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渗透率空间变异性对重非水相流体运移的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
中针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流运移特点,建立了由包气带至饱和带的 NAPLs- 水 - 气三相流模
型。用 Karhunen-Loeve 展开方法构建 4 个空间变异性不同的渗透率随机场。在此基础上,分别模拟 4 种情景重非水相流体 (DNAPLs)的泄漏运移过程。通过分析 DNAPLs 饱和度的空间分布以及其空间矩随时间的变化来探讨渗透率空间变异性对 DNAPLs 运移的影响。结果显示,随着渗透率空间变异性的增强,DNAPLs 饱和度的空间变异性增大。渗透率场中的优势通 道对 DNAPLs 运移有着显著影响,直接决定 DNAPLs 的运移路径和饱和度分布。渗透率场的各向异性降低了 DNAPLs 在垂向
上的运移速度,影响污染羽的形态。 相似文献
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DNAPLs本身的化学性质、裂隙的几何性质以及泄漏条件等影响重非水相流体（DNAPLs）在裂隙介质中的运移和分布。针对DNAPLs的运移规律研究多集中在孔隙介质和单裂隙中,在随机网络裂隙中的研究较少。本研究生成随机网络裂隙是基于蒙特卡罗方法,运用像素扫描识别并输出裂隙的坐标和宽度,然后采用PetraSim模拟四氯乙烯(PCE)在随机网络裂隙中的运移,探讨裂隙宽度空间变异性和泄漏条件（包括泄漏速率和泄漏位置）对DNAPLs运移的影响。数值模拟结果表明:DNAPLs的空间展布和运移路径受裂隙宽度空间变异性影响,随着网络裂隙中裂隙宽度空间变异性增大,出现优势通道,DNAPLs运移的速率加快,DNAPLs的质心位置和饱和度空间分布发生明显变化;DNAPLs的运移速率和空间展布受泄漏速率影响,泄漏速率越大,DNAPLs运移速率越快,模型底部蓄积的DNAPLs的饱和度越大,DNAPLs的空间展布也越大;同一网络裂隙中,泄漏位置不同,导致DNAPLs的运移路径及分布范围不同,不同的泄漏位置重力方向裂隙空间变异性不同,导致DNAPLs运移路径和空间展布各不相同。研究结果可以丰富裂隙介质中DNAPLs运移机理研究,为裂隙介质中DNAPLs污染修复提供模型参考。 相似文献
3.
韩智颖王锦国崔孜铭杨蕴 《地质灾害与环境保护》2022,(3):71-77
选定氯苯为典型DNAPL建立理想的地表污染泄漏多相流运移模型,利用TOUGH系列软件TMVOC模块进行数值模拟,探讨地下水动力、介质非均质性及两种因素协同作用时对DNAPLs运移和分布的影响。研究结果表明:(1)水力梯度增大了DNAPL水平和垂向运移速率;当水平向水力梯度过大时,反而导致垂向速率减小。(2)透镜体主要发挥阻滞作用,绕过透镜体后,下游侧污染指入渗深度明显大于上游侧;水力梯度的存在进一步增强介质非均质性的影响,产生更多集聚和绕流,形成不规则的污染指和污染池交替组合形态。 相似文献
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地下非均匀非饱和带中地下洞室的渗流问题数值模拟--介质参数的灵敏度分析 总被引：3，自引：0，他引：3
影响任何一个地下废物处置场所长期行为的一个重要因素是进入地下废物贮置洞室内的渗流量的大小，预测地下洞室中的渗流量是困难的，特别是当地下废物贮置洞室位于非均质非饱和带中，三维数值模型用于研究地下非均质中非饱和流动及流入地下洞室中的渗流量，讨论了非均质模型与均质模型的比较以及数值剖分尺度对计算结果的影响，进入洞室中的渗漏率随着引入系统中入渗量的增加而增大，选用4个参数来衡量渗流场的非均质程度：(1)介质的平均渗透率K0；(2)Van Genuchten参数α；(3)渗透率空间分布相关尺度；(4)渗透率空间分布变化的标准差σ，根据一个随机实现的渗透率分布，通过改变平均渗透率来研究其对流入洞室中渗透量的影响，对一个固定的入渗率而言，流入洞室中的渗漏率将随着Van Genuchten参数α的减小而减小，模拟结果表明流入洞室的渗漏率与介质的平均渗透率相关，即随平均渗透率的增大，流入洞室的渗漏率亦增大，流入洞室的渗漏率还高度依赖于非均质渗透率场的空间分布相关长度与标准差，一个大的相关长度或高的标准差均能导致流入洞室的渗漏率增大。 相似文献
