泰兴市非饱和带与饱和带间固液界面传质模型的推导

非饱和带与饱和带紧密相联,建立两者交界处的固液界面传质模型,可以为非饱和带耦合饱和带模型提供一定理论基础,对更好地预测地下水污染趋势也非常有意义。文章以江苏省泰兴市为研究对象,将吸附与解吸、颗粒薄膜扩散、分配作用、稀释作用4种固液界面反应和非饱和带、饱和带的特性结合,推导出将非饱和带与饱和带联系在一起的固液界面传质模型。使用Matlab模拟模型参数改变时,地下水中污染物浓度的变化。结果表明,该模型是可行的,但是污染场地、污染物种类可能会对模型模拟结果造成影响。

风对砂土非饱和带水汽热运移规律影响研究

针对目前以非饱和带土体水汽热运移对类似铁路、公路工程以及污染物运移影响根本认识不足的问题,基于室内砂土土柱试验,开展了在一定热辐射条件下,考虑风速(0、0.56、1.44 m/s)对砂土非饱和带水汽热运移规律影响研究。结果表明:温度控制系统和风速控制系统工作以后,风速的增大一方面降低了土表的温度梯度,并减缓着水分的流失,另一方面加快土表水分的流失作用,2种机制共同影响着土体的含水率变化。蒸发速率受到温度梯度的影响,随着温度梯度以及基质势作用下气态水向上运移速率趋于稳定,土体的瞬时蒸发量在40 h之后也趋于稳定。总结的经验可供今后类似项目借鉴。

裂隙岩体非饱和带温度场和湿度场分布特征及其生态学意义

矿产资源开发及交通设施建设导致大量山体破坏,形成的高陡岩质边坡引发严重的地质安全隐患及生态功能退化等问题,高陡岩质边坡的生态修复势在必行。边坡生态修复的重点在于植被的重建,目前尚存在修复理论缺乏、重建条件不明等诸多难题。为了阐明岩质边坡内温度场和湿度场与边坡植物生长之间的关系,在山东省章丘市小东山建立试验场,开展了多期次边坡温度和相对湿度监测试验,研究了岩质边坡温度场和湿度场的分布特征,并深入分析了其生态学意义。研究表明:(1)大气温度造成了各季节监测孔内温度变化的差异性,冬季裂隙岩体非饱和带内热量从岩体深层传递到岩体表面,春季、夏季则相反,岩体内变温带的深度范围是0~467 cm,恒温带的深度大于467 cm;(2)冬季边坡内的相对湿度随着深度的增加先升高再降低,春季、夏季边坡内的相对湿度随着深度的增加逐渐升高;(3)冬季岩体内20 cm深度附近会出现水汽饱和带,夏季在20~40 cm深度处开始出现水汽饱和带并往更深处延伸;(4)岩体内温度和湿度适宜植物生长,将植物在春季种于20 cm深度附近更易于存活。研究结果对于指导岩质边坡生态修复工作具有重要的理论意义与应用价值。

裂隙岩体非饱和带水汽内循环特征

为了解裂隙岩体内部水汽内循环(ICWV)特征规律,选择凤山采石场进行裂隙岩体温湿度监测,得到4个季节裂隙岩体非饱和带温湿度监测数据.对湿度数据进行横向及空间比对分析,结果表明,不同位置处的裂隙岩体非饱和带ICWV特征存在差异性,春季ICWV较为频繁,在孔深20~440cm均存在ICWV;夏季在岩体低处形成短时间的ICWV;秋季ICWV出现在岩体高处浅部;夏季和冬季在较高处,孔深20~100 cm ICWV频繁出现,并形成水汽的源汇项.春季在裂隙岩体内部形成湿度“异常分布区”,影响春季岩体ICWV规律.

