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Journal of Hydrodynamics 2022年第2期34卷 299-307页

作者： Xiu-xuan Wang Jia-zhong Qian Lei Ma Qian-kun Luo Guan-qun Zhou School of Resources and Environmental Engineering Hefei University of TechnologyHefei230009China

The groundwater flow in natural aquifers can change from the Darcy flow to the non-Darcian flow due to a variety of causes,such as the increase of the Reynolds number in the highly permeable media or the decrease of the hydraulic gradient below a threshold in the low-permeability media,while the representative flow regime cannot be reliably determined using the traditional *** address this challenge,this paper proposes a new term called the equivalent hydraulic gradient(EHG)by generalizing the differential form of the Darcy’s law using a spatial integral of the upstream hydraulic *** nonlocal spatial variation of the hydraulic head difference between upstream and downstream zones is assumed to be the potential cause of the transition of the groundwater flow *** assumption is analogous to the common assumption used for quantifying the anomalous pollutant transport in the geological *** of this idea show that the EHG concept could distinguish three main flow regimes,namely the Super-Darcy flow,the Darcy flow,and the Sub-Darcy flow,although the Super-Darcy flow regime is rarely observed in the laboratory column flow *** of this study therefore shed lights on the interpretation of the fundamental dynamics of the groundwater moving in various heterogeneous aquifers,and may lead to the rebuilding of the hydrodynamics of the surface water,the groundwater,and the soil.

关键词： Hydraulic head distribution spatially non-local effect flow regime Forchheimer number Reynolds number

Revisit of advection-dispersion equation model with velocity-dependent dispersion in capturing tracer dynamics in single empty fractures

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Journal of Hydrodynamics 2018年第6期30卷 1055-1063页

作者：王沐赵卫东 Rhiannon Garrard Yong Zhang 刘咏钱家忠 School of Resources and Environmental Engineering Hefei University of Technology Department of Geological Sciences University of Alabama College of Mechanics and Materials Hohai University School of Food and Biotechnology Engineering Hefei University of Technology

An accurate quantification of the contaminant transport through fractured media is critical for dealing with water-quality related scientific and engineering issues, where the dispersion coefficient is an important and elusive parameter for the solute transport modeling. Many previous studies show that the dispersion coefficient(D) in the standard advection-dispersion equation(ADE) model can be approximated by D=avλ(where a is the dispersivity), a formula to be revisited systematically in this study by laboratory experiments and model analysis. First, a series of tracer transport experiments in single empty fractures are conducted in cases of different hydraulic gradients. Second, the tracer breakthrough curves are determined by simulations based on the ADE model, to obtain the dispersion coefficients corresponding to various fracture roughnesses and flow velocities. A varying trend of λ is analyzed under different flow conditions. Results show that although the standard ADE model cannot be used to characterize the late-time tailing of the tracer BTCs, likely due to the solute retention, this simple model can simulate most of the solute mass dynamics moving through fractures and may therefore provide information for estimating the dispersion in parsimonious models appropriate for the non-Fickian transport. The following three conclusions are drawn:(1) the peak of the breakthrough curves comes earlier with increasing the roughness, according to the ADE simulation,(2) the value of λ generally decreases as the relative roughness of the fracture increases,(3) the value of λ is approximately equal to 2.0 when the dispersion is dominated by the molecular diffusion in the smooth fracture.

关键词： Dispersion coefficient molecular diffusion roughness variation trend single fracture

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南淝河下游浅层地下水水化学特征及成因分析

现代地质 2022年

作者：王润涛钱家忠王宿轩马海春王小勇合肥工业大学资源与环境工程学院

为探究南淝河下游浅层地下水水化学特征及其成因，收集了87组浅层地下水水样，采用Piper三线图、舒卡列夫分类、Gibbs模型、离子比例系数、数理统计等方法，对南淝河下游浅层地下水进行了水化学特征分析，进一步揭示了其成因规律。结果...

