包气带弱渗透性黏土透镜体对降雨入渗补给影响的数值模拟

大气降雨是华北平原浅层地下水的主要补给来源。长期过量开采地下水造成地下水位持续下降,使原来处于饱水带的透镜体位移到包气带中,形成了厚度大、非均质性更为复杂的包气带。厚层包气带中弱渗透性黏土透镜体对于降雨入渗补给的影响是关系到降水入渗过程及补给量评价的基本问题。用HYDRUS软件建立数值模拟模型,模拟探讨单次降雨条件下,透镜体埋深、宽度比、厚度等要素对入渗路径、入渗补给时间和入渗补给量的影响。结果表明:入渗过程中弱渗透性黏土透镜体两侧会形成较快的绕流;透镜体会减小补给峰值并延长总体补给时间,但不改变补给起始时间;透镜体埋深与极限蒸发深度的相对关系决定了潜在补给量的大小,透镜体埋深或因透镜体形成的上层滞水处于极限蒸发深度以上会减少潜在补给量。

黏土透镜体影响潜流交换的试验研究

潜流交换是影响河流-地下水作用带的水流条件、水环境修复、维持生态平衡的重要物理过程之一,河床内存在的黏土透镜体对潜流交换的影响机制尚未得到很好的揭示。参考实际的地质情况,采用适当尺度的物理模型进行黏土透镜体影响下的潜流交换研究。在控制水头和流量的情况下,针对不同规模和埋深的黏土透镜体分别进行潜流交换模拟试验,根据测得的压力数据绘制潜流带内的地下水流场。针对每一种模拟情况,在黏土透镜体上侧、左侧方向的相同距离利用所绘制的等值线计算梯度,得到透镜体附近的流速场,并利用达西定律将流速场转化为流量场。试验结果表明:潜流量随着单一黏土透镜体的尺寸和埋深增加而减小;随着地表水上下游水头差的增大,透镜体迎水面和背水面的流速分别增大和减小且增速逐渐变慢;流速衰减率与地表水上下游水头差呈正相关。研究成果提供了一种研究小尺度的潜流交换过程的方法。

融合电阻率成像法及图像法的DNAPL污染过程研究

本文应用图像法和电阻率成像法(ERT)监测二维模型中DNAPL在饱和非均质多孔介质中的运移分布特征,研究DNAPL在实际环境条件下的运移机理与分布特征.图像法是利用数码相机对污染物注入过程进行实时拍摄,以提供一个直观的角度以观察二维模型里多孔介质中DNAPL运移状态,与此同时利用ERT对模型中的电阻率变化进行监测,并导出数据到Surfer软件中绘制成电阻率分布图像.将两种方法的结果图进行对比分析,采用图像法验证ERT的数据结果,结果表明,DNAPL的运移、扩散方向会倾向于介质松散的位置,在黏土裂隙分布区域产生运移速度更快的优势运移通道;在DNAPL的重分布过程中,DNAPL的运移主要受重力作用的影响,污染区域下移,污染区域的DNAPL含量减小,电阻率相对值减小.ERT的监测结果基本可以反映DNAPL在多孔介质中运移和分布,但是局部污染区域监测受到限制,说明ERT分辨率需要进一步提高.本文融合两种方法进行污染物运移监测,实验结果对于理解DNAPL的运移机理与分布特性,以及确定污染范围和污染程度方面具有重要意义.