野外试验场黄土包气带水分入渗试验研究

黄土介质特有的垂直节理和大孔隙发育性质,使黄土包气带水分入渗过程具有与其它均匀土壤的非饱和水分运动不同的特征.通过试验场黄土包气带水分入渗试验和土壤水动力学理论分析,说明非饱和条件下黄土介质中的垂直节理对水分入渗几乎不起作用,而大孔隙对水分入渗起着显著的阻滞作用.     

野外试验场黄土包气带水分入渗试验研究

黄土介质特有的垂直节理和大孔隙发育性质,使黄土包气带水分入渗过程具有与其它均匀土壤的非饱和水分运动不的特征。通过试验黄土包气带水分入渗试验和土壤水这理论分析,说明非饱和条件下黄土介质中的垂直节理对水分入渗几乎不起作用,而大孔隙对水分入渗起着显著的阻滞作用。     

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 FEMWASTE的模拟结果更接近试验实际     

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FEMWASTE的模拟结果更接近试验实际.     

黄土包气带水分绕流条件下核素迁移的数值模拟

本文针对包气带黄土-石英砂介质中出现的水分绕流现象,采用了剖面二维水流数值模式进行了模拟;利用黄土对^3H几乎不吸附的特点,采用^3H的野外迁移试验资料验证流场.随后模拟了^90Sr 在黄土包气带中的迁移,模拟过程中将源直接放在石英砂周围的黄土结点上.对^90Sr在包气带迁移的数值模拟结果显示了与实验结果相符的双峰现象,表明介质的差异可能是导致^90Sr浓度双峰现象的主要原因.     

黄土包气带水分运移的现场研究

本文主要介绍在核素迁移试验现场进行的黄土包气带水分运移研究的方法和主要结果.包气带水分运移试验场建有一座9.0m深的负压计观测竖井和二个28.0m深的中子仪测管.分别采用WM-1型负压计系统和IHiii型土壤中子水分仪测量黄土剖面的基质势和含水量.一组负压计和中子仪测管在天然条件下测量,连续观测2年多,用于水分运移特征研究;另一组测量停止淹灌后的水分再分配过程,连续观测7个月,用于非饱和渗透系数测定.结果表明: (1)降雨入渗主要影响深度、蒸发影响深度在1.0m以上; (2)水分运移可分为4个带:1.0m深度以上为强交替带,含水量、水势和水势梯度随时间变化快、变幅大,液态水的运移比较明显;1.0～7.2m深度上为含水量和水势随时间变化小的弱交替带,除黄土颗粒大小变化较大的深度处,一般来说,水势梯度方向单向向下,其中:含水量和水势在1.0～1.6m深度上随时间变化较大,液态水的运移也比较明显;在5.0～7.2m深度上,水分变化很小,基本趋于稳定状态,液态水的运移很不明显,微弱的热水汽扩散显现出来;在7.2～23.0m深度上,含水量除在黄土-古土壤-钙质结核层组合交界处有变化外,其余则基本保持与黄土颗粒大小变化相对应的稳定状态,为水分运移的传递带;23.0～28.0m深度上为毛管水带; (3)在0.4～2.4m深度上,当体积含水量θ为0.18～0.41时,非饱和渗透系数K(cm/d)为3.6×10-3～23.4,拟合得到K与θ的经验关系式:K＝2.81×105θ10.51,它可适用于含水量在此范围内的马兰黄土上段; (4)在水分运移的基本稳定带(5.0～7.2m深度),应用达西方程并采取年平均方法,估算得到年降雨入渗补给量不到1cm; (5)在半干旱黄土地区,热水汽的扩散也可能是地下水的一种补给方式.     

