地下水中乙醇汽油溶解组分运移与生物降解的研究

为了解乙醇混合汽油主要溶解组分在地下水中的迁移,开展了含水砂槽多孔介质的投注试验,投注物是含有溴化物、乙醇和汽油的混合溶液。试验结果表明：水动力弥散和混合电子受体条件下的土著微生物降解是乙醇和单环芳香烃(BTEX)自然衰减的主要过程。乙醇迁移没有滞后性(阻滞系数为1.0),在生物作用参与下随迁移距离增加而逐渐消失;但乙醇对生化氧量的高需求延迟了甲苯和乙苯的生物降解。苯与甲苯的阻滞系数为1.18,乙苯和二甲苯的阻滞系数为1.28;苯的晕体延伸最长,持续时间最长。基于守恒示踪剂溴离子的浓度校正,乙醇与BTEX的一级降解速率存在明显的大小顺序,即乙醇>甲苯>乙苯>间、对二甲苯>邻二甲苯／苯,与它们的迁移晕体长度大小顺序(即苯>间、对二甲苯／邻二甲苯>乙苯>甲苯／乙醇)具有相反的对应关系。这表明改善乙醇生物降解条件和加速其生物降解速率,是BTEX污染修复的一个有效策略。     

地下水多孔介质中胶体与污染物协同运移规律研究进展

在总结国内外地下水中污染物运移规律研究的基础上,阐述了地下水多孔介质中胶体与污染物协同运移的研究进展。讨论了胶体运移的基本过程、相关机理,探究污染物-胶体-微生物(生物胶体)协同运移的作用方式、影响因素、实验分析、模型构造,并指出该领域目前研究存在的主要问题,以及对该领域研究趋势的展望。     

溶质运移中多孔介质弥散度影响因素的SPH模拟研究

借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,本文从流体质点运动和溶质扩散的物理本质出发,设计并进行孔隙尺度下多孔介质中溶质运移的仿真实验,进而分析多孔介质弥散度影响因素,并讨论弥散度与多孔介质结构参数的关系。通过离散化N-S方程和Fick扩散方程,建立描述孔隙水流动的SPH水动力模型和描述溶质分子扩散的扩散模型,求解出在低Pe数下对流扩散方程的一维定解问题,检验了模型的准确性。在高Pe数流场中,进行了恒定流速的黏性流体穿透多孔介质薄层的仿真实验,计算结果可准确模拟出过水断面上各流体质点的流速差异、流体质点在多孔介质中的弥散过程以及流体质点的迂曲绕流过程;通过建立三段理想化的孔隙通道模型,发现在迂曲路径相同时,速度差对机械弥散度仍有显著影响。最后,为探究弥散度与多孔介质结构参数的关系,生成了多组随机粒径的二维多孔介质进行溶质穿透仿真实验。计算结果表明,弥散度与流速变异系数、迂曲度、迂曲路径差以及不均匀系数大致呈正相关,与孔隙率呈负相关。     

污染物在多孔介质饱和水中运移规律的研究

以淮北市萧濉新河为研究对象,进行了河水与地下水原型水质监测,结合现场地质勘探、土工试验和室内土槽试验,获得了大量有价值资料。藉此,论述了萧濉新河污染对浅层地下水的影响程度和范围,揭示了污染物在土壤饱和水中的扩散运移规律。     

干湿交替诱导含重金属细颗粒物在多孔介质中释放迁移的作用机制

为探究含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的形成机制,以矿渣为对象,采用柱试验,研究了干湿交替诱导含重金属细颗粒在多孔介质中释放迁移的特征与机制。结果表明：干湿交替显著促进了粒径在342～955 nm的矿渣颗粒的释放迁移,该促进作用由3种作用机制联合引起,且与落干期时长有关,而与干湿交替次数和落干期排列顺序无关;释放迁移的矿渣颗粒在石英砂多孔介质中发生了累积,落干时间越长,累积质量越高,累积质量随介质深度的增加而减少,累积颗粒的粒径分布随介质深度无明显变化。细颗粒的释放迁移是含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的主要原因,固应对干湿交替下含重金属细颗粒的环境行为给予重视。     

有吸附的径向弥散问题

本文用Laplace变换数值反演的方法研究了地下流体在第三类边界条件下的径向输运（对流一弥散-吸附）问题，它的简化情况（对流-弥散）与已有的解析解[1，2]符合得很好。从而说明了用数值反演方法研究它更一般的输运问题将更有效，非均衡吸附使浓度分布延迟。     

