GCL复合垂直防渗墙中污染物运移的一维解析解

为研究膨润土防水毯(GCL)和水泥-膨润土防渗墙组成的新型复合垂直防渗墙中有机污染物的运移机理,分别考虑水泥-膨润土防渗墙和GCL作用,以及污染物击穿GCL复合垂直防渗墙迁移到零浓度的潜水层中,建立了污染物在GCL复合垂直防渗墙中的一维运移模型,并给出了出口边界采用混合边界条件时的一维解析解,所得结果与GeoStudio软件数值模拟结果高度吻合,由此验证了解析解的正确性,进而采用一维解析解开展了参数分析。研究结果表明：GCL层可以进一步提高垂直防渗墙的防污效果;有机污染物的半衰期主要影响水泥-膨润土防渗墙中的浓度分布,水泥-膨润土防渗墙的墙厚与渗透系数对墙体内部的污染物浓度分布和出口边界的污染物通量的影响较大。     

考虑固结、扩散和降解耦合作用下污染物在黏土中的运移解析模型

为了研究在固结、扩散和降解耦合作用下污染物通过黏土衬垫的运移规律,建立了有机物在其中的运移模型,并获得了零通量和零浓度下边界条件的解析解。本文模型计算结果与数值分析程序Comsol获得的结果较为一致。结果表明有机污染物的降解作用能有效地减少其在黏土衬垫中的浓度和底部通量。针对2 m黏土衬垫,半衰期为10年工况的底部通量仅为半衰期100年的24%;半衰期为10年的工况底部浓度分别是无降解和半衰期为100年的11.78%和15.8%。本文解析模型相对简单,可用于验证复杂数值模型,以及评价扩散、固结和降解耦合作用对污染物运移的影响等。     

地下水溶质运移解析法的近似求解

地下水溶质运移解析法是地下水环境影响评价中常采用的一种预测方法。对于实际地下水环境影响评价工作而言,手工查表插值计算显得非常困难,计算机编程语言为解决这一问题提供了方便。以应用最广泛的一维稳定流动二维水动力弥散问题中的连续注入示踪剂-平面连续点源计算公式为例,借助IDL编程语言实现计算公式中第一类越流系统井函数以及第二类零阶修正贝塞尔函数的近似求解,并通过坐标系旋转变换得到与地下水流动方向相一致的污染物浓度值。结果表明:IDL语言结合Surfer软件可以实现地下水溶质运移方程解析解的快速、连续、稳定求解和求解结果的可视化,且所得解析解误差小、精度高,污染物运移方向满足地下水环境影响评价中实际预测的要求。     

杨凌热电厂厂址区包气带防污性能数值模拟

为预测及防治杨凌热电厂投产后对地下水环境可能造成的影响和危害,采用HYDRUS-1D软件对污染物柴油、Cl-在包气带中的运移进行模拟。结果显示,在设定的情形下,经过30年柴油前缘到达地表下14.4m处,浓度为1.51×10-10mg/L,14.5m处浓度为0;Cl-前缘到达地表下8.8m处,浓度为1.235×10-10mg/L,8.9m处浓度为0。模拟期内,污染物均未进入地下水。热电厂厂址区包气带具有良好的防污性能,古土壤及黄土状粉质黏土隔水性能好,能有效阻止污染物向下部运移。     

考虑降解时有机污染物通过复合衬垫中的一维扩散解析解

土工膜(GM)、土工复合膨润土垫(GCL)和土壤衬垫(AL)组成的三层衬垫系统结构已广泛应用于垃圾填埋场的防渗。为了预测和评价该复合衬垫(GM/GCL/AL)的防污性能,本文建立了有机污染物在GM/GCL/AL中的一维扩散模型。模型不仅考虑了有机污染物在土工膜及其周围介质之间的分配作用并考虑了GCL和AL界面污染物浓度和通量的连续,而且还考虑了有机物自身的降解。在此基础上利用拉氏变换得到了无量纲形式的解析解。结果表明衬垫系统的防污性能对AL相关性质的改变较GM和GCL相关性质的改变更为敏感。AL厚度增大5倍可使100年时的底部污染物浓度减少2.7个数量级并可使100年时的底部污染物通量减少2.2个数量级。当污染物在AL层的半衰期从100年减少到10年时,100年时衬垫底部的浓度和通量可分别减少3.75和1.5倍。     