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重非水相液体(DNPALs)在地下环境中的运移分布与残余捕获受多种因素控制。选择四氯乙烯(PCE)作为DNAPLs特征污染物,通过二维砂箱实验探究介质非均质性对PCE运移及污染源区结构特征的影响。采用透射光法监测PCE在砂箱内的运移过程,定量测量PCE的饱和度。采用空间矩分析PCE污染体的平均运移行为随时间的变化,并采用离散状与池状PCE体积比(GTP)定量表征污染源区结构特征。结果表明,由于无法克服毛细压力,PCE在细砂透镜体上方聚积并侧向扩散,水平扩散范围显著增大。随机非均质介质中,PCE绕开细砂透镜体,沿着粗砂透镜体构成的优势通道运移,运移路径的不规则性及饱和度分布的空间变异性增强。PCE的捕获主要为毛细屏障和拉断效应两种形式。运移路径延长,路径上残留的离散状PCE增多,低饱和度的比例与GTP增大。非均质性显著影响PCE的运移路径、捕获及空间分布。 相似文献
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区域尺度上含水层非均质具有复杂的结构性和随机性,难以准确刻画,造成非均质对区域地下水流系统的影响机制研究不够深入。本文以鄂尔多斯盆地白垩系地下水流系统为研究实例,选择典型剖面,采用剖面二维随机数值模拟方法,通过对比不同非均质刻画方法下地下水流场的变化,探讨含水层层状非均质对地下水流系统的影响机制。结果显示,均质条件下模型各向异性（含水层水平和垂向渗透系数比值Kh/Kv）取值为1000时,地下水流场与实际条件较为接近;非均质条件下,渗透系数方差取值0.91,水平相关长度取值5000 m,Kh/Kv取值150时,接近实际条件。研究表明,在大尺度地下水流模拟研究中,采用水平相关长度、渗透系数方差和各向异性值三个变量生成的随机场能很好地刻画含水层的层状非均质特征及其对水流系统的影响控制作用。由于含水层不同尺度层状非均质的叠加效应,采用均质各向异性介质等效概化含水层层状非均质性会造成等效各向异性值偏大失真的效应。 相似文献
7.
重非水相流体（DNAPLs）的电阻率一般较高,在地下介质中与周围的地下水形成明显的电性差别。利用这一特性,非侵入式的高密度电阻率法（ERT）在探测DNAPLs污染场址中污染范围展现出一定优势。然而在实际场址的调查应用中,ERT有时无法探测到显著的高阻异常,或探测的高阻异常是由于介质的非均质性产生,从而导致对DNAPLs污染分布的误判。针对该问题,文章首先基于有效介质电阻率模型,计算了不同DNAPLs饱和度情形下的地层总电阻率值,从理论上解释了当DNAPLs污染程度较低时不存在显著高阻异常的原因。进一步构建理想ERT正演模型,探讨ERT探测DNAPLs污染的适宜性。研究结果表明:介质的非均质性（例如高阻的砾石等）对ERT探测具有很强的干扰,可造成DNAPLs分布范围的误判,因此传统静态ERT探测DNAPLs污染仅适用于均质介质或者非均质介质中DNAPLs污染程度较高的条件。对于非均质介质DNAPLs污染程度较低时,需采用基于时间域的差分反演方法屏蔽介质非均质性的影响,从而准确判定DNAPLs分布。 相似文献
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对大空间尺度和长时间跨度的地下水流动及污染物质运移进行预测的需求, 使水文地质研究面临异乎寻常的挑战.这些需求来自于对核废料地质储放方法的安全性评价、地下水污染状况评价及其治理方案的选择.流动系统的非均质性是地下水流动及物质运移模拟中最主要的困难之一, 这种困难来自对非均质系统进行特征描述(通过原位观测实现)、概念化及模拟.评述了非均质介质中流动运移模拟的一些重要问题与挑战, 讨论了解决的途径.讨论的主题包括: 动力流动的沟道化, 示踪剂穿透曲线, 裂隙岩石中流体流动的多尺度, 观测的不同尺度, 模拟、预测与非均质性以及系统特征描述和预测性模拟的分析. 相似文献
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运用高压压汞、液氮吸附及渗透率测试等实验,利用极差、突进系数、变异系数等参数,表征煤系页岩孔渗特征及孔隙层间非均质性,分析孔隙层间非均质性主控因素。结果表明:河南义马地区上、下石盒子组泥页岩微孔与小孔较为发育,山西组大孔较为发育,分别提供了气体吸附附着面积和储存运移空间;上石盒子组孔容与孔径相对偏差最小,孔隙分布均匀,山西组比表面积相对偏差最小,表面积分布均匀;随围压增大,渗透率不断降低,且满足负指数相关关系;渗透率级差、突进系数和变异系数显示下石盒子组渗透率非均质性较弱,山西组渗透率非均质性很弱,更易于压裂开发。非均质性宏观上主要受沉积物质组成和构造改造作用影响,微观上受成岩演化影响。 相似文献
10.
