地下水流速及介质非均质性对重非水相流体运移的影响

重非水相流体(DNAPL)在地下介质中的运移分布受多种因素影响,包括DNAPL的物化性质、泄漏速率、地下水流速和介质非均质性等。本文采用地质统计方法生成渗透率随机场刻画非均质性,运用T2VOC模拟不同流速情形下DNAPL在均质/非均质介质中的运移分布,以评估地下水流速和非均质性对DNAPL运移的影响。研究结果表明,地下水流速的增大显著促进了DNAPL的水平和垂向运移。相同流速情形下,非均质性的增强使得DNAPL污染羽分布形态及运移路径的空间变异性增强,出现明显的蓄积和绕流。当DNAPL运移的优势通道方向与流速方向相反时,水流对DNAPL水平运移的促进作用将减弱,反之,其促进作用增强。随着流速与非均质性的同时增强,水平方向上污染羽的扩散范围增大,另外水平和垂直方向上质心位置(一阶矩)及展布范围(二阶矩),污染池起始位置及其长度的空间变异离散程度增大。     

淮河流域河道内生态需水保障程度时空特征解析

为了反映出河道内水量满足生态保护与修复需求的状况,以淮河流域为研究对象,构建了适合于快速评估流域尺度河道内生态需水保障程度时空特征的方法。采用生态需水年内展布计算法计算了流域主要干支流的生态需水阈值,并结合实测径流资料开展了生态需水保障程度计算。利用时间序列法、Mann-Kendall检验法、聚类分析以及GIS空间分析功能对流域生态需水保障程度进行时空特征解析。结果表明:1流域生态需水保障程度整体呈现上游地区高于下游地区,淮河干流南岸地区高于北岸地区的特征;2颍河、涡河、沱河等支流的生态需水保障程度较低,且呈显著下降的趋势;3流域年内4—6月份的生态需水保障程度整体表现最低,且空间差异性大,为流域河道内生态需水敏感时期;4流域涡河玄武、蒙城断面,池河明光断面和沱河永城断面生态需水保障程度整体最低,且年内过程变异程度最大,为河道内生态需水优先保障区。评估结果可为优化流域水资源配置、制定维护河流健康对策和保障措施提供重要的依据。     

南京市典型区域城市湿沉降污染成分特征分析

以南京市中心城区鼓楼区和城市郊区仙林地区为对象,对2009年12月至2011年7月每场降雨雨水进行水质监测和分析,研究城市湿沉降面源污染特征。结果显示:①研究区域雨水的主要污染成分为SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD;②实验监测期内,鼓楼地区雨水中SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD质量浓度均高于仙林地区雨水组分。其中,SO₄^2-质量浓度平均值62.79mg／L,约是仙林地区平均值16.11mg／L的4倍。③干湿周期对雨水水质影响显著。采集的雨水样本中,久未降雨后的首场雨水的COD、SO₄^2-质量浓度值高于相对连续降水后的雨水相关组分,但NO₃-N质量浓度低于连续性降水后的雨水组分。     

观测数据时空密度对集合卡尔曼滤波计算精度的影响

集合卡尔曼滤波（EnKF）算法在地下水数据同化领域中的应用受到了越来越广泛的关注。作为同化系统的重要组成部分,观测数据的空间/时间密度的配置直接影响滤波运算结果。本文构造了一个理想二维地下水流算例考察空间/时间密度对传统EnKF和局域化EnKF的影响。研究结果表明：随着空间密度的增大,局域化EnKF运算精度增高,而传统EnKF运算精度无此改进倾向。总体趋势上时间密度增大使EnKF运算精度增高,但对不同数目的观测井方案,这种精度增高的幅度有所变化,观测井越多,增高越不明显。由此得出结论：局域化改进EnKF能够有效同化更多的观测井数据,给出更精确的结果;模拟初期水头变化波动较大,观测数据价值较高;在一定时间密度配置下,低空间密度局域化EnKF运算精度可以接近甚至超过高空间密度配置。     

裂隙网络模型在地下水数值模拟中的应用研究进展

地下水在裂隙介质中的渗流和运移过程与在多孔介质中的过程存在机理上的差别,这与裂隙系统的尺度效应和非均质性有关,这也给数值模拟带来困难。采用裂隙网络模型可以对发生在不同尺度上的渗流和运移过程进行模拟,从而有效地解决以上存在的问题。构建裂隙网络模型的方法主要有体视学方法和随机模拟方法。按照假设条件和概念框架的不同,裂隙网络模型主要可分为连续体模型、离散裂隙模型和混合模型,在应用过程中可根据研究区的实际情况选择合适的模型。本文在对已有成果进行综合论述的基础上,指出其中存在的不足和需要改进之处,从而为以后的进一步研究指明方向。     