高水头条件下氯离子击穿高岭土衬垫的离心模型试验研究

利用400 g-t土工离心机模拟了高水头条件下氯离子在高岭土衬垫中的一维运移及击穿过程。在1g条件下采用高含水率的高岭土泥浆加压固结制备形成衬垫模型,离心模型试验离心加速度50g,历时3 h 52 min,成功模拟了高水头条件下氯离子击穿黏土衬垫的过程。试验结果表明：离心状态下模型在高渗透压力作用发生再固结,在约30 min固结过程中模型发生了非稳定渗流,对早期污染物运移过程具有一定的影响,导致该运移过程与Ogata(1961)提出的污染物一维对流-扩散解析解的求解条件有所差异。采用等效时间的方法对试验结果进行拟合,根据拟合的参数预测原型的击穿时间,发现渗透系数为3.2×10^-9m/s的2 m厚黏土衬垫在上覆10 m水头作用下的击穿时间仅为1.97 a,稳定渗漏率为0.604 m/a。     

考虑组分活度的多组分污染物扩散模型

在处置固体废弃物时多采用具有隔离和屏障作用的压实黏土衬垫体系,其渗透性极低,渗滤液溶质在其中的主要运移方式为扩散。针对各类堆场渗滤液中多组分污染物并存的实际工程现象,研究了多组分污染物在防渗黏土垫层中的扩散规律。基于混合物组分线性动量平衡,引入可考虑组分有效浓度的活度系数,建立了多组分污染物在黏土垫层中的一维扩散模型。使用有限元软件COMSOL Multiphysics对所建扩散模型进行求解,揭示了多组分污染物在黏土垫层中的扩散规律。结果表明:与单组分污染物扩散相比,多组分污染物共存时组分活度的引入对独立组分的扩散起到了阻滞作用。研究结果能够为各类堆场设计合理经济的防渗隔污屏障提供理论依据。     

基于GMS的北京西郊垃圾场地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模型是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为地下水资源管理和地下水污染修复提供定量依据。以北京市西郊典型地段为研究区,利用GMS软件建立地下水溶质运移模型,在南水北调来水后,地下水开采方案改变条件下,预测了Cl-、NO23-和THD浓度场。结果表明:垃圾填埋场污染物浓度整体呈上升趋势,劣质水面积增大,需要对原有地下水开采方案进行调整,防止地下水污染范围扩大。     

简易垃圾填埋场地下水污染风险评价

根据地下水污染的过程提出了一种简易垃圾填埋场对地下水污染风险的评价方法。首先假定地下水污染风险的表征,划定5个风险等级的分布范围,然后使用MODFLOW和MT3D软件以反演的方式推算出这5个风险发生时的污染源强,以此对某简易垃圾填埋场地下水污染风险作出评价,最后针对未来周边地下水开采量将会增加等场景,通过数值模拟得到了可能促使较高风险发生的因素,提出了降低风险等级的措施。结果表明,基于物理过程的地下水污染风险评价方法可以反映地下水的动态特征和污染物的运移状况,还可以对多种假设场景进行验证,对于风险受体来说,可以较好地刻画风险水平的分布。     

群井回灌渗滤液条件下填埋场水分迁移规律研究

为研究群井回灌渗滤液条件下填埋场内部水分迁移规律,基于已有的考虑生化降解的城市固体废弃物(MSW)力-液-气耦合一维沉降模型,并考虑到垃圾的分层填埋造成渗滤液的水平向渗透系数大于竖向渗透系数,忽略渗滤液的竖向流动,建立了填埋场群井回灌渗滤液时的液相运移方程,推求出常水头和常流量补水条件下的解析解,并以常水头回灌渗滤液为例分析了填埋场内水压变化规律。结果表明:填埋场内部生化反应造成水压初期降低,之后垃圾降解速率减慢和渗滤液回灌充分造成水压增大,且回灌水头越大、井距越小,水压增大越快。更多还原     

COMPOSITE MODELING APPROACH AND EXPERIMENTAL STUDY FOR SUBSURFACE TRANSPORT OF CONTAMINANTS FROM LAND-DISPOSAL SITES

1 .　INTRODUCTIONThecontaminationofsoiland groundwatersystemsandtheadverseeffectsofthecontamina tionoftheseresourceshavebecomeamatterofconsiderableconcern .Thetransportofcontami nantsinsoilandgroundwaterisacompositionofcomplexchemicalandhydraulicphenomena .Dur ingthepastdecadesmuchattentionhasbeengiventothetheoryandmodelingofcontaminanttrans portinsaturatedsoil (Davidetal.1996 ;Bouchard1988;Brusseauetal .1989) .Thisdevelopmenthasbeenacceleratedandincreasedduetothedifficultyandhighcostsof…     