降雨引起的非饱和带压力波传播过程及其对地下水快速排泄的影响研究

大量基于河流水化学与同位素的研究表明,降雨引起的河流流量增量很大一部分来源于流域内储存的“旧水”,这一现象被称为“旧水悖论”,降雨引起的非饱和带压力波可能是造成这一现象的一个原因。本研究构建了四种不同土壤类型(砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土)的土柱数值实验,重点探讨非饱和带压力波传播过程及其推动地下水快速排泄的可能性,分析“旧水悖论”发生的原因。模拟结果显示,所有土壤中均能观测到压力波现象,第一次强降雨发生后,四种土柱中压力波传播时间分别为1.86、2.84、5.24和7.46天。压力波现象本质上是水力信号的快速传递,并不表示本次降雨的快速流动,实验中当土柱底部对降雨产生响应时,水化学特征还没有同时发生改变,而是分别滞后到6.12、10.33、18.05和30.00天,引起不同土柱压力波波速和土壤水流速的差分别为74.71、51.05、27.08和20.13 cm/d。研究表明,压力波波速和土壤水流速与土壤特征曲线和饱和渗透系数紧密相关,在所有土壤中砂土中形成的压力波更容易快速传递到地下水。由于流域中非饱和带厚度一般与河流垂直距离成正比,河滨带压力波能够快速传递到地下水,并能够推动土壤水向地下水和河流排泄,这种现象在渗透性较好的土壤中更为明显。本研究为更准确地认识流域水文过程和更好地揭示“旧水悖论”机理提供了重要理论支撑。

山西典型焦化场地特征污染物在非饱和带迁移规律及影响因素

以山西某焦化场地为研究对象,以该场地污染最严重的苯和萘作为焦化行业特征污染物的代表,结合山西不同地区土壤含水量差异明显、年降雨量波动幅度大以及该场地存在碱性废水和酸性废液的无意倾倒导致土壤pH超标严重的特点.通过柱试验研究特征污染物苯、萘在非饱和带迁移规律及其关键影响因素;通过土水分离实验揭示多要素作用下特征污染物苯萘在土水介质中迁移特征.柱实验结果表明,苯在重力和淋洗作用下,不断向深层土壤扩散和迁移,越过渗透性差的粉土层,到达更深层的土层;而萘只有少部分不断向深层土壤扩散和迁移,大部分富集表层.降低土壤初始含水量会降低苯和萘在非饱和带迁移速率但是会促进迁移总量,并且增大降雨量、升高或降低淋滤液pH值会增强苯和萘向下迁移能力;降雨量、淋滤液pH值、土壤初始含水量都会影响非饱和带对苯和萘截留能力,其中土壤初始含水量影响最大,降雨量次之,淋滤液pH值最小;在相同环境因素下,与苯和萘残留量分布相关性最强的变量为采样深度,并且苯和萘残留量分布与采样深度相关系数值会随着环境因素的改变产生显著变化.土水分离实验结果表明淋滤液pH值是苯在土水介质中迁移的最大影响变量,影响萘在土水介质中迁移最大变量为降雨量.

非饱和带排水及吸水过程中水分分布特征研究

非饱和带对发生在地表—地下水之间的水量交换以及溶质运移起到关键的控制作用,发生在非饱和带中的渗流过程,本质上是水相和气相相互驱替的过程。深入理解非饱和带中的水/气运动过程,对于地下水水量和水质的管理以及可持续利用具有重要意义。文章通过室内二维砂箱实验,研究了排水吸水过程中,非饱和带含水量分布的变化特征。采用光透射法监测排水吸水循环过程中含水量的分布状况,发现由于孔隙尺度不稳定排水现象的存在,湿润锋附近排水过程中的含水量横向波动(0.145~0.175)要大于吸水过程(0.150~0.165)。含水量分布在排水过程和吸水过程之间的差异说明了孔隙尺度的一些常见过程能够对达西尺度下的水分运动过程造成影响,而不是在提升尺度的过程中被简单抵消掉。

有色冶炼企业地块非饱和带重金属分布迁移特征及影响因素

以滇东北某冶炼企业地块作为研究区,根据污染源分布情况共布设37个采样点钻孔,在不同地层及深度采集了115件土壤样品,根据钻孔信息利用地层建模-钻孔模型方法建立了研究区三维地层模型,并根据土壤样品重金属浓度分析测试结果,对土壤中重金属的空间分布特征进行了分析,同时获取了不同重金属指标之间的浓度相关性,采用克里格插值数值模拟方法,建立了研究区土壤不同深度的重金属浓度分布模型,并对重金属的迁移特征及影响因素进行了分析。结果表明:1)受人类生产活动影响,表层土壤中重金属出现明显的累积效应,5种重金属的平均浓度远超背景值;水渣池区域As、Co超过了建设用地土壤污染风险第二类用地管控值,Cd、Ni、Pb超过了建设用地土壤污染风险第二类用地筛选值,出现了明显的污染现象。2)表层土壤中Co、Ni、Cd、As、Pb变异系数逐渐减小,表明浓度分布不均匀性受外源影响程度依次降低;变异系数随深度增加逐渐减小,表明人为生产活动等外源因素导致了浓度垂向分布不均匀,且随着深度的增加受外源影响程度逐渐减弱。3)As、Co、Ni显示出极显著相关,呈现出明显的相互伴生聚集现象,物质来源及受外源影响的作用极度相似;As-Cd、As-Pb、Co-Pb、Pb-Ni显示出较高相关性,相互聚集现象不明显;其他污染物之间的相关性较差,基本没有出现聚集现象。4)重金属在人工填土层范围内的垂向迁移特征明显,受下伏分布连续的第四系黏土层阻隔影响,随着深度的增加污染羽的弥散范围逐渐扩大;非饱和带中由于缺乏水动力作用,污染羽水平迁移迁移扩散作用不明显。

