裂隙介质溶质运移试验研究

介绍了自行研制的裂隙介质溶质运移试验测试系统,与国内外同类试验装置相比,该测试系统可以对不同尺寸的裂隙介质进行溶质运移试验,在裂隙介质中布设了测试流体压力、温度、浓度的传感器,可以对原样裂隙中各点的溶液浓度进行直接测量,以此来获得溶质在裂隙介质中的运移规律。应用该测试系统进行了NaCl示踪剂溶液在裂隙介质中运移的试验,并用解析–优化方法求解了裂隙介质中NaCl示踪剂溶液运移的水动力弥散参数。     

溶质运移与高放核废物处置

通过对溶质运移和高放核废物处置的介绍,结合核素迁移以及我国高放核废物处置的情况,介绍了在核素迁移过程中T-H-M-C四场耦合的组合分类,提出在核废物处置过程中进行四场耦合的研究,并指出在将来的四场耦合研究过程中加强化学场研究的重要性,对高放核废物处置具有一定的指导作用。     

土壤溶质运移理论研究及应用

土壤溶质运移关系到土壤和地下水的环境质量,是目前土壤科学、地下水文学和农业环境保护等领域的研究热点,本文根据国内外学者关于土壤溶质运移的相关研究成果,综述了土壤溶质运移的基本理论、数学模型的建立及其存在的问题,介绍了部分模型的发展及其应用。     

裂隙岩体渗流溶质运移耦合离散裂隙模型数值计算方法

研究裂隙岩体渗流溶质运移问题对于岩土工程地下水污染物预测控制具有重要意义。基于离散裂隙网络模型,采用实体单元模拟基质岩块、无厚度单元模拟复杂裂隙网络,提出了裂隙岩体渗流溶质运移耦合的三维数值计算方法。针对无反应项和含反应项两种情况,通过算例分析了单裂隙中溶质迁移行为,并与精细模拟方法、解析方法的结果进行对比验证;进一步将该法应用于预测大规模裂隙岩体溶质浓度分布规律及发展趋势,并评价了主要影响因素。结果表明,该法可有效模拟裂隙网络、基质岩块中水分溶质传输行为;由于贯通裂隙网络的优势流影响,溶质羽主要受控于裂隙水的对流作用,出现了高度非均匀分布现象;通过参数敏感性分析发现,相较于岩块基质的扩散作用,裂隙开度产生的对流作用是影响浓度场分布的主控因素。在保证精度的前提下,该法可大幅减小计算量和计算时长,对于解决含复杂裂隙网络岩体渗流传质的三维数值模拟问题具有明显优势。     

二维裂隙网络溶质运移仿真模拟

将裂隙岩体渗流视为裂隙网络流,示踪剂质点在裂隙网络中运动。以岩体裂隙网络水流模型为基础,应用仿真模拟技术模拟裂隙网络中的溶质运移规律。提出了裂隙网络中质点的转移概率和运移时间的计算方法,编制了相应的仿真模拟程序。将已有的实验结果和仿真模拟结果进行了比较,结果表明:该方法具有较高的可靠性和广阔的应用前景,是解决裂隙网络中溶质运移模拟的有效方法。     

土体固结与溶质运移三维耦合模型

考虑堆场上覆堆积体自重引起的土体固结与溶质运移的耦合效应已成为环境土工领域中的热点问题。在 Biot 固结理论和溶质运移理论相结合的基础上,以孔隙率作为耦合参量,将固结方程与运移方程相联系,考虑土体固结对溶质运移模型参数的影响,建立了溶质在固结变形土体中运移的三维耦合模型。采用多场耦合有限元软件 COMSOL Multiphysics 对模型进行了数值求解。数值模拟结果表明,土体固结变形对溶质运移过程具有较强和持久的阻滞作用,导致溶质运移深度以及污染羽范围的减小,在模拟运移20 a 时,运移距离减小率已高达27．75％,且随着时间的增加而逐渐增大;溶质在水平方向的迁移距离不可忽略,随着横向水力梯度的增大而增大。     

基于分形理论的裂隙岩体地下水溶质运移模拟

岩体裂隙面是粗糙不平的，具有分形特征。裂隙本身可以看成由上下两裂隙面叠合而成的，可以应用分形几何理论来模拟粗糙裂隙面和裂隙张开度的分布情况。在用分形理论模拟裂隙面及裂隙张开度的基础上，用特征有限元方法对粗糙裂隙中的溶质运移进行了模拟。模拟结果显示，考虑裂隙面的粗糙度，模拟其中的溶质运移更符合实际情况。与平均张开度下光滑裂隙中的溶质运移相比，粗糙裂隙中的浓度锋面更落后，而且存在不均匀性和各向异性的特点。     