人工回灌条件下地下环境要素对氯苯生物降解行为的影响研究

为控制区域地面沉降,计划开展相应的地下水人工回灌,而在拟采用的回灌水源中监测到氯苯等有机组分,因而确定回灌过程中氯苯的环境行为是十分必要的。由于人工回灌过程会对地下环境产生扰动,所以不同回灌季节会导致地下环境温度以及溶解氧发生变化。基于此,开展了一系列的生物降解实验,研究不同地下环境要素下人工回灌过程中氯苯的生物降解作用。实验数据表明:一定浓度条件下氯苯的生物降解反应符合一级衰减动力学和Monod方程。由Monod方程得出：随着温度升高和溶解氧的增加,降解速率加快,降解效果更好。阿伦尼乌斯方程能够量化温度对生物降解速率的影响。不同浓度氯苯生物降解计算出最大的降解量为：在好氧与厌氧条件20,10,0℃下,分别为35,31,28 μg/g和30,27,23 μg/g。就温度和溶解氧对氯苯生物降解的影响来看,确定人工回灌最佳季节是夏季。     

多孔介质中指进发育机理及描述方法

设计了一套研究多孔介质中非混相指进的实验方法，提出触发混相与非混相流体的系统因素。研究了指进的统计自相似性，混沌特性及分形描述方法，并与ＤＬＡ模型对比解释流体饱和度等宏观概念。提出拟波及系数、临界流体饱和度等新概念；应用重正化群理论推导了均匀孔隙介质中流体饱和度和拟波及系数的关系，可用以建立宏观非混相指进模拟的数值模拟。     

颗粒形状对多孔介质孔隙特征和渗流规律影响研究的探讨

讨论了颗粒形状对于多孔介质孔隙系统及其渗流规律的可能影响及其研究意义;综述相关领域的研究成果,探讨了颗粒形状的测量评定方法、颗粒形态和填筑的模拟方法、孔隙系统的可视化研究方法,以及渗流规律的试验对比研究方法;分析指出了颗粒形状对渗流规律影响的研究在促进水处理滤料开发和碎石料作为大坝填料利用方面的应用前景.     

变形多孔介质流固耦合非线性渗流模型及解析

渗流的流固耦合问题在理论上与实践中都十分重要。考虑可变形多孔介质的渗透系数和孔隙率的变化依赖于压强变化,由渗透系数与渗透率的关系,结合非线性渗流流体质量守恒方程和连续性方程等基本微分方程建立了一维流固耦合非线性渗流问题的数学模型,推导了可变形介质非稳定渗流场微分方程。利用分离变量法推导出孔隙水压随时间和空间的变化关系的解析解,分析了渗流方程中的控制参数对渗流的非线性程度的影响。通过引入物理参数的方法处理渗流随时间的变化,并阐明了非线性渗流机理,最后定性分析了影响流体渗流压强分布的因素。     

江汉-洞庭平原地下水功能评价与区划

为了合理开发利用江汉-洞庭平原的地下水资源,通过资料收集、野外调研,构建了包括资源功能、生态功能与地质环境功能属性指标数据层的评价体系。将江汉-洞庭平原划分为4个地下水功能评价区与17个评价亚区,运用层次分析法与Map GIS软件空间分析功能,对江汉-洞庭平原地下水资源功能区、生态功能区与地质环境功能区进行了划分。最后,综合分区与主导功能性分析结果,将江汉-洞庭平原地下水功能划分为可持续性强、较强、一般、较弱与弱5个等级并确定了分布范围。研究成果可为江汉-洞庭平原地下水资源可持续利用、地质环境及生态环境保护规划提供科学依据。     

孔隙介质渗透力的细观数值解析

为深入理解孔隙介质中的渗透力概念,分析了渗透力的力学本质,明确了渗透力的定义。从细观角度分析了渗流条件下土颗粒受力特点以及PFC3D对单一颗粒在渗流条件下的渗流作用力计算方法,建立了渗透力数值计算的细观颗粒流分析模型,利用PFC3D的流固耦合分析功能,研究了渗流条件下孔隙介质土体渗透力特性及数值大小。渗透力数值解与解析解对比分析结果表明:采用基于细观理论的PFC3D研究孔隙介质在渗流条件下的宏观受力特点是可行的;渗透力由所有土颗粒表面的法向应力和黏滞切向力合成。