拟理论为基础,综述了国内外多孔介质中污染物溶质的常用迁移模型研究成果,详细描述了传统的对流-弥散方程模型及其发展情况。同时综述了随机迁移模型及其它适用的迁移模型,讨论了各类模型的适用范围优势及其不足之处。最后还从多个角度指出了多孔介质中污染物溶质迁移模拟有必要注意的问题及可能的发展趋势,为后续的研究指明了方向。

地下水溶质迁移数值模型中的参数敏感性分析

为提高地下水溶质迁移模型的模拟精度,减小因水文地质参数不确定性产生的误差,需要对数值模型进行参数敏感性分析。以某冲洪积扇平原孔隙水为例,利用GMS 7.0软件建立了地下水流模型和溶质迁移模型,并对模型进行了验证。通过引入敏感性指数作为量化指标,运用局部分析法中的因子变换法对模型中的渗透系数、孔隙度、弥散度三个参数进行了敏感性分析,参数变幅设置为20%。研究结果表明:(1)渗透系数和孔隙度的变化对污染物迁移距离影响最大,二者的敏感性指数相差20%;(2)弥散度的变化对污染物迁移距离的影响最小,与渗透系数和孔隙度相比,其敏感性指数相差一个数量级;(3)在20%的参数变幅内,污染物迁移距离与渗透系数和孔隙度呈良好的线性相关关系。

水蚀条件下土壤初始含水量对黄土坡地溶质迁移的影响

水蚀条件下坡地水分溶质迁移规律对农业生产和水土资源保护具有重要作用。通过室内模拟降雨试验,研究了1.3%,5.7%,9.7%,14.2%和18.9%共5个含水量坡地土壤PO43-、K+和Br-的迁移特征。结果表明溶质流失量和流失率均随土壤初始含水量的增加而增加,径流中溶质平均浓度与前期含水量呈抛物线关系,1.3%含水量坡地平均浓度均高于5.7%和9.7%坡地,18.9%含水量坡地最高。溶质在土壤剖面的垂向迁移量由大至小依次为:Br->K+>PO43-。前期含水量越低,非吸附性的Br-向较深土层的入渗量越大。K+和PO34-的质量传递系数Km均随土壤初始含水量增加而增加,Br-和K+的Km较大,PO34-的Km最小。基于对流-弥散理论的质量传递系数Km可以反映非吸附性Br-随地表径流迁移的特征,但不能够反映土壤侵蚀对吸附性K+和PO34-地表流失的影响。避免在雨季里喷施大量速效肥料,可以有效地减少养分,尤其是吸附性养分的地表流失。

一维均质与非均质土柱中溶质迁移的分数微分对流-弥散模拟

分数微分对流-弥散方程(FADE)是模拟溶质迁移问题的新理论,但应用FADE来模拟溶质迁移时能否克服弥散的尺度效应尚待验证。利用长土柱实验资料结合FADE的解析解拟合推求FADE的弥散系数,并分析其与尺度之间的相关关系。研究结果表明,FADE的弥散系数具有随尺度增大而增大的现象,且均质土柱中FADE的弥散系数尺度效应小于非均质土柱中弥散系数尺度效应。在均质土柱中,弥散系数与尺度之间成指数相关关系,在非均质土柱中,弥散系数与尺度之间成幂相关关系。考虑了弥散系数分别与迁移时间和迁移距离呈线性递增两种相关关系,进而分别构建了3种考虑弥散尺度效应的FADE模型,并提出了求解的差分方法。利用上述3种考虑弥散尺度效应的FADE来模拟和预测不同空间位置处的溶质迁移过程。结果表明,对均质土柱中的溶质迁移可得到较好的模拟结果;对于非均质土柱,其模拟结果与实测结果仍然存在一定的差异。

上方来水流量对坡面土壤溶质迁移特征的影响

通过上方供水方式模拟薄层水流,研究了流量对红壤坡面产流、产沙及非吸附性离子(Br-)迁移过程特征的影响。结果表明,起始产流时间随着流量的增加呈幂函数递减趋势;不同上方供水流量所形成的径流量随时间变化规律相似,初期产流量迅速增大而后期趋于稳定,但径流量随着上方来水流量增大而增大。在消除雨滴击溅夯实作用下,随着上方来水流量增大,薄层水流冲刷作用增强,径流泥沙含量随之增大,径流中Br-浓度随之呈先增后减的变化规律;反映了非吸附性溶质随薄层水流迁移数量多少取决于水流与土壤溶质接触时间和作用程度。