黄土包气带水分运移的现场研究

本文主要介绍在核素迁移试验现场进行的黄土包气带水分运移研究的方法和主要结果。包气带水分运移试验场建有一座 9.0 m深的负压计观测竖井和二个 2 8.0 m深的中子仪测管。分别采用 WM- 1型负压计系统和 IHiii型土壤中子水分仪测量黄土剖面的基质势和含水量。一组负压计和中子仪测管在天然条件下测量 ,连续观测 2年多 ,用于水分运移特征研究 ;另一组测量停止淹灌后的水分再分配过程 ,连续观测 7个月 ,用于非饱和渗透系数测定。结果表明 :(1)降雨入渗主要影响深度、蒸发影响深度在 1.0 m以上 ;(2 )水分运移可分为 4个带 :1.0 m深度以上为强交替带 ,含水量、水势和水势梯度随时间变化快、变幅大 ,液态水的运移比较明显 ;1.0～ 7.2 m深度上为含水量和水势随时间变化小的弱交替带 ,除黄土颗粒大小变化较大的深度处 ,一般来说 ,水势梯度方向单向向下 ,其中 :含水量和水势在 1.0～ 1.6 m深度上随时间变化较大 ,液态水的运移也比较明显 ;在 5.0～ 7.2 m深度上 ,水分变化很小 ,基本趋于稳定状态 ,液态水的运移很不明显 ,微弱的热水汽扩散显现出来 ;在 7.2～ 2 3.0 m深度上 ,含水量除在黄土 -古土壤 -钙质结核层组合交界处有变化外 ,其余则基本保持与黄土颗粒大小变化相对应的稳定状态 ,为水分运移的传递带 ;2 3.     

包气带黄土介质中核素迁移的双峰机理研究

从理论上对引起核素在包气带迁移实验中的双峰现象机制进行了分析和计算，计算结果说明离子交换作用不会导致双峰现象；分别以稳定核素Sr、Nd、Ce为示踪剂，再次进行了野外现象包气带实验，最终结果表明源项介质同黄土介质的分配系数Kd的差异可能是导致出现双峰现象的真正原因。     

天然条件下3H 在黄土包气带中的迁移

用＾３Ｈ作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法。本文通过＾３Ｈ在天然黄土包气带的现场示踪试验,得到了＾３Ｈ在非饱和黄土中迁移的某些特征。     

237Np、238Pu、241Am和90Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料中迁移行为的野外试验研究

本文介绍了^237Np、^238Pu、^241Am和^90Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料(膨润土、水泥、变质水泥、水泥砂浆粉)中迁移行为的野外试验的方法和结果。在包气带黄土和工程屏障材料中的迁移试验是在天然和喷淋(15mm／d)两种条件下进行的，含水层迁移试验包括核素在用未扰动含水介质填装的组件试验与核素在未扰动含水介质中的示踪试验。经过3年试验，核素在天然条件下的包气带黄土中以及无论在天然还是喷淋条件下的工程屏障材料中，示踪剂未见明显迁移(即未迁移出示踪源层外)；在喷淋条件下，在包气带黄土中通过石英砂示踪源层^90Sr(质心)向下迁移2．7cm，通过示踪源层外边缘上的黄土向下迁移13cm(峰位)；^237Np、^238Pu、^241Am未见明显迁移。发现石英砂做示踪剂载体对黄土非饱和水有屏流作用，影响核素迁移，以石英砂和黄土做载体的对比实验证实了这一点。^90Sr、^237Np、^238Pu和^241Am在未扰动含水层介质示踪试验中经1023d未见明显迁移，仍在示踪源点。含水层组件试验中^238Pu和^241Am未见明显迁移，在组件8(面源)中，^237Np向后迁移0．95cm，^90Sr(质心)迁移4．7cm。试验结果还表明，核素在变质水泥和普通水泥中迁移(3年)规律未见明显差异。     

核素在非饱和黄土介质中的二维迁移

试验结果表明，天然降水条件下，在近3年的试验期间，^60Co,^85Sr和^134Cs三种核素在非饱和黄土介质中的比活度分布质心仍在示中源层这内，^85Sr的侧向比活度分布方差与纵向比活度分布方差相当；在人工喷淋条件下，这些核素的迁移距离也很短，说明非饱和黄土对这些核素有较强的吸附滞留能力。或者换句话说，非饱和黄土可以作为中低放废物处置的候选地质介质。另外，根据对试验结果的拟合与分析看出，降水入渗量极大地影响着核素向下的迁移速度和纵向扩展，因此，控制流经处置库的入渗水量，是减少处置废物中放射性核素对环境影响的重要因素。     