地下水溶质运移软件（GTS）设计与实现

随着全球工业的快速发展,生态环境遭到严重破坏,环境污染日益加剧。地下水污染对生态环境有着消极的影响,地下水污染研究已成为水文地质和环境保护的一个重要研究课题。地下水溶质运移软件（GTS）被设计用于精准预测地下水溶质物质的运移路径、时空分布及运移速率,从而指导地下水污染防治与制定环境保护策略。本文介绍了GTS软件的基本功能及其实现原理,包括地下水模型和运移系数模型、地下水溶质数据处理程序和模拟结果图形化显示程序。本文综述了GTS软件的设计与开发思路,介绍了GTS软件的系统架构及整体架构,探讨了GTS软件的系统设计方法。此外,本文还对GTS软件的实现进行了一些案例分析,以验证GTS软件的有效性和可靠性。     

基于无量纲法两种一维溶质运移解的比较

溶质运移解析解用于快速预测污染物在土壤及地下水中浓度分布,基于无量纲分析法对考虑对流、弥散和降解因素影响的固定浓度边界条件及可变通量边界条件的一维溶质运移解析解进行比较,将固定浓度边界条件解与可变通量边界条件解以无量纲形式给出,并绘制大范围无量纲参数的典型曲线。结果表明,当以对流迁移为主时,第一类边界条件解的结果更加保守,当贝克莱数较大时,2种数学解的结果差异不明显,最后将2种数学解运用于具体案例。     

裂隙中滞水区对溶质运移影响的模拟分析

 无论是野外还是室内试验所涉及到的均是变隙宽的粗糙裂隙。重点探讨带滞水区的裂隙形态对其中溶质式示踪剂运移的影响及导致的运移特征变化。采用的模拟方法是考虑对流与分子扩散步骤的随机粒子追踪方法。数值模型区域选择均质导水介质。不同程度的分子扩散模式用于比较其对溶质运移结果——穿透曲线特征的影响。尝试从不同穿透曲线的特征分析来解析带滞水区裂隙的几何形态及相对分子扩散程度对溶质运移的影响。研究结果表明，在不带滞水区的单裂隙中，溶质几乎同时流出系统。对于相同分子扩散尺度下的带较宽或较深滞水区的裂隙，其对应的穿透曲线的高峰值明显降低并伴随着明显的“拖尾”现象。模拟结果还表明在较高尺度分子扩散条件下，其穿透曲线具有相类似的特征。     

高密度电阻率成像法监测静水中溶质运移过程

本文应用高密度电阻率成像法对静水中溶质运移过程进行了二维的监测研究。通过在50cm×40cm×30cm的水槽中,高密度地布置多个电极的方法,获得了水溶液中不同时间的二维平面上的视电阻率值。利用电导率与含盐量之间的线性关系,分析了溶质在水溶液当中的运移过程。对电阻率数据采用补修法进行了成像,图像所得结果表明溶质在水槽中是一种侧向扩散和垂向扩散的叠加,证实了高密度电阻率成像法在溶质运移过程监测中的有效性,为高密度电阻率成像法广泛应用于水体污染监测创造了条件。     

红黏土水分与溶质耦合运移的研究现状及展望

面对日益加剧的水、土污染等环境问题,水分与溶质耦合运移问题逐渐成为国内外学者关注的焦点。红黏土作为我国南方广泛分布的一种区域性特殊土,对红黏土水分与溶质耦合运移的进一步研究有广泛而深刻的现实意义。系统介绍了国内、外水分运动和溶质迁移方面的研究现状,着重分析了目前研究尚存在的问题以及对红黏土水分运动和溶质运移研究的思考,并提出了进一步研究展望。     

改进的随机步行法在溶质运移模拟中的应用

随机步行法是模拟裂隙网络中溶质运移的有效方法，传统的随机步行法是由给定的时间步长确定质点的新位置，时间步长的大小难以确定。对传统的随机步行法进行了改进，即由空间步长的大小来确定时间步长，避免时间步长确定的人为因素。通过算例，比较了传统的随机步行法、解析法和改进的随机步行法，结果表明，改进的随机步行法能更好地模拟裂隙网络的溶质运移，模拟的结果更准确。     