填海工程背景下半岛地下水流场及污染物运移的数值模拟分析

以古雷半岛为例,基于GMS地下水数值模型探索海砂填海(情景一)、海砂+黏土填海(情景二)、黏土填海(情景三)这三种填海情景对研究区地下水流场及污染物运移的影响。结果表明:(1)研究区在填海背景下地下水水位整体抬升,水位上升幅度由小到大依次为情景一、情景二、情景三,最高升幅达4.78m。(2)不同填海情景下的地下水流场差异在填海区的黏土区域最为明显,情景二、情景三与情景一的地下水水位差最大值分别为4.44 m和8.20m。(3)在仅考虑物理作用的情况下,三种填海情景下污染物运移均呈现以水平运移为主、垂向运移为辅的特点。(4)相较于污染物运移基本相同的情景一与情景二,预测时间30a时,水平方向上情景三污染物迁移面积、迁移速率分别下降23.07%、18.89%;垂向上污染物主要积聚于第一层含水层,情景三观测井在第一层含水层的污染物浓度为情景一(或情景二)的5.87倍。说明采用低渗透性黏土填海对于污染物运移具有一定的阻滞作用。     

Impact of consolidation pressure on contaminant migration in clay liner

Consolidation deformation occurs in clay liners under the self-weight of wastes at a simple garbage dump or dredged sediment dump, which leads to a decrease in the porosity. However, the migration of contaminants in clay liners is influenced by the porosity. Thus, the impact of consolidation deformation of clay liners on the migration of contaminants cannot be ignored. Based on Biot’s consolidation theory, the contaminant migration theory, and consideration of the three kinds of migration mechanisms of convection, diffusion, and adsorption, a one-dimensional migration model of contaminants in deforming porous media was established, and the finite difference method was adopted to obtain the numerical solutions for an established initial-boundary value problem. The impact of consolidation pressure on the migration law of a contaminant was studied. The results show that, regardless of adsorption modes, different consolidation pressures have similar impacts on the migration law of the contaminant. Namely, over a certain migration time, the greater the consolidation pressure is, the smaller the migration depth of the contaminant. The results also show that, while the migration time increases, the impact of a certain increment of consolidation pressure on the variation of contaminant concentration with the depth increases gradually and, while the migration depth increases, the impact of a certain increment of consolidation pressure on the variation of the contaminant concentration with time increases gradually.     

2000—2014年塔里木河下游地下水补给量及合理需求量

以塔里木河下游为研究区,以区域内9个固定监测断面为基础,依据断面内各个地下水监测井,收集了输水前和第15次输水后的地下水位数据,结合土壤饱和差计算方法,分析了第15次输水后的地下水补给量,并联系植被生长所需的合理水位探讨了地下水到达合理水位所需的水量,以期评价生态输水的阶段性效果,为调整生态输水方案提供理论参考。结果表明:(1)生态输水前地下水埋深在6~13 m之间,第15次生态输水后,地下水最大升高幅度达到8.26 m;(2)第15次生态输水后,塔里木河下游地下水补给量约为20.44亿m3;(3)为使地下水达到植被生长所需适宜水位,塔里木河下游地下水的合理需求量约为24.08亿m3。     

基于Visual MODFLOW的某尾矿库地下水污染模拟

以甘肃省合作市某尾矿库库区作为研究区,应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型,模拟了4种特征污染物在尾矿库无防渗和尾矿库人工防渗层破损两种非正常工况下的运移情况。数值模拟预测了污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。由预测结果可知:污染物主要沿水流方向运移,对水环境的影响随时间逐渐增大;氨氮和总磷对水环境的影响较大,总砷和六价铬影响较小;两种工况中,尾矿库无防渗对水环境造成的影响更为恶劣。     

