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重非水相（DNAPLs）是地下水常见的有机污染物,理解其运移机制对于污染物修复具有重要意义。为解释实验中多孔介质润湿性对DNAPL的流动速度及残余饱和度的影响,使用多相流相场法,在构造的二维孔隙中模拟DNAPL液滴的下落过程。结果表明：模拟能准确刻画多相流界面的不稳定性,重现与实验室尺度相似的现象。文章提出的双界面模型相较于以往的微观模型能够更好的解释介质润湿性对DNAPL运移的影响。DNAPL的下落速度受前后界面共同影响,而饱和度主要由后界面决定。同时,润湿性对运移的影响大小受制于多孔介质的非均质性。 相似文献
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多孔介质中悬浮质的淤塞作用对悬浮液渗流动态的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
定量地预测悬浮质在导水介质里流动过程中的淤塞作用及其对浆液流动动态的影响有助于合理地设计注浆工艺和控制注浆过程。表述悬浮质在多孔介质中的淤塞作用及其对流动状态的影响的数学模型由三个微分方程组成,即:悬浮质运移方程、悬浮质沉淀动态方程和悬浮液流动方程。用有限差分法对定流量和定边界水位差二种条件下多孔介质中一维流悬浮质淤塞问题的求解结果证明:由于淤塞作用,悬浮液在多孔介质中的流动总是呈非稳定流,并且随着时间的变化,在定流量条件下,流场中水力梯度逐渐增大;在定边界水位差条件下,流场中的流量则逐渐减小。 相似文献
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山东淄博市大武水源地裂隙岩溶水中污染物运移的数值研究 总被引：11，自引：0，他引：11
在分析研究淄博市大武水源地裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上 ,对裂隙岩溶水的水头和污染物运移进行数值研究。目前国内外对裂隙岩溶水进行数值计算时 ,通常用等价多孔介质模型 ,但裂隙岩溶介质和多孔介质有很大不同。裂隙岩溶介质的储水和导水空间为裂隙网络 ,导水系数大 ,地下水的实际平均流速比孔隙水大得多 ,但给水度和贮水系数小。当用等价多孔介质模型进行模拟时应考虑这些特点。对于污染物运移的模拟 ,要同时求解水头方程和对流弥散方程 ,可采用MODFLOW和MT3D软件进行模拟。研究区裂隙岩溶水水头的数值计算表明 ,等效多孔介质模型水头的拟合误差能满足国标GB/T144 97- 93的要求。各时段地下水水量均衡计算的精度也满足要求。对流弥散方程的数值计算 ,由于Peclet数高达 95 .6 7,对流占绝对优势 ,可能存在数值弥散和数值振荡 ,因而采用多种方法进行了比较。对于同一问题 ,同时采用上游有限差分法 (UFDM) ,混合的欧拉拉格朗日方法 (特征线法MOC、改进特征线法MMOC和混合特征线法HMOC) ,总变异消减法(TVD)进行计算 ,并比较其结果。结果表明 ,混合特征线法 (HMOC)和总变异消减法 (TVD)比较适合于对流占优势的运移问题计算。由于渗透系数K和有效孔隙度θ对溶质运移结果的影响很大 ,? 相似文献
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岩溶区地下水数值模拟研究进展 总被引：2，自引：2，他引：0
岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。 相似文献
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多孔介质污染物运移对于明晰地下水污染很重要,但在多孔介质中粒径变异系数(coefficientofvariation,COV)对内部微观孔隙结构中污染物运移过程影响的研究还存在不足.为此,基于随机算法,提出了一种不同COV且孔隙度一致的多孔介质几何模型构建方法,通过对Navier-Stokes(N-S)方程和对流-扩散方程(advection-diffusion equation,简称ADE)进行耦合求解得到多孔介质地下水流场及污染物浓度场,引入克里斯琴森均匀系数,定量评价流场流速分布的均匀性,基于MIM(mobile and immobile)模型和ADE模型分析耦合求解得到的穿透曲线特征.结果表明：随着粒径COV的增大,流场流速分布的不均性增强,MIM模型中的溶质流动区域占比β、无量纲传质率α*均增大;MIM模型拟合优度高于ADE模型,且随COV增大,ADE模型的拟合全局误差Ei逐步增大.总体上,粒径COV控制了溶质流动区域和非流动区域的大小及其之间的溶质交换强度,造成了多孔介质内部溶质运移的“非费克”行为,使得ADE模型的误差逐步增大,对于较大COV的多孔介... 相似文献
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深入探究孔隙尺度下的流体流动特性和溶质运移规律对石油开采、农田养分管理、地下水污染修复有着重要意义。以人工构建的多孔介质结构和同步辐射X射线显微CT扫描的土壤团聚体（分辨率3.7 μm）为研究对象，在空间节点数多达64 000 000的情况下，基于格子Boltzmann模型和GPU并行技术计算得到多孔介质流体运动和溶质运移过程的关键参数，并据此探究多孔介质空间异质性对水力学特性的影响。通过对3组不同结构的多孔介质比较发现，结构复杂程度最高的土壤样品和不规则堆叠的圆球结构的渗透率在100 mD（即10-13m2）量级，远低于规则堆叠的圆球结构（>20 000 mD）；土壤的迂曲度为1.40~1.60，明显高于规则堆叠的圆球结构。研究结果表明，渗透率大的样品具有较小的迂曲度，这与结构的空间异质性有较强的关系；土壤的渗透率和迂曲度呈现各向异性；在水力梯度一定的前提下，渗透率较大的样品，纵向弥散系数也较大；同时，结构的异质性也会影响溶质的穿透曲线。本研究提出的模拟方法可在土壤结构中进行高效的水流运动和溶质运移模拟，可用于土壤多孔介质在孔隙尺度下的水力学特性研究。 相似文献
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在收集查阅国内外已有研究资料的基础上,对地下水中胶体稳定性、迁移机制以及模拟预测方法进行了详细归纳和总结。研究表明,胶体稳定性主要受自身理化性质和水文地球化学条件的影响,其受控于胶体粒径、形态、电势电位以及地下水的pH、离子强度等条件。胶体在多孔介质中的迁移机制主要表现为胶体沉积和形变阻塞,其中针对胶体稳定性的差异性,胶体沉积过程分别表现为表面封阻和过滤熟化。目前有关胶体在地下水中迁移的模拟技术已发展得日益成熟,但结合多孔介质非均质性和胶体化学性质非均质性的数学模型还需进一步探讨。 相似文献
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基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。 相似文献
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本文针对饱和多孔介质中渗流特点,在分析渗流连续介质力学模型的基础上,采用描述多孔介质中固相颗粒和液相流体耦合的细观力学模型,其中固相颗粒采用离散元的颗粒流理论(PFC)模拟,液相流体通过求解平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)技术计算,并利用建议的模型对二维渗流问题进行了模拟验证。数值模拟结果表明,采用PFC-CFD耦合细观力学模型能够描述从低雷诺流到高雷诺流范围很大的流体运动,可以用于多孔介质中的渗流问题分析。 相似文献