防渗墙和水力截获井防控填埋场污染的模拟研究

本文基于算例模型,采用数值模拟方法对比研究了不同渗透性和含水层厚度条件下,垂直防渗墙和水力截获井的污染防控效果。结果表明:,含水层厚度越大,渗透系数越高,水力截获井的效果越明显,水力截获井间距可以越大,通过截获井的优化布局,可以实现防控效果等同于垂直防渗墙;对于含水层厚度小、含水介质渗透性较差的场地,水力截获井效果较差,建议使用垂直防渗墙。在此基础上,对某规划建设的危废填埋场的污染防控措施进行了对比研究,根据不同防渗措施污染物运移模拟预测结果,推荐水力截获井技术作为该填埋场地污染防控措施。水力截获井污染防控效果可以等效垂直防渗墙,降低工程建设费用的同时可有效控制地下水污染风险,对条件相似填埋场污染防控措施实施具有借鉴意义。     

基于GSFLOW的地下水-地表水耦合模拟与分析

地下水-地表水耦合模型GSFLOW研究地下水-地表水相互转化关系、分析不同水文参数对于流域水资源影响提供理论和技术支撑。本文在介绍GSFLOW模型的结构、计算过程、应用范围等基础上,分析了气温、降水以及不同数量的水文响应单元(HRU)对GSFLOW模型模拟结果的影响。研究结果表明:水文响应单元划分尺度的不同影响GSFLOW模型的精度,当HRU数量增加时,GSFLOW模型对降水变化的响应更加剧烈,模拟结果变动幅度加大。气温升高、降水减少比气温降低、降水增加对模拟结果的影响更大,而降水比气温对模拟结果的影响程度更为明显。GSFLOW模型能较好地模拟复杂地下水与地表水的相互作用过程,是一种值得推广应用的地下水-地表水耦合模型。     

高速公路中央分隔带渗水规律三维数值模拟

以高速公路中央分隔带为例,采用三维有限元方法对饱和-非饱和带渗水规律进行数值模拟。分别设计两种不同模拟方案,第一方案是为检验已存在隔、排水措施的性能,计算中央分隔带底部设置的排水管流出的水量;第二方案是假定中央分隔带现有隔、排水措施不存在的情况下,中央分隔带顶部入渗水量引起天然潜水面上升的高度,模拟饱和-非饱和界面的运移过程。两种不同模拟方案的计算结果为中央分隔带的隔、排水设计提供了理论依据,同时对其它饱和-非饱和带渗水规律的研究具有借鉴和类比意义。     

NaCl溶液运移过程的电容成像法室内监测研究

电容成像法是根据被测物质各相具有不同的介电常数,当各相组分分布或浓度发生变化时,将引起被测介质介电常数发生变化,从而使测量电极对间的电容值发生变化。以这些电容测量值作为投影数据,通过一定的图像重建算法,便可以获得介电常数分布,从而获得物质分布的图像。本研究运用电容成像法对NaCl溶液运移过程进行了实时监测,首先通过小砂盒进行了用不同浓度NaCl溶液饱和的多孔介质测定,得到了电容标定曲线,从而说明了电容成像法的有效性,然后通过砂槽进行了非饱和带中NaCl溶液的运移试验,并利用电容成像法进行了同步的动态监测,得到横纵向电容时间变化曲线,以及影像图,并通过三维电容相对值变化明显的看出NaCl溶液运移过程。这说明利用电容成像法对非饱和多孔介质中NaCl溶液的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的。     

基于自然电位方法的非饱和带水分分布和运移情况探测

通过在中山植物园陆域水文观测站研究区埋设电极,监测野外研究区的电阻率变化和自然电位分布,可以获取非饱和带的水分分布和运移信息。结果表明：研究区的低电阻率区域也是自然电位异常区域,即含水量异常引起自然电位异常;视电阻率差值图显示的电阻率变化区域（即含水量变化的区域）与自然电位正异常区域吻合,水分的运移引起自然电位的异常。通过监测自然电位,可以同时获取了水分分布和水分运移情况。另外,本文借助自然电位概率成像方法,获取异常体的深度信息。