为探究南淝河下游浅层地下水水化学特征及其成因，收集了87组浅层地下水水样，采用Piper三线图、舒卡列夫分类、Gibbs模型、离子比例系数、数理统计等方法，对南淝河下游浅层地下水进行了水化学特征分析，进一步揭示了其成因规律。结果表明，研究区地下水pH均值为7.61，呈弱碱性，阳离子含量平均值从高到低排序为Na;＞Ca;＞Mg;，阴离子含量平均值从高到低排序为HCO;＞SO;＞Cl;，Na;与HCO;分别为阳离子与阴离子中的优势离子。此外，研究区内的水化学类型分布较为丰富，共有15种水化学类型，主要的水化学类型可分为：HCO;-Na·Ca型，HCO;·Cl-Ca·Na型，HCO;-Ca·Na·Mg型，HCO;·SO;-Ca·Na型，HCO;·SO;·Cl-Na·Ca型。通过考虑水岩交互作用的影响，我们发现研究区地下水水化学组分主要受岩石风化溶解作用控制和碳酸盐矿物溶解的影响，与此同时，阳离子交换作用在浅层地下水水化学成因规律中的作用不可忽略。

关键词：

基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

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地学前缘 2022年第3期29卷 248-255页

作者：刘咏张琪钱家忠吴盾张文永合肥工业大学食品与生物工程学院安徽合肥230601 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 安徽省煤田地质局勘探公司安徽合肥230088

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.5~2.0,2.5~3.0,3.5~4.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子... 详细信息

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.5~2.0,2.5~3.0,3.5~4.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R^(2)大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β_(0)的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。

关键词：双分子反应性溶质运移多孔介质模拟 IM-ADRE模型图像法

合肥四方磷肥厂原工业场地及周边地下水水化学特征分析与磷污染评价研究

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合肥四方磷肥厂原工业场地及周边地下水水化学特征分析与磷污染评...

作者：王润涛合肥工业大学

学位级别：硕士

磷作为一种营养元素,是生物体不可或缺的,但是过量的磷赋存于环境中,会对环境造成危害。现阶段,合肥四方磷复肥有限责任公司磷石膏堆场淋溶水收集池旁雨水沟水样总P浓度(0.72mg/L)超标,对场地及周边的地表水、地下水、土壤等造成不同程... 详细信息

磷作为一种营养元素,是生物体不可或缺的,但是过量的磷赋存于环境中,会对环境造成危害。现阶段,合肥四方磷复肥有限责任公司磷石膏堆场淋溶水收集池旁雨水沟水样总P浓度(0.72mg/L)超标,对场地及周边的地表水、地下水、土壤等造成不同程度的污染,进行地下水水化学特征分析及水土磷污染评价,对当地水土资源的保护和利用有着重要的意义。为此,本文以四方磷肥厂原工业场地及周边范围为研究区,在前期资料收集、野外踏勘、样品采集等工作的基础上,针对区内的浅层地下水水样进行水化学特征及成因分析,针对地表水样、土壤等进行磷污染异常评价,确定了地表土壤磷分布以及水质磷污染情况,查明了污染源及其与堆场的关系,为后续当地相关部门进行水土磷污染治理及修复提供理论依据。本次研究得到的主要结论如下:1.运用描述性统计分析方法对研究区内浅层地下水水样进行水化学参数统计分析,发现Ca为研究区地下水的优势阳离子,主要阳离子含量按从高到低的顺序排序为Ca>Mg>Na>K;SO为研究区地下水中的优势阴离子,其主要阴离子含量按照从高到低的顺序排序为SO>HCO>Cl。该研究区浅层地下水主要的水化学类型为HCO-Ca·Mg型,SO-Ca·Mg型,HCO·SO-Ca·Mg型。***模型显示,地下水中的水化学组分主要受岩石风化作用的控制,一部分受到蒸发浓缩作用和人为活动的影响,并且地下水中阳离子交换作用明显。3.研究区总体地下水水质状况较差,大部分水质等级为Ⅳ类和V类,污染较为严重的离子为SO、NO、NO,其超标的原因主要是由于磷肥厂的工业活动造成的,改进的内梅罗指数法相较于单因子评价法和传统的内梅罗指数法,其评价结果更具合理性和可靠性,更符合研究区的实际情况。4.土壤磷异常主要集中在堆场东北侧、堆场西北侧冲沟流向方向、堆场下方南侧附近、堆场西侧场区附近、场区下方生活区附近。场地地表水质量整体较好,磷污染程度较低,整体呈点状分布。水体磷污染主要位于靠近堆场西北侧冲沟入口处、冲沟下游、靠近堆场北侧中部下方、靠近堆场南侧、西南侧下方及焦亚车间处。土壤、水体磷污染主要来自于堆场及人类活动。

关键词：水化学特征水质评价磷污染四方磷肥厂

Experimental study on the velocity-dependent dispersion of the solute transport in different porous media

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Journal of Groundwater Science and Engineering 2019年第2期7卷 106-114页

作者： YAN Xiao-san QIAN Jia-zhong MA Lei School of Resources and Environmental Engineering Hefei University of Technology