干旱区高盐度潜水蒸发条件下土壤积盐规律分析

为分析干旱区高盐度潜水蒸发条件下土壤中盐分积累规律,利用室外土柱模拟试验开展了不同TDS(Total Dissolved Solids)(30和100 g/L)、不同包气带质地(细砂和粉质黏土)和不同潜水埋深(0.5、1.0和3.0 m)的高盐度潜水蒸发条件下分层土壤盐分的监测工作。通过对各个土柱不同深度7次取样得到的土壤平均含盐量数据分析表明:高盐度潜水蒸发条件下,潜水埋深越浅,土壤剖面上相同深度范围内的含盐量就越大;在其他条件一定时,包气带质地为粉质黏土的土壤剖面含盐量大于包气带质地为细砂的土壤剖面含盐量;由于黏性土的膜效应和土壤中积盐对土壤孔隙的填充作用,导致粉质黏土土柱上层的土壤含盐量表现为潜水TDS为30 g/L的大于潜水TDS为100 g/L的,在土柱下层的土壤含盐量表现为潜水TDS为30 g/L的小于潜水TDS为100 g/L的;由于TDS升高对毛细水的重力和土体结构的改变,随着潜水TDS的升高,粉质黏土土壤剖面上出现局部积盐深度下移的趋势。     

河套平原次生盐渍化地区地下水动态调控模拟研究

在盐荒地野外水盐运移试验的基础上,建立了基于饱和-非饱和带的土壤水盐运移模型,以地下水埋深为调控关键因子,利用HYDRUS软件模拟了河套灌区荒地不同时段的不同控制地下水埋深条件下包气带水盐变化规律。通过模型反算,定量确定了不同时段防治盐渍化的地下水埋深临界值。模拟结果:在年内2~3次灌溉淋滤的条件下,3月-6月份(春融返盐期)控制地下水埋深大于2.4~2.7 m,7月初-9月初,控制地下水埋深大于1.8~2.1 m,9月中旬-11月中旬(秋浇积盐期),控制地下水埋深大于1.5~1.8 m,11月下旬-3月上旬(冬封期)控制地下水埋深大于2.0~2.3 m可使0~50 cm土层的全盐量基本小于0.2%,处于非盐渍化状态。研究结果可为河套平原次生盐渍化区水盐运移调控和盐渍化改良提供借鉴和依据,具有重要理论和应用意义。     

沧州市地下水开采-地面沉降数值模拟

以沧州市地下水开采引起的地面沉降为例,在分析研究区地质和水文地质条件的基础上,得到研究区地下水开采与地面沉降地质概化模型,建立地下水三维渗流和土体垂向一维变形耦合数值模型,在完成模型识别验证的基础上,预测了现状开采条件下从2010年末到2025年末地下水流场的变化特征和地面沉降的变化趋势。结果表明,到2025年底,整个沧州市范围内累计地面沉降量最大值为475 mm,最小值为270 mm。     

地下水与植被关系的研究进展

地下水与植被之间有着复杂的关系,它涉及地下水、土壤、植被等相互之间的动态平衡。地下水的变化会引起土壤水盐变化而直接影响植被的生长、分布和演替。本文系统地总结了地下水与土壤含水量、土壤含盐量、天然植被、地表荒漠化关系等诸多方面的影响研究进展,并探讨了生态地下水埋深对植被的重要作用。认为针对地下水变化引起的生态负效应,开展地下水与植被的关系研究,认识和理解植被退化的过程和机制,是应对气候变化和人类活动影响下地下水管理和生态保护的重要工具,最后指出地下水生态效应仍是今后亟需加强的研究方向。     

基于FEFLOW的高尔夫球场地下水污染风险预测研究与效果评估

针对日益严重的高尔夫球场地下水污染问题,以高尔夫球场的地下水污染防渗和保障城市供水安全为目标,为了预测高尔夫球场的地下水污染风险和探究其防渗方法,以北方某高尔夫球场为例,通过分析研究区概况,基于FEFLOW建立了地下水流和溶质运移模型,采用数值分析方法,预测球场污水处理设施失效时的地下水污染风险,并评估防渗效果。结果表明:在污水处理设施失效100 d时,锰扩散最远距离为112. 45 m,六六六扩散最远距离为48. 50 m,短期内扩散较快,对下游居民区产生威胁;防渗措施应用后100 d时,污染物扩散最远距离约为50. 2 m;应用1 000 d时,污染物扩散最远距离约为54. 8 m,扩散范围变化不大且控制在球场范围内,防渗效果良好。该数值分析方法很好的预测了污染物在有无防渗两种工况下的迁移情况,通过设置防渗层和防渗帷幕有效阻滞了污染物迁移,研究成果对高尔夫球场的地下水污染控制具有一定的借鉴意义。