环境水文地球化学详解.ppt

NAPL migration in primary vs. secondary porosity (A) NAPL migration through primary porosity. (B) NAPL migration through secondary porosity features (fractures, root holes, etc.). A B 2.多相流 LNAPL Moving Upgradient 2.多相流 Dissolving NAPL 2.多相流 Apparent LNAPL Thickness Hf：LNAPL漂浮厚度 Hw：井中LNAPL厚度 ρw：水的密度 ρLNAPL：LNAPL的密度 Thickness in screened well casing only indicator of actual thickness in the unit Thickness in the well may be 2 to 10 times larger than actual thickness of mobile LNAPL in the surrounding aquifer No methods exist to improve these estimates 2.多相流 DNAPL Detection Problems 2.多相流 第三讲 饱和介质中的溶质运移 Mass Transport in Saturated Media （1）浓度梯度作用下的迁移 水中的溶质从浓度高的地方向浓度低的地方迁移，这个过程叫做分子扩散，或扩散。流体扩散的量与浓度梯度成正比，称为Fick第一定律。 F=-Dd（dC/dx） F：单位时间通过单位面积的溶质质量； Dd：扩散系数（L2/T） C：溶质浓度（M/L3) 负号表示运动沿浓度减小的方向进行。 不同物质的Dd值可以查到。 对于浓度随时间的系统，适用于Fick第二定律，其一维表达形式为： 1.浓度梯度作用下的迁移 ：为浓度随时间的变化。 在多孔介质中，由于离子在矿物颗粒周围扩散时需要经过更长的路径，因此，引入有效扩散系数D*。 D*=ωDd Ci是t时刻距离污染源x处的浓度；C0是初始浓度，erfc是余误差函数。 ω是一个与弯曲度有关的系数，通常小于1，通过扩散试验获得。浓度分布服从正态分布或高斯分布，还可用统计特征值来描述。 Fick第二定律一维表达式的解： 1.浓度梯度作用下的迁移 地下水运动中携带溶解性固体使之发生迁移，这个过程叫做对流迁移。 Vx为平均线速度； K为渗透系数； ne为有效孔隙度； dh/dl为水力梯度。 由于对流作用，一维质量通量Fx为： Fx=vxneC 2.对流迁移 地下水以大于和小于平均线速度的速率运动着。原因有： 孔隙中心处的流速比孔隙壁处大； 在直线距离相同时，多孔介质中有的流体质点会比其他质点沿着更长的路径运动； 孔隙的大小不一，大孔流速快。 若含有溶质的地下水以相同的速度运动，那么他们就会取代不含溶质的水，并在两种水体之间产生一个突变界面。然而，由于侵入的含有溶质的水不是以相同速度运动的，所以这两种水会沿着流动路径发生混合，这种混合就称为机械弥散，他导致在水流的推进边缘被稀释。沿着流动路径方向发生的混合称为纵向弥散；溶质锋面沿着垂直于流动方向发生的混合，称为横向弥散。 3.机械弥散 在地下水流动过程中，分子扩散过程不能从机械弥散中分离出来，将二者结合起来定义一个参数称为水动力弥散系数D，即 DL=αLvi+D* DT=αTvi+D* DL：平行于水流运动方向的水动力弥散系数（纵向）； DT：垂直于水流运动主方向的水动力弥散系数（横向）； αL：纵向弥散度； αT：横向弥散度。 4.水动力弥散 （4）对流-弥散方程推导 αT：横向弥散度。 2.饱和介质中的物质迁移 Fx Fy Fz （1）吸附过程 吸附过程包括吸附、化学吸附、吸收和离子交换。 吸附：包含溶质附着到固体表面的过程。 阳离子交换：阳离子被吸附到带负电的粘土矿物附近并通过静电力附着在那里； 化学吸附：溶质因化学反应而与沉积层、土壤或岩石表面结合。 吸收：若含水层颗粒是多孔的，且使溶质能够通过扩散进入颗粒并被吸附到其表面上。 3.溶质转化、阻滞和衰减 （2）表面反应平衡 1）线性等温吸附 溶质的浓度C和固体吸附的溶质的量C*之间存在一个直接的线性关系，即： C*=KdC C*：固体单位容重所吸附溶质质量（mg//kg); C：吸附平衡时溶液中溶质的浓度（mg/L）； Kd为分配系数（L/kg），等于等温吸附线的斜率。 3.溶质转化、阻滞和