The hydrodynamic dispersion is an important factor influencing the reactive solute transport in the porous media, and many previous studies assumed that it linearly varied with the average velocity of the groundwater flow. Actually, such linear relationship has been challenged by more and more experimental observations, even in homogeneous media. In this study, we aim to investigate the relationship between hydrodynamics dispersion and the flow velocity in different types of porous media through a laboratory-controlled experiment. The results indicate that (1) the dispersion coefficient should not be a linear function of the flow velocity when the relationship between the flow velocity and the hydraulic gradient can be described by Darcy's law satisfactorily;(2) Power function works well in describing the dispersion coefficient changing with the flow velocity for different types of porous media, and the power value is between 1.0-2.0 for different particle sizes.

关键词： Solute transport Porous media Flow velocity Dispersion coefficient

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裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟

水动力学研究与进展（A辑） 2020年第1期35卷 47-54页

作者：刘雅静刘咏马雷高峰钧钱家忠合肥工业大学地下水科学与工程研究所合肥230009 合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于双分子反应性溶质运移研究,以往大多是在多孔介质中展开的,且使用传统的对流弥散方程不能很好地解决对生成物"过度预报"及"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在裂隙介质中的运... 详细信息

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于双分子反应性溶质运移研究,以往大多是在多孔介质中展开的,且使用传统的对流弥散方程不能很好地解决对生成物"过度预报"及"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在裂隙介质中的运移机理,该文以苯胺(AN)和1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)为例,开展了单个裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟研究,重点研究了裂隙开启度和水流速度的影响,建立了考虑随时间衰减的反应性溶质运移数学模型(ADRE)并进行数值求解。与现有的对流弥散方程(ADE)模型及随机的截断幂函数模型(TPL)进行了比较,结果显示,裂隙中"过度预报"并不明显,TPL模型捕捉"拖尾"现象的能力高于ADE模型,改进的ADRE模型捕捉"拖尾"现象能力强且能较为准确地模拟反应物和生成物的浓度变化,其机理有待进一步研究。

关键词：双分子反应溶质运移裂隙拖尾过度预报

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宿州矿区浅层地下水污染评价及源解析

地学前缘 2021年第5期28卷 1-14页

作者：赵卫东赵芦龚建师周文怡钱家忠合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016

宿州矿区由于长期煤炭开采,不仅形成了浅层地下水降落漏斗,而且造成了不同程度的地下水污染,其污染现状及主要形成原因尚不清楚。为此,本文利用研究区水土污染调查获取的21个地下水样品的NO-3等13项污染指标开展地下水污染源解析工作。... 详细信息

宿州矿区由于长期煤炭开采,不仅形成了浅层地下水降落漏斗,而且造成了不同程度的地下水污染,其污染现状及主要形成原因尚不清楚。为此,本文利用研究区水土污染调查获取的21个地下水样品的NO-3等13项污染指标开展地下水污染源解析工作。在采用改进内梅罗综合污染指数法对研究区浅层地下水环境质量进行评价的基础上,利用因子分析和反距离权重插值方法对研究区浅层地下水进行污染源及空间分布特征解析。研究结果表明:(1)研究区浅层地下水受到了重度污染,以Ⅳ类水为主,污染较严重的指标为NO_(3)^(-)、Mn、Fe和F^(-)。(2)研究区浅层地下水主要包括4个污染源:原生地质环境(F1),其高值区分布在桃园煤矿及其周边;矿坑排水和矸石山淋溶作用下形成的矿业废水(F2),其在桃园和钱营孜煤矿及其周边地区污染较为严重,其余矿区也存在一定程度的矿业废水污染;由生活垃圾、人畜排泄物造成的农村污水(F3),其污染地区主要为朱仙庄和芦岭煤矿一带;由化肥施用引起的农业污染(F4),其高值区集中在朱仙庄煤矿及其周边区域。地下水水质的主要影响因素是浅层地下水原生地质环境和矿业废水,其中约有51.040%的污染来源于原生地质环境及煤矿矿业污染的混合污染,约有11.841%的污染来自煤矿矿业废水,其余污染主要来源于农村生活和生产污水以及农业面源污染。(3)研究区浅层地下水主要污染区域为桃园和钱营孜煤矿一带,祁南和祁东煤矿污染相对较轻,朱仙庄和芦岭煤矿水质较好。(4)建议对矿区地下水主要污染源及污染途径进行综合防治:加强矿坑排水口的污水达标排放监管力度;煤矿企业采用生产建筑材料等方法提高矸石的综合利用率;进一步加强与矿区污水、垃圾填埋处理等相关的基础设施建设。

关键词：宿州矿区浅层地下水因子分析污染源解析污染评价

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裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟

裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟

采动影响下宿州矿区地下水污染数值模拟及水土污染评价与分析

第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会...