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Transport and retention of microparticles in packed sand columns at low and intermediate ionic strengths: experiments and mathematical modeling 总被引：1，自引：1，他引：0
Functional relationships correlating particle filtration coefficients and porewater ionic strength are herein proposed and
validated, based on deposition experiments of micrometer-sized particles onto siliceous sand. Experiments were conducted using
one-dimensional laboratory columns and stable monodisperse aqueous suspensions of negatively charged latex particles with
a mean size of 1.90 μm. The role of ionic strength was systematically investigated and six different monovalent salt concentrations
(1, 3, 10, 30, 100, 300 mM) were employed by addition of sodium chloride to the aqueous solution. A mathematical advection–dispersion-deposition
transport model was adopted assuming that attachment and detachment of particles in the porous medium are concurrent mechanisms
of particle filtration, and including a Langmuir-type blocking function to account for availability in deposition sites. The
system of equations modeling colloid transport was solved numerically. Attachment rate and detachment rate coefficients were
thereby determined for each employed ionic strength, as well as a blocking coefficient in the form of a maximum particle concentration
in the solid phase. Therefore, functional relationships expressing the dependence of these coefficients on ionic strength
were proposed, based on literature findings and present experimental observations. The existence of a critical salt deposition
concentration (and release concentration) separating a favorable attachment (and detachment) regime from an unfavorable condition
is assumed. In respect to the blocking coefficient, a power–law dependence on ionic strength is hypothesized. The proposed
functional relationships proved adequate to reproduce the coefficient trends extrapolated from data fitting by the transport
model. They may represent a powerful tool to describe and predict microparticle mobility in saturated porous media if embedded
a priori in the related mathematical transport models. 相似文献
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Dong Ding 《Hydrogeology Journal》2010,18(3):669-679
A mathematical model based on the advection-dispersion equation, modified to account for growth, decay, attachment, and detachment of microorganisms, was developed to describe the transport and growth of bacteria in aquifers. Column experiments on the transport of a species of sulfate-reducing bacteria through saturated-aquifer sediment were conducted to gain a quantitative knowledge of the attachment and detachment processes. Relevant parameter values such as the attachment-site capacity of the sediment and the attachment and detachment coefficients under different conditions, were obtained by fitting the experimental data with the non-growth condition transport model. The transport model was then refined and improved to incorporate the microbial sulfate reduction mechanism. To evaluate the applicability of this model, bacterial transport in aquifers