黄土包气带中放射性核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场开展了为期二年的包气带中 3H、6 0 Co、85 Sr和 13 4 Cs的迁移试验 ,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验。通过定期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布 ;同时为配合迁移试验 ,同步开展了包气带中水分运移观测在介绍了试验概况之后 ,分析了作为水分运移示踪剂的3 H的试验结果 ,并与野外现场的和实验室的其它研究包气带水分运移的结果相比较 ,令人满意的一致性显示了所建立的包气带水分运移研究方法的可靠性。核素迁移结果表明 ,试验场址的黄土沉积层对所选用的示踪核素具有强烈的吸附滞留作用。经过二年的试验 ,60 Co和13 4Cs的浓度峰无论在天然条件下还是喷淋条件下 ,迁移距离都不超过 1cm;85Sr的浓度峰在喷淋条件下迁移了约 13cm;在天然条件下迁移了约 2 cm。尽管 60 Co和 13 4Cs被黄土强烈吸附滞留 ,但是 ,试验中发现一小部分60 Co和 13 4Cs迁移速度远高于其浓度峰的迁移。试验中还发现 ,在喷淋条件下 ,85Sr在迁移过程中形成具有不同迁移速度的二个浓度峰。这些发现对放射性废物处置的安全评价甚为重要     

黄土包气带中放射性核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场开展了为期二年的包气带中3H、60Co、85Sr和134Cs的迁移试验,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验.通过定期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布;同时为配合迁移试验,同步开展了包气带中水分运移观测. 在介绍了试验概况之后,分析了作为水分运移示踪剂的3H的试验结果,并与野外现场的和实验室的其它研究包气带水分运移的结果相比较,令人满意的一致性显示了所建立的包气带水分运移研究方法的可靠性. 核素迁移结果表明,试验场址的黄土沉积层对所选用的示踪核素具有强烈的吸附滞留作用.经过二年的试验,60Co和134Cs的浓度峰无论在天然条件下还是喷淋条件下,迁移距离都不超过1cm;85Sr的浓度峰在喷淋条件下迁移了约13cm;在天然条件下迁移了约2cm.尽管60Co和134Cs被黄土强烈吸附滞留,但是,试验中发现一小部分60Co和134Cs迁移速度远高于其浓度峰的迁移.试验中还发现,在喷淋条件下,85Sr在迁移过程中形成具有不同迁移速度的二个浓度峰.这些发现对放射性废物处置的安全评价甚为重要.     

黄土包气带土壤水特征曲线研究

本文主要介绍在中国辐射防护研究院 (CIRP)野外试验场从地表到潜水位 2 8m深范围内 4 6个土芯样的水特征曲线的测量方法及测量结果。结果表明 ,场址包气带导水特征随深度变化明显 ,可将其分为 5个层带 ,并由测量结果推导出各层带土壤的非饱和渗透系数、比水容量及当量孔径分布等非饱和水动力学参数。测量得到的土壤水特征曲线与现场包气带剖面含水量和基质势动态观测结果符合较好。利用本文研究得出的参数 ,计算得到的试验场址包气带孔隙水流速与现场 3 H示踪试验得到的结果也符合较好。     

黄土包气带土壤水特征曲线研究

本文主要介绍在中国辐射防护研究院(CIRP)野外试验场从地表到潜水位28m深范围内46个土芯样的水特征曲线的测量方法及测量结果.结果表明,场址包气带导水特征随深度变化明显,可将其分为5个层带,并由测量结果推导出各层带土壤的非饱和渗透系数、比水容量及当量孔径分布等非饱和水动力学参数.测量得到的土壤水特征曲线与现场包气带剖面含水量和基质势动态观测结果符合较好.利用本文研究得出的参数,计算得到的试验场址包气带孔隙水流速与现场3H示踪试验得到的结果也符合较好.     