通辽电厂水源地非饱和带岩性结构研究

本文根据大量的野外地质钻探、水文地质试验、岩性调查等资料,查明了研究区非饱和带岩性发育和不同类型的沉积和颗粒分析,划分出3种能够代表一定区域的岩性空间组合以及变幅带沉积物平面分布特证。为研究区含水系统的分析与辨识,研究垂直向水交替,准确测定有关参数提供可靠的地质依据。

非饱和带水气二相流动参数确定实验研究

对非饱和带水 气二相流动的关键参数确定 ,尤其是二相流动中气相参数确定的实验方法进行了探索 ,得出了相应的参数结果 ,建立了气压自动采集系统 ,为进一步的非饱和带水气二相流动的实验模拟与数值模拟提供了参数依据。

非饱和带中非均质条件下LNAPL运移与分布特性实验研究

本文通过室内实验建立物理模型,研究非饱和带中层状非均质条件下轻非水相液体LNAPL(Light Non-AqueousPhase Liquid)运移机制和分布特性。实验结果发现,介质的结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL到达干湿界面以后,由于毛细水压力的作用,其入渗速度明显加快。当LNAPL迁移到夹层上界面时,纵向迁移受到阻碍。随着入渗过程的继续,污染物沿着界面产生向右横向迁移;在夹层上界面下部出现“优势流”现象,污染物由集中走向分散,随着分散块的体积不断增大,最终污染物又连接到一起,由分散走向集中;在夹层下界面附近锋面线集中在一起,说明污染物向下的纵向迁移基本停止。另外,介质的局部密实“透镜体”对LNAPL的局部迁移起到“阻滞”作用,并迫使其改变迁移路径。地下水位的变动将使污染物的产生重新分布。当地下水位降低以后,污染物产生明显的向下迁移。

污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型及其渐近解

污染物在非饱和带中运移过程是多组分多相渗流问题· 在考虑气相的存在对水相影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了污染物在非饱和带内运移的流固耦合数学模型· 对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解,得出了解析表达式· 对非饱和带内的孔隙压力分布、孔隙水流速以及污染物的浓度在耦合与非耦合气相条件下的分布规律进行解析计算· 对该渐近解与Faust模型的计算结果进行了对比分析,结果表明:该模型解与Faust解基本吻合,且气相作用以及介质的变形对溶质的输运过程产生较大的影响。

饱和与非饱和带土壤水动力耦合模拟及入渗试验

利用可变坡土槽人工降水入渗试验,观测土壤水势及地下水出流量变化,建立了饱和与非饱和带土壤水数值计算模型MODFLOW-UZF1的参数率定及模型验证方法.结果表明:MODFLOW-UZF1能较为准确地模拟降水入渗补给过程,但忽略了非饱和带土壤水分运移中基质势的影响,在毛细管作用带土壤含水量模拟效果较差.

植被发育斜坡非饱和带大孔隙

在气候温湿的滑坡灾害易发区,根系通道、动物通道、干裂缝、管道及团聚体间的结构性孔隙等大孔隙普遍存在于斜坡非饱和带中。采用微观观察、化学分析和现场试验方法并结合相关学科的研究成果,分析大孔隙界定、大孔隙类型和主控因素、大孔隙三维空间结构及大孔隙时效稳定。不同测量方法的差异和大孔隙密度时空变异性是目前大孔隙定义缺乏统一性的原因。大孔隙尺寸不能作为唯一标准界定大孔隙,必须考虑其三维几何形态。多因素控制大孔隙的成因和类型,其中根系通道、裂缝和结构性孔隙对优先流有显著贡献。需从三维几何学和拓扑学方面进一步研究大孔隙三维结构。枯枝落叶层是大孔隙抵御环境因素扰动的重要屏障,但大孔隙域与周围基质域水量交换对大孔隙时效稳定是不利的。深入研究以上问题对植被发育斜坡优先流模型的改进和发展是重要的。