under both nutrient-rich and oligotrophic environments was modeled by employing the parameters gained from experiments and from available literature; the model results were consistent with observations reported in former studies. In addition, the results revealed that the distribution of bacteria in the aqueous phase and in the sediments is directly related to the attachment-site capacity of the sediment. Thus, the attachment-site capacity of the sediment is a key factor to evaluate the transport and growth of bacteria in aquifers. 相似文献
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Understanding particle transport in porous media is critical in the sustainability of many geotechnical and geoenvironmental infrastructure. To date, the determination of the first-order rate coefficients in the advection–dispersion equation for simulating attachment and detachment of particles in saturated porous media typically has been relied on the result of laboratory-scale experiments. However, to determine attachment and detachment coefficients under varied hydraulic and geochemical variables, this method requires a large experimental matrix because each test provides only one set of attachment and detachment coefficients. The work performed in this study developed a framework to upscale the results obtained in pore-scale modeling to the continuum scale through the use of a pore network model. The developed pore network model incorporated variables of mean particle size, the standard deviation of particle size distribution, and interparticle forces between particles and sand grains. The obtained retention profiles using the pore network model were converted into attachment coefficients in the advection–dispersion equation for long-term and large-scale simulation. Additionally, by tracking individual particles during and after the simulation, the pore network model introduced in this study can also be employed for modeling the clogging phenomenon, as well as fundamental investigation of the impact of particle size distribution on particle retention in the sand medium.
相似文献14.
Modeling microbial processes in porous media 总被引：8，自引：1，他引：7
The incorporation of microbial processes into reactive transport models has generally proceeded along two separate lines
of investigation: (1) transport of bacteria as inert colloids in porous media, and (2) the biodegradation of dissolved contaminants
by a stationary phase of bacteria. Research over the last decade has indicated that these processes are closely linked. This
linkage may occur when a change in metabolic activity alters the attachment/detachment rates of bacteria to surfaces, either
promoting or retarding bacterial transport in a groundwater-contaminant plume. Changes in metabolic activity, in turn, are
controlled by the time of exposure of the microbes to electron acceptors/donor and other components affecting activity. Similarly,
metabolic activity can affect the reversibility of attachment, depending on the residence time of active microbes. Thus, improvements in quantitative analysis of active
subsurface biota necessitate direct linkages between substrate availability, metabolic activity, growth, and attachment/detachment