非饱和水通过双层孔隙介质渗流的定量实验

非饱和水通过双层孔隙介质的渗流对于放射性废物近地表处置库的顶盖设计具有重要意义。本文主要介绍非饱和水通过以黄土（细颗粒）和石英砂（粗颗粒）组成的双层孔隙介质渗流定量实验的装置、方法及其结果。从实验结果可见：黄土中的非饱和水在下渗过程中遇到石英砂层时，即使石英砂层很薄，且粒度很小，下渗水也发生绕流现象；相对绕流量的大小随水的喷淋强度的增大而减小，随石英砂层厚度的增加而增加。另外，实验发现，相当部分的绕流水是紧石英砂层的下表面运动的。由实验结果推断，在石英砂粒径0.2-0.45mm、埋深20cm情况下，不起绕流作用的石英砂层厚度≤1mm；对于≥2mm厚的石英砂层，相对绕流量达100％的喷淋强度需低于5mm/d。     

非饱和水在双层孔隙介质中渗流的定性实验

本文主要介绍关于非饱和水在双层孔隙介质中渗流定性实验的方法和主要结果。使用由粗－细颗粒石英砂层（第Ⅰ类组合）及黄土－石英砂层（第Ⅱ类组合）组成的两类双层孔隙介质，用可视玻璃箱作为实验箱体，分别采用红色罗丹明B和曙红Y为示踪剂进行渗流定性实验。在由介质上表面定时喷淋清水条件下，分别观测了当示踪剂在第Ⅰ、Ⅱ两类双层孔隙介质“顶层释放”及示踪剂和石英砂混合后铺设在黄土内（第Ⅱ类组合）的“中间释放”情况下，示踪剂的渗流路径和扩展情况。无论在“顶层释放”还是在“中间释放”情况下，尽管粗颗粒层很薄，但均观察到非饱和水的绕流现象。距释放时间较长时，“顶层释放”的示踪剂在粗颗粒层下方中央形成一条明显的空隙；而由土体“中间释放”的示踪剂在粗颗粒层下方中央形成一条狭窄的示踪剂色带，两者形成了互补景象。另外，在未喷水的静置条件下，“中间释放”的示踪剂随着静置时间的增大而向上、下两侧黄土中的扩展范围也在逐渐增大。     

黄土包气带中核素二维迁移的试验研究

为了研究黄土包气带中放射性核素在垂直和水平方向上的二维迁移,在野外试验场的Ｃ坑和Ｆ坑进行了取样测量。将＾８５Ｓｒ、＾１３４Ｃｓ和＾６０Ｃｏ三种核素与黄土均匀混合,制成示踪源,埋置于坑底中心位置,距地表１ｍ,两坑示踪源匀为φ５．５ｃｍ＊０．６ｃｍ。     

双层孔隙介质中非饱和渗流的水势分布与变化

水势反映土壤水的能态,而水势梯度则是决定水流方向和速度的重要因素。本文主要介绍非饱和水通过以黄土(细颗粒)和石英砂(粗颗粒)组成的双层孔隙介质渗流的水势分布和变化的实验方法和主要实验结果,用以进一步分析解释以前工作中观察到的非饱和水在双层孔隙介质中的绕流现象。实验结果表明：在喷水强度一定情况下,石英砂层中的水势随石英砂层厚度的增加而减小;在石英砂层厚度一定情况下,石英砂层中的水势随喷水强度的增加而增大;石英砂层上方的水部分通过石英砂层向下流动,部分绕过石英砂层向下流动;绕过石英砂层的水部分地紧贴石英砂层下表面向石英砂层下方的黄土中流动。这是一些值得进一步探讨的现象。     

野外试验场包气带的土壤结构及渗透性

本文介绍本院野外试验场包气带土壤结构和渗透性参数实验分析的主要方法及其结果。实验结果表明 ,所研究剖面的土壤不均匀程度较高 ,平均不均匀系数为 14.7;饱水渗透系数在垂直与水平两主轴方向离心率在 0 .6 5～ 1.0 0之间 ,剖面各层平均离心率为 0 .93,故从地下水动力学角度看 ,该包气带土壤可认为是各向同性介质 ;而不同土壤层渗透系数之间有明显差异 ,故整个包气带为非均质。饱水渗透系数在剖面的上、下段大 ,中段小