应用亮兰染色剂指示溶质迁移边界层的研究

应用边界层方法确定溶质迁移参数是一种简单可靠的方法,但如何确定边界层的位置是限制边界层方法应用的关键因素。而亮兰染色剂在土壤中迁移时,具有边界层清晰、容易确定的特点。基于此,以Cl-为例,研究了该染色剂指示非反应性溶质迁移边界层的可行性。研究结果表明:在同一土柱中,亮兰染色剂的边界层与Cl-的边界层的运动规律相似,亮兰染色剂和Cl-的边界层随时间的变化在弥散度很小的情况下都可以用线性关系式近似描述。根据这一规律,得出在风沙土和黄绵土中Cl-边界层与亮兰染色剂边界层之间的关系表达式。两者边界层之间转换关系的求得,为应用亮兰染色剂准确指示非反应性溶质迁移边界层成为可能提供了一条思路。

用同伦方法反演非饱和土中溶质迁移参数

非饱和土中溶质迁移参数反演问题可以归结为非线性算子方程的求解问题.将同伦方法引入该问题的求解,通过构造线性同伦将原问题转化为求解同伦函数最小值的无约束优化问题.同时在分析了同伦参数正则化效应的基础上,提出一种两段同伦参数修正方法.即在求解的初始阶段,根据拟Sigmoid函数调整同伦参数, 以追踪同伦路径,保证计算稳定地进行;在迭代的后期,采用与残差相关的同伦参数修正方法,以抵抗观测噪声对求解的影响.数值算例为求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移模型参数反演问题, 计算结果表明了该方法的大范围收敛性及较强的抵抗观测噪声的能力.

应用边界层方法确定溶质迁移参数的实验研究

本文以时域反射仪 (TimeDomainReflectometry ,TDR)作为溶质锋的探测手段 ,对利用边界层方法确定的参数和利用穿透曲线拟合法确定的参数进行了比较 ,结果表明边界层方法确定的扩散弥散系数 (D)与穿透曲线拟合法确定的扩散弥散系数基本相近 .但 ,因为TDR灵敏度的限制 ,边界层方法确定的延迟因子 (R)大于穿透曲线拟合法确定的延迟因子 .应用边界层方法确定的参数 ,比较了用边界层方法和精确方法预测的浓度剖面图 ,表明边界层方法在一定时间内可以精确地预测污染物的动态浓度分布 .实验结果不仅说明了TDR作为溶质锋探测手段的可行性 。

土壤溶质迁移至地表径流过程的室内模拟试验

关于土壤溶质迁移到地表径流,现有研究大多是概念性的认识,对迁移过程中各个部分的定量研究却很少。该文为了量化研究土壤溶质迁移流失过程及其作用机理,通过设计2种水文条件即土壤水分饱和和土壤渗流条件,其中土壤渗流条件设置了2种水头(5cm,10cm),采用人工模拟5组不同地表径流流速,分别研究土壤溶质迁移到地表径流过程中4种途径:土壤侵蚀、伯努利效应、扩散和对流。试验结果表明了伯努利效应导致土壤溶质迁移量增加;特别是在土壤水分饱和条件下,当地表径流流速从55mL/s升到200mL/s时,伯努利效应引起的土壤溶质流失通量占总流失通量的比例从14%升到53%,在土壤水分饱和条件下,混合层深度小于5mm;但是在土壤渗流条件下,混合层深度随着水头的高低和径流流速的大小而变化。土壤溶质迁移过程同地表径流流速和地下水位高低有着重要关系。

地下水溶质迁移模拟研究进展

在地下水的相关研究中,农药和石油等地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟.相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段.文中阐述了反映地下水溶质迁移机理和过程的数学模型,综述了溶质迁移模拟在地下水污染物防治、土地盐碱化、海水入侵、石油和放射性废物扩散等问题的诸多应用,归类了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例做了总结.最后,分析了目前溶质迁移模拟中存在的不足,展望了未来在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破.