rates. This linkage requires both a detailed understanding of the biological processes and robust quantitative representations
of these processes that can be tested experimentally. This paper presents an overview of current approaches used to represent
physicochemical and biological processes in porous media, along with new conceptual approaches that link metabolic activity
with partitioning of the microorganism between the aqueous and solid phases.
Received, January 1999 · Revised, June 1999, July 1999 · Accepted, October 1999 相似文献
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以滨海含水介质中天然胶体为研究对象,采用自行设计的室内土柱装置,研究不同钠吸附比胶体在滨海含水介质中迁移动态特征,测定了胶体沉积动力学曲线,计算了胶体总沉积率和沉积速率常数,最后对胶体迁移沉积机理进行了探讨。研究结果表明,胶体的穿透曲线与示踪离子相比,存在一个临界孔隙体积数(临界点),在临界点之前胶体的迁移速度大于示踪离子,之后则相反;胶体未发生完全穿透,钠吸附比SAR为0,2.85和∞;出水胶体最大相对浓度为0.65,0.16和0.70;胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,沉积量随孔隙体积数的增加而增加。胶体在含水介质中迁移的总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。钠吸附比SAR=2.85时沉积动态曲线为直线,沉积速率常数为0.151h-1,而钠吸附比SAR为0和∞时胶体沉积动态曲线为分段直线,拐点前后胶体沉积速率常数分别为0.072 h-1、0.048h-1和0.211 h-1、0.194 h-1。研究结果用双电子层理论可以很好地解释。 相似文献
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为探求自然胶体迁移进入地下水的潜力,建立原位坡地径流观测场,研究了2013年夏季3场不同雨型降雨事件下,紫色土坡地(1 500 m2)泥岩裂隙潜流中自然胶体的迁移规律。结果表明:裂隙潜流中胶体对降雨的响应时间为30~90 min,比潜流对降雨的响应更迅速,且取决于坡地雨前干旱情况及降雨强度;胶体浓度峰早于潜流流量峰,峰值浓度相对背景浓度可增加1~2个数量级,最大雨强及雨型决定潜流流量和胶体浓度峰型。气液界面是胶体初始迁移响应的主要驱动因素,雨水混合土壤前期水对土壤介孔和大孔内壁胶体的剪切、裹携是胶体释放、分散与迁移的主要机制。因此,胶体辅助运移可能成为紫色土地区吸附性较强的污染物(如磷、疏水性农药等)的重要迁移方式。 相似文献
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地下咸水与水库水体交换过程中沉积物胶体释放规律 总被引：1，自引：0，他引：1
以天津滨海地区北大港水库为研究对象,采用室内柱试验,研究地下咸水与水库水体交换过程中不同位置沉积物胶体释放以及盐分释放/截留的动态特征,同时对沉积物胶体释放、盐分释放/截留机理进行了探讨。研究结果表明:水库不同位置地下咸水与水库水体交换过程中,盐分的归宿不同:接近水库入口处的沉积物能将盐分截留下来,而出水口沉积物却将盐分释放转移到水体。随孔隙体积数的增加,沉积物胶体累计释放量逐渐增加,入库口、库中心、出库口最大累计释放量分别为3.275 mg/g、0.386 mg/g和1.382 mg/g;胶体累计释放量随孔隙体积数的变化曲线符合直线型,胶体释放速率变化很小。盐分的释放或截留是沉积物颗粒的粒径、胶体含量、含盐量等多种因素作用的结果,水库水体与沉积物中的盐分处于动态平衡状态,当沉积物中含盐量高于平衡浓度时,其盐分会向水体中释放,同时吸附在胶体上的盐分也会随着胶体的释放而释放;反之,水体中的盐分会向沉积物中迁移被截留下来,沉积物粒径越小,越易吸附水中的盐分。胶体的释放规律可以用双电层理论得到很好的解释。 相似文献
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为了揭示天津滨海地区咸水储能回灌过程中含水层渗透性变化的机制,采用室内土柱试验的方法研究不同温度下咸水储能回灌过程中含水层胶体的释放量、释放速率以及胶体释放对含水层渗透性的影响,同时探讨了胶体释放过程中Ca2+的变化特征。研究结果表明,咸水储能回灌过程中含水层胶体释放是脉冲式的,表现为突然增加,然后缓慢降低,大约20个孔隙体积为一个周期;胶体累积释放量随着孔隙体积数的增加而增加;胶体释放量与孔隙体积数为分段函数,不同阶段胶体累积释放量增长幅度和释放速率发生变化。胶体释放过程中含水层的渗透系数随着孔隙体积数的增加呈“S”型曲线;0℃、10℃和20℃情况下咸水含水层渗透系数分别增加了4.02倍、12.21倍和6.63倍;不同温度下虽然含水层渗透系数开始有差异,但60个孔隙体积数后渗透系数均接近15 cm/d左右。胶体释放过程中也存在着Ca2+-K+、Na+ 阳离子交换作用,不同的温度下这种交换作用动态特征不同。 相似文献
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土壤侵蚀包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积3个子过程,研究这些过程发生、发展的水力、地形、土壤及地表特性等临界条件及各过程间相互影响、相互制约的机制,是建立土壤侵蚀过程模型继而准确预报土壤侵蚀的基础。为加强对径流驱动土壤分离过程的认识,推动土壤侵蚀过程与机理的研究,从径流水动力学特性、土壤特性、近地表特性、土壤分离过程的时空变异特性等方面对径流驱动的土壤分离过程影响因素及机制进行了总结和梳理,在此基础上,从土壤分离过程研究的时空尺度、土壤分离过程的动力学机制、细沟发育及其形态特征、网络结构对土壤分离过程的影响机制、土壤分离与泥沙输移的耦合机制、土壤分离测定方法与标准、土壤侵蚀阻力参数获取与预报等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向。 相似文献
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在分析国内外已有研究的基础上,综述滨海地下水交互过程中的胶体运移规律,重点阐述咸淡水驱替作用下胶体的宏观运移规律和微观作用机理。胶体在滨海地下水交互中可成为联系海-陆相的物质传输纽带,其运移行为主要受地下水水化学参数波动影响,受控于胶体类型与数量、表面电位及地下水pH、离子强度等因素,具有水动力、水环境多因子联合作用的特征,并在含水层中具有空间堵塞和团聚体结构改变的不确定性。未来关于滨海地下水交互带中的胶体行为研究应重视基础勘察,考虑胶体群体效应,结合滨海含水层对水动力、水化学条件的敏感性,研究胶体在多相体系中胶体运移的不确定性及其对污染物的协同运移作用,为滨海资源化研究构建统一分析体系和预测机制。 相似文献