作者：刘雅静刘咏马雷钱家忠合肥工业大学地下水科学与工程研究所

地下水环境中的化学作用对溶质运移具有重要的影响,然而对于双分子反应性溶质运移的研究,以往大多是在多孔介质中展开的,并且传统的对流弥散方程不能很好的解决"过度预报"生成物浓度以及生成物"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在... 详细信息

地下水环境中的化学作用对溶质运移具有重要的影响,然而对于双分子反应性溶质运移的研究,以往大多是在多孔介质中展开的,并且传统的对流弥散方程不能很好的解决"过度预报"生成物浓度以及生成物"拖尾"问题。为了揭示双分子反应性溶质在裂隙介质中的运移机理,论文以苯胺（AN）和1,2-萘醌-4-磺酸钠（NQS）为例,开展了单个裂隙中双分子反应性溶质运移实验与模拟研究,重点研究了裂隙开启度、水流属性以及运移路径的影响,建立了考虑随时间衰减的反应性溶质运移数学模型（ADRE）并进行数值求解,进行了模型参数分析,与现有的对流弥散方程（ADE）模型及随机的截断幂函数模型（TPL）进行比较,得到ADRE模型对溶质运移峰值浓度预报精度较高,而不能很好捕捉"拖尾"现象,TPL模型捕捉"拖尾"现象的能力高于ADRE模型,其机理有待进一步研究。

关键词：双分子反应溶质运移裂隙拖尾过度预报

来源： cnki会议评论

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采动影响下宿州矿区地下水污染数值模拟及水土污染评价与分析

作者：石琛合肥工业大学

学位级别：硕士

本次研究的目的是以宿州矿区为研究对象,初步查明研究区内水土污染现状,并对水土环境质量做出初步评价,在此基础上开展地下水污染数值模拟研究,以此明确煤矿区采动影响下地下水污染现状。研究的理论重要性对于宿州矿区乃至全国规模相似... 详细信息

本次研究的目的是以宿州矿区为研究对象,初步查明研究区内水土污染现状,并对水土环境质量做出初步评价,在此基础上开展地下水污染数值模拟研究,以此明确煤矿区采动影响下地下水污染现状。研究的理论重要性对于宿州矿区乃至全国规模相似的矿区水土污染防治工程实践具有一定的应用价值。本文在收集、整理并分析研究区水文地质、水质监测资料的基础上,开展了野外调查分析与取样工作,并对取得的水土样品进行室内测试分析。在取得分析结果的基础上进行研究区的水土污染现状评价,选择水土污染评价中污染较为严重的朱仙庄煤矿和芦岭矿附近区域进行浅层水数值模拟,通过构建地下水流数值模拟模型和溶质运移模拟模型的方式,模拟并预测浅层地下水中Hg离子和硝酸盐的迁移规律以及发展趋势。得到以下结论:1.区内地表水质相对较差,以Ⅴ类和劣Ⅴ类为主。其中氟化物、COD和总磷的污染较为严重,重金属污染相对较轻。总体来看祁南和芦岭煤矿地表水处于中度污染状态,朱仙庄煤矿接近中度污染,研究区其他煤矿地表水基本处于轻度污染状态,仅祁东矿区的旱季地表水为未污染。2.区内地下水质量多数符合Ⅱ至Ⅲ类要求,少数地区水质达到Ⅴ类,且雨季时期的污染相对旱季要更加严重。六个矿区中地下水污染较严重的矿区为朱仙庄煤矿、芦岭煤矿和钱营孜煤矿。3.区内土壤中重金属离子浓度虽未超标,但均不同程度超过了当地背景值,尤其Pb和Zn元素呈重度污染。总的来看,As、Cu、Pb、Zn元素是研究区土壤质量的主要影响元素,且污染较严重的地区分布在祁东和祁南矿区。4.模型的模拟结果表明:Hg离子污染范围的迁移方向整体向西南方向扩散,硝酸盐污染范围的迁移方向整体向正北方向的新汴河扩散;其最大横向距离、最大纵向距离以及污染面积均持续增大。研究成果可为研究区水土污染的治理、地下水资源的保护提供参考。

关键词：水流模型污染模拟地下水煤矿区污染评价