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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核废物地质处置、地热开发、石油开采等工程领域都可能涉及稀疏裂隙岩体中的水流-传热过程。现有的裂隙岩体水流-传热理论模型和计算方法基本上都是以平行光滑壁面裂隙模型为基础的,没有考虑裂隙的壁面局部接触对水流、水-岩热交换以及岩体传热的影响。针对粗糙壁面裂隙水流过程,阐述了基于Stokes方程的Reynolds润滑方程及Hele-Shaw裂隙模型,采用MATLAB软件中的PDE工具求解,并与Walsh的等效水力开度公式进行对比;分析壁面局部接触裂隙水流-传热与填充裂隙水流-传热的相似性,提出了瞬时局部热平衡假设的适用条件,并在裂隙局部接触体传热满足Biot数条件的前提下,计算分析裂隙局部接触体与水流之间的局部热平衡时间及其影响因素;在裂隙局部接触体与水流之间满足瞬时热平衡假设的前提下,利用填充裂隙水流-传热的解析解,计算了壁面局部接触裂隙水及两侧岩石的温度分布,并分析了裂隙局部接触面积率、裂隙开度、裂隙水平均流速对岩石温度和裂隙水温度的影响特征,结果表明：（1）在设定条件下,由于裂隙局部接触体与裂隙水流之间的热交换,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随接触面积率的增大而减小,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随接触面积率的增大而增大;（2）裂隙开度和裂隙水流速对岩石温度和裂隙水温度的影响方式的影响是一致的,即由于裂隙水流量随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随裂隙开度和裂隙水流速的增大而减小。 相似文献
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岩层阻水性能及自然导升高度研究 总被引：2，自引：1，他引：1
在沉积、成岩或者构造运动过程中,由于含水层内超压流体引起围岩爆裂导致流体在弱渗透层或者隔水层中导升,形成含水层的自然导升带。影响岩层阻水性能以及导升高度的因素有:构造、地应力、岩层渗透性和力学特性及其物理化学性质、水压力等。实验表明:初始水头压力越大,水头衰减速率就越大;水头压力损耗随着介质的渗透系数增大而减小。实际观测表明:泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩的阻水性能由大到小,而导升高度则由小变大。通过实验和实际观测总结出流体3种导升机制:局部关键层整体破断裂缝、欠压实带中的壳破裂裂缝和水力压裂裂缝。 相似文献
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非均质介质的空间维度变化对重非水相流体（DNAPL） 的运移具有重要的影响。在充分考虑地质体的空间连续
性、不对称性以及各向异性等特征的基础上,采用基于马尔可夫链的转移概率（transition probability） 模型来构建非均质
随机场。该文通过TMVOC-MP软件来模拟DNAPL在非均质介质中的运移规律,探讨非均质随机场的水平空间连续性、
空间维度变化以及侧向运移过程对DNAPL运移的影响。结果表明,介质的水平空间连续性越好,DNAPL在水平方向的
迁移范围越大,在垂向的迁移范围越小;相比于三维模型,二维模型中DNAPL在水平方向的展布更大、在透镜体上的蓄
积量更多,在实际应用中以二维模型代替三维模型会加大模拟结果与实际污染情况之间的误差;侧向运移过程削弱了单
个平面的非均质性对DNAPL运移的控制,当存在侧向运移时,DNAPL绕过透镜体所运移的距离以及在透镜体上的蓄积
量会相应减小。 相似文献
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The role of geological heterogeneity and variability in water infiltration on non-aqueous phase liquid migration 总被引：2，自引：1，他引：1
Zhibing Yang Hanna Zandin Auli Niemi Fritjof Fagerlund 《Environmental Earth Sciences》2013,68(7):2085-2097
This study investigates the influence of two factors—geological heterogeneity and variability in water infiltration—on non-aqueous phase liquid (NAPL) migration in the unsaturated zone. NAPL migration under three-phase flow conditions resulting from a ground surface spill is modeled for multiple heterogeneous realizations of a porous medium with various water infiltration scenarios. Increased water infiltration before the spill has two counteracting effects: NAPL relative permeability (k rn) increases with increasing water saturation (S w) for a given NAPL saturation, while higher S w in the soil near the NAPL source zone leads to less NAPL mass infiltration. It is found that the former effect is overwhelmed by the latter effect, the net effect being that with longer infiltration durations before the spill, both the infiltrated NAPL mass and the depth of the front migration decrease. Simulation results also show strong effect of the medium heterogeneity. Results suggest that total infiltrated mass, front depth and plume spread increase with an increasing standard deviation of log-permeability. Also variability in modeling results among realizations is largely impacted by the log-permeability standard deviation. Spatial correlation in permeability also strongly influences NAPL infiltration. An increase in the isotropic correlation length from 0.75 to 1.5 m leads to a decrease in total infiltrated mass, plume migration depth as well as vertical spread. Lateral spread in this case is not shown to be affected by the correlation length. 相似文献