吸附模式及固结变形对溶质运移规律的影响研究

目前关于溶质在变形土体中运移规律的研究相对较少,但是荷载作用又是实际工程中必须考虑的因素。基于比奥固结理论和溶质运移理论,建立渗流场、应力场和浓度场耦合的溶质运移模型,并采用有限差分法对溶质在变形土体中的运移规律进行研究。此外,许多学者在研究溶质运移规律时,多数情况下采用线性吸附模式,但是细粒土对金属离子、有机物或者高浓度溶质的吸附多表现出较强的非线性,因此研究了不同吸附模式作用下溶质的运移规律。研究结果表明,固结变形对溶质的运移过程具有持久性的阻滞作用,导致了溶质运移深度的减小;吸附模式对溶质运移规律没有本质的影响,但是吸附模式对溶质运移的快慢有较大影响,并且随着运移时间的增加,吸附模式对溶质运移快慢的影响不断增大。     

考虑对流-弥散效应的污染物溶质运移模型及解析解

基于饱和多孔介质反应溶质运移的对流-弥散方程,同时考虑了污染物中放射性核素进入地下水系统时的衰变。根据下边界质量浓度为零,得出该模型的解析解,编译了相应的计算程序进行求解。通过算例分析,得出了在污染物扩散问题上应考虑渗透速度的合理性和重要性。有效地将原先运用情况单一的对流-弥散方程拓展到了复杂的、敏感性强的有机污染物扩散条件下,为水文地质和环境工程中与污染物扩散相关的流体流动问题的求解提供了新的解答。     

城市基坑粉尘运移分布规律

城市建设中,基坑内的粉尘对其内部及周边环境造成了巨大影响.以大汉城路的建筑基坑为研究对象,根据与工作区域的距离选定了3个粉尘浓度监测点,分别对TSP、PM2.5、PM10浓度进行监测,总共进行了为期3 d的数据收集.结果表明:TSP浓度随距离增加逐渐减小,其扩散范围较小,而PM2.5和PM10浓度随距离变化较小,更容易...     

复杂裂隙岩体水–力耦合模型及溶质运移模拟

 在刚块弹簧法中引入非线性的裂隙本构关系,同时考虑裂隙法向的非线性应力变形关系、切向的剪切滑动以及剪胀效应,使得该方法可以较为真实地模拟裂隙开度在复杂应力作用下的变化。结合离散裂隙网络方法,建立采用隐式求解的复杂裂隙岩体的水–力耦合模型。该模型显式考虑裂隙存在,能很好地模拟裂隙网络在应力和渗流作用下的演化特征。在水力耦合达到平衡状态后,进行溶质运移分析,采用粒子追踪法模拟溶质在裂隙网络中随渗流的运移过程。根据所提出的模型编制相应程序,对DECOVALEX项目中的典型算例进行分析,研究不同应力条件对渗流以及溶质运移结果的影响以及不同应力条件下水力耦合的控制性机制。研究发现,低应力比条件和高应力比条件下对水力耦合作用起控制作用的分别是法向应力变形关系和剪胀效应。通过对比分析,验证模型的合理性。在此基础上,讨论高水头条件下考虑水力耦合效应的必要性。     

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。     

开采条件下的地下水溶质运移规律的研究——以山东济宁漏斗区为例

数值模拟方法是评价地下水资源、模拟地下水水流和溶质运移的主要方法和手段之一。本次研究应用Visual MODFLOW建立了研究区地下水三维水流及溶质运移模型,并应用其中的MODPATH模块模拟了地下水中水质点的运移轨迹,分析了由于过量开采而形成地下水水位降落漏斗后,研究区地下水溶质的运移规律,提出了控制和改善地下水水质的方法。     

LNAPL在二维空间的运移机制与分布特性研究

本文利用改进多谱图象分析方法,对实验获得的图象进行处理,获取不同时刻LNAPL含量差值(LNAPL Content Difference)在二维空间上的分布图。通过图象分析探讨LNAPL在非饱和带中非均质条件下的迁移机制和分布特性。结果说明,介质的非均质性和流体特性对污染物的迁移产生重大影响;在“油-气”二相体系中,LNAPL含量差值分布呈现出较好的对称性,而在复杂的“水-油-气”三相体系中,LNAPL含量差值分布呈现出不对称性和非均匀性,这种不均匀性也反映了毛细带中含水量分布的不均匀性。