电场对尾矿浸出过程中溶质迁移规律的影响

为探究外加直流电场对堆浸过程溶质迁移规律的影响,利用标记物穿透曲线法,以Na^(+)为示踪剂,进行尾矿堆浸体系溶质运移管柱实验。研究结果表明:电场作用加快了浸出体系被溶质穿透的进程;施加电场后浸柱各高度尾矿样中的Na^(+)质量浓度明显增大,同时,尾矿样中Na^(+)质量浓度随着电场强度的增大而增大;在浸柱高度方向上,Na^(+)质量浓度随深度的增加而减小,外加电场可改善溶质在浸柱内的均匀性,均匀程度随电场强度的增大而增强;浸柱内溶质迁移速率随电场强度的增加而增大,两者呈线性关系。电迁移是电场作用下溶质迁移最主要作用机理,决定迁移速度的因素有离子质量浓度、电场强度、离子电荷数、温度、体系孔隙率和孔隙连通性。

微生物浸出过程溶质迁移及其影响因素研究

溶质迁移为微生物浸出过程中重要环节之一,反应剂、生成物和营养物在固相、液相和气相之间的传递为相间传质,是溶质迁移的主要形式。化学反应及细菌生长所需的O2和CO2是靠气体的溶解和扩散提供,细菌在矿石表面的吸附可分为初级吸附和二级吸附,研究表明矿物表面疏水性愈强,愈有利于细菌的吸附。分析认为溶质迁移方式主要包括渗流迁移、分子扩散迁移和渗流弥散迁移。将影响溶质迁移的因素分为矿堆因素和溶液因素,矿石颗粒尺寸和级配、矿堆孔裂隙率、矿堆高度、偏析和密实现象等均属于矿堆因素;喷淋强度、溶液温度、饱和率、渗流特性、酸碱度、氧化剂氧化能力等属于溶液因素。

地下水溶质迁移规律研究概述

在地下水的相关研究中,地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟。相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段。总结并阐述了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例进行总结分析。针对国内有关地下水金属迁移、胶体迁移、微生物作用、耦合作用等方面研究进行了概述,并在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破进行分析。

非饱和土中溶质迁移参数反演的HISR方法

以非饱和土中溶质迁移参数反演问题为背景 ,依据正则化方法的思路 ,以Itakura Saito距离作为同伦函数中的平凡问题 ,将同伦方法引入非线性参数反演问题的求解 ,进而提出一种求解非线性参数反演问题的大范围收敛 (HomotoyItakura SaitoRegularization ,HISR)方法 .为保证迭代稳定性 ,并同时削弱观测噪声的影响 ,同伦参数的修正采用了连续化修正方法 .本文将HISR方法应用于求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移参数反演问题 ,计算结果表明HISR方法具有大范围收敛性及计算稳健性 ,同时有较强的抵抗观测噪声的能力 .

溶质施加方式对土壤溶质迁移的影响

通过室内均质土柱试验 ,对不同灌水处理土壤中表施和灌施溶质的迁移规律进行了研究。结果表明 ,溶质施加方式和灌水频率对溶质迁移影响较大。次灌水量较大时 ,表施和灌施条件下溶质分布差异显著 ;当次灌水量很小且灌水非常频繁时 (如 6mm/ d) ,表施和灌施土壤中溶质 (NO- 3)分布差异不大。

土壤溶质迁移的指数函数模型

边界层方法是描述土壤溶质迁移的简单方法,通过边界层距离与时间的关系可以估计溶质迁移参数。基于边界层方法,研究了土壤溶质迁移的数学模拟及相应参数估计问题。假定土壤溶质浓度剖面为指数函数,得到了描述溶质浓度分布的指数函数模型。各参数对边界层距离的影响分析表明,应选取较小的孔隙水流速度、短历时推求土壤溶质迁移参数;对不同模型预测土壤溶质分布进行比较,结果表明,在短距离处指数型解与精确解的误差比其它都要小。误差分析表明了指数函数模型的有效性和实用性。