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Following the accidental subsurface release of dense nonaqueous phase liquids (DNAPLs), spatial variability of physical and chemical soil/contaminant properties can exert a controlling influence on infiltration pathways and organic entrapment. DNAPL spreading, fingering, and pooling typically result in source zones characterized by irregular contaminated regions with complex boundaries. Spatial variability in aquifer properties also influences subsequent DNAPL dissolution and aqueous transport dynamics. An increasing number of studies have investigated the effects of subsurface heterogeneity on the fate of DNAPL; however, previous work was limited to the examination of the behavior of single-component DNAPL in systems with simple and well-defined aqueous and solid surface chemistry. From a DNAPL remediation point of view, such an idealized assumption will bring a large discrepancy between the designs based on the model simulation and the reality. The research undertaken in this study seeks to stochastically explore the influence of spatially variable porous media on DNAPL entrapment and dissolution profiles in the saturated groundwater aquifer. A 3D, multicomponent, multiphase, compositional model, UTCHEM, was used to simulate natural gradient water flooding processes in spatially variable soils. Porosity was assumed to be uniform or simulated using sequential Gaussian simulation (SGS) and sequential indicator simulation (SIS). Soil permeability was treated as a spatially random variable and modeled independently of porosity, and a geostatistical method was used to generate random distributions of soil permeability using SGS and SIS (derived from measured grain size distribution curves). Equally possible 3D ensembles of aquifer realizations with spatially variable permeability accounting of physical heterogeneity could be generated. Tetrachloroethene (PCE) was selected as a DNAPL representative as it was frequently discovered at many contaminated groundwater sites worldwide, including Thailand. The randomly generated permeability fields were incorporated into UTCHEM to simulate DNAPL source zone architecture under 96-L hypothetical PCE spill in heterogeneous media and stochastic analysis was conducted based on the simulated results. Simulations revealed considerable variations in the predicted PCE source zone architecture with a similar degree of heterogeneity, and complex initial PCE source zone distribution profoundly affected PCE recovery time in heterogeneous media when subject to natural gradient water flush. The necessary time to lower PCE concentrations below Thai groundwater quality standard ranged from 39 years to more than 55 years, suggesting that spatial variability of subsurface formation significantly affected the dissolution behavior of entrapped PCE. The temporal distributions of PCE saturation were significantly altered owing to natural gradient water flush. Therefore, soil heterogeneity is a critical factor to design strategies for characterization and remediation of DNAPL contaminated sites. The systematic and comprehensive design algorithm developed and described herein perhaps serves as a template for application at other DNAPL sites in Thailand. 相似文献
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完善的渗透各向异性模型有助于指导地下建筑施工期和运营期的排水注浆方案的选定,为了建立完善的渗透各向异性模型,利用三轴渗透仪对高岭-蒙脱混合黏土开展一系列渗透试验,并从宏观和微观两个角度尝试建立渗透各向异性模型。研究结果表明：随着膨润土掺入量增加,混合黏土中小孔隙含量不变,中孔隙含量增多,而大孔隙含量减少;随着固结应力的增大,混合黏土中孔隙均减少,且孔隙最大孔径减小;宏观参数孔隙比和液限孔隙比与渗透各向异性比之间的规律性较弱,说明孔隙比和液限孔隙比不是决定渗透各向异性比的关键参数;用微观参数表述的渗透各向异性模型有较强的规律性,说明从微观角度探究渗透各向异性模型不仅可行,而且更能揭示混合黏土渗透各向异性的本质,且微观参数模型中,用能反映较大孔隙变化的孔径指数 ～ 表述的渗透各向异性模型相关性最好。 相似文献