非饱和带轻非水相液体污染研究进展

通过对近年来轻非水相液体在非饱和带的污染机理、毛细压力-饱和度-相对渗透系数关系以及数学模拟的分析,总结了在三相流模拟过程中主要参数及物理过程的研究方法以及近年来研究非饱和带轻非水相液体污染的各种数学模型,论述了各种方法的优点和不足,提出需进一步研究解决滞后现象对油分布的影响;三相同时流动时气相对其他两相的影响;非等温条件下轻非水相液体进入包气带的污染迁移机理;开展原位实验研究复杂条件下的轻非水相液体污染迁移问题。

真空预压地基非饱和带探讨

目前,真空预压研究中将加固地基均视为饱和土,这与工程实测的地基地下水位下降相矛盾。针对这一的现状,通过对真空泵抽水的室内模拟试验和真空预压工程中实测现象进行分析,得出不同外界条件下真空吸力可引起水、空气或气液两相对流:(1)真空预压工程中射流泵提供的真空吸力引起地基中流体气液两相对流;(2)真空预压地基存在非饱和带,真空预压工程实践中密封系统不是绝对密封的,预压地基内存在漏气,液-液气射流泵以气水两相流态抽吸地下水,导致抽真空期间地基地下水位下降;(3)真空预压地基非饱和带类似于群井抽水地基的非饱和带,射流泵抽水量来源于地下水位下以上非饱和带土体的重力排水和地下水位以下饱和土体的弹性释水。同时,提出当前真空预压研究中,理论分析、室内模型试验与实际工程中的地基加固边界密封条件不同是产生矛盾或分歧的根源所在。

核素在非饱和带中迁移的非平衡吸附数值模式——NESOR

本文将对流弥散方程与非平衡吸附关系式相结合 ,开发了核素在非饱和孔隙介质中迁移的二维非平衡吸附数值模式与计算机程序—— NESOR,给出了 NESOR中使用的吸附、解吸速率参数的计算方法。对中国辐射防护研究院 (CIRP)野外包气带黄土试验场 F坑 85Sr两年的迁移试验资料和同步测得的黄土剖面的含水量资料 ,分别用 NESOR模式及二维饱和 -非饱和溶质迁移的平衡吸附模式 FEMWASTE进行了模拟计算。结果表明 :NESOR的模拟结果比

非饱和带水气二相渗流动力学模型

非饱和带地下水运动实质上是一个水气二相渗流过程。本文以多相渗流理论为基础，从水气二相渗流的连续性方程和达西定律出发，推导了非饱和带水气二相渗流的耦合动力学模型，讨论了模型的ＩＭＰＥＳ和全隐式联立求解方法的原理和步骤，认为ＩＭＰＥＳ求解方法由于达西系数项的处理，饱和度的计算均采用显式，因此该解法具有稳定性差、精度低且要求计算时间步长小的局限性；而全隐式联立求解方法是联立求解气相、水相方程，同时求出压力和饱和度值，因此压力和饱和度值都是隐式求出，具有较高精度，且无条件稳定。

柴油在非饱和带运移分布及模拟研究

以中砂和0号柴油为研究对象,通过室内物理模拟试验以及构建的描述柴油在包气带运移的多相流动力学模型,定性定量研究了柴油泄漏后在非饱和带内的运移分布特征。结合物理模拟试验及数学模拟,描述柴油泄漏进入巾砂介质中的过程,得到毛细带以上的残余油区及毛细带至地下水面的聚集油区的油相在非饱和带的分布特征。结果表明,利用室内二维渗流装置,可较好揭示柴油渗漏后在地下环境中运移过程。

西北地区额济纳绿洲非饱和带水分和盐分分布

在西北地区黑河流域下游的额济纳绿洲选择 3个土壤剖面采集不同深度土壤样品和潜水样品进行测试 ,并在野外观测非饱和带不同深度的水土势变化。结果表明 ,SO2 -4是非饱和带土壤和地下水中的主要离子成分 ,土壤和地下水呈偏碱性。土壤易溶离子含量随深度大体上呈减少趋势。绿洲非饱和带发育有收敛型和发散型零通量面 ,自夏季至冬季 ,零通量面变得不清晰直至消失。在非饱和带中 ,土壤易溶盐含量、含水量和总水土势随深度的变化趋势基本相同 。