多相流地下水封液化石油洞库水幕系统的性能评价北大核心

为探讨复杂地质条件下地下水封洞库工程建设中水幕系统设置的必要性,以及严格的水幕效率试验、气密性试验的重要性,基于地质统计学原理进行研究区随机渗透率计算,建立考虑研究区渗透性强烈非均质条件的丙烷洞库二维剖面多相流,进行不同工况下油气储品泄漏的运移模拟。结果表明:丙烷在天然地下水水封条件下极易发生泄漏,其污染晕主要向洞室上方运移,长期泄漏会呈伞状遍布洞室上方整个含水层;水平水幕系统可以有效抑制污染晕向上运移,防止泄漏物进入低压环境后发生气化,将污染晕受限在一定空间范围内;垂直水幕系统对抑制污染晕的水平运移效果明显,对不同储品库产生的污染晕有明显的隔离作用;含贯穿裂隙的模型模拟结果表明开展严格的水幕效率试验及气密性试验,及时发现不饱和裂隙并采取措施,对保障水幕系统的有效运行至关重要。(图8,表2,参25)     

大型水封洞库水幕系统的连通性评价

大型水封洞库建设的成败在于水幕系统的建设,水幕系统用于改善储油洞室周围的水封条件,提高储油洞室的密封性。在水幕巷道挖掘完成后,需要通过试验检验水幕系统的水力联系,根据试验结果确定是否需要增设水幕孔数量,以确保洞库的水封效果。以某地下石油储备库水幕系统的建设为例,详细阐述水幕系统有效性试验的前期准备、试验步骤、数据采集与解译,给出了水幕系统连通性综合判定原则,通过比对有效性试验实测的孔隙水压力值和水封状态下的理论值,评价水幕系统的连通性,并提出水封效果的改善方法,可供业内同行借鉴。     

砂岩韵律层理对地下水封洞库水封效果的影响

随着国家战略储备规模的不断扩大,中国块状结晶岩体的可选范围受到诸多因素限制,突破砂岩区地下水封洞库建设技术可以极大提高地下洞库选址适用范围。为探究在砂岩区建库的可行性,以西南某砂岩区建库选址为背景,利用FEFLOW软件建立水平层理、倾斜10°层理、倾斜50°层理3种工况对应的砂岩区地下水封洞库渗流场模型,并假定2~3条厚层泥岩,放大低渗透性泥岩层对于水封环境的破坏程度,模拟分析砂岩韵律层理对地下洞库水封效果的影响。结果表明:厚层泥岩对于倾斜50°层理工况的影响最小,对于水平层理工况的影响最大,而厚层泥岩已成为地下水环境中的隔水层,严重影响甚至破坏了水封环境。基于此,在模型中针对性设置水平水幕孔、垂直水幕或斜向水幕系统,模拟结果表明:水封效果得到明显改善。在实际工程中,可通过下移水平水幕系统、特定区域增设垂直水幕或斜向水幕系统等实现更好的水封效果。研究成果可为砂岩区地下储油洞库水封设计及选址提供理论参考。     

砂岩韵律层理对地下水封洞库水封效果的影响

随着国家战略储备规模的不断扩大,中国块状结晶岩体的可选范围受到诸多因素限制,突破砂岩区地下水封洞库建设技术可以极大提高地下洞库选址适用范围。为探究在砂岩区建库的可行性,以西南某砂岩区建库选址为背景,利用FEFLOW软件建立水平层理、倾斜10°层理、倾斜50°层理3种工况对应的砂岩区地下水封洞库渗流场模型,并假定2~3条厚层泥岩,放大低渗透性泥岩层对于水封环境的破坏程度,模拟分析砂岩韵律层理对地下洞库水封效果的影响。结果表明:厚层泥岩对于倾斜50°层理工况的影响最小,对于水平层理工况的影响最大,而厚层泥岩已成为地下水环境中的隔水层,严重影响甚至破坏了水封环境。基于此,在模型中针对性设置水平水幕孔、垂直水幕或斜向水幕系统,模拟结果表明:水封效果得到明显改善。在实际工程中,可通过下移水平水幕系统、特定区域增设垂直水幕或斜向水幕系统等实现更好的水封效果。研究成果可为砂岩区地下储油洞库水封设计及选址提供理论参考。     

地下岩洞油库水封性高效调控策略

地下水封岩洞油库建设需求旺盛,但现阶段水封洞库工程建设存在渗水量难控制、对洞库水力密封条件关注度不够以及水封性调控方法不成熟等问题。通过调研国内外地下岩洞油库水封性相关研究,分析洞库的水封准则,指出洞库围岩内垂直水力梯度大于1是地下岩洞油库满足水力密封性的必要条件;明确了洞库水封性调控的目标是在满足水力密封性前提下,实现洞库全生命周期成本最低、效益最高;并且对灌浆降渗、人工水幕系统调整、洞库存储压力调整等不同调控手段的调控机制加以研究,在此基础上对比分析洞库水封性多因素联合调控机制,提出基于迭代寻优的多因素联合调控策略;最后通过案例分析对基于迭代寻优的多因素联合调控策略加以应用。研究成果能够为洞库工程高效建设和安全运营提供理论和技术支撑。（图6,参33）     

天然气的地下储存条件及前景

介绍了建设天然气地下储库的地质基础,阐述了建库的岩体其主要结构面分布及地应力分布特征。对影响洞库稳定性和水封条件的可靠性问题进行了剖析。以储丙烷、丁烷为例,说明地下水压力必须大于储品压力。针对储气库的特点,评析了其应用前景及经济效益。     

油品在土壤中的运移特性

随着中国人口的增长和工农业生产规模的持续扩大,土壤污染问题日益严重,石油类污染物对土壤的污染是当前土壤污染的突出问题。通过模拟野外土壤密度和含水条件,开展了室内土柱实验,分别研究了0^#柴油在含水土壤中毛细上升、下渗及水平运移的特性,为全面了解石油类污染物在土壤中的运移行为,石油泄漏后的污染控制与治理提供依据。研究结果表明:柴油在土柱毛细上升的过程中,运移初期和末期上升高度的平方均与时间呈线性关系;油品泄漏后,污染土壤的主要运移方式是重力下渗,大颗粒土壤条件下,柴油的运移以重力下渗为主要运移方式,而对于小颗粒土壤,毛细作用将显著影响柴油的运移;柴油下渗运移速率明显高于毛细上升的速率;柴油水平运移的初始阶段,运移速率明显高于毛细上升速率,在末期两者运移速率趋于一致,说明分子级别的铺展作用受重力的影响较小。     

地下水封储油洞室断面及间距的数值模拟

地下水封储油洞室是大断面地下洞室,其洞室断面的大小对于整个洞室的稳定性起着关键作用。在洞室拱顶高度一定的情况下,对尺寸为18 m×25 m、19 m×28 m及20 m×30 m的3种断面方案进行了数值分析,结合地质条件、地应力等情况,得到最优断面为18 m×25 m。地下水封储油洞室是由多条平行的洞室组成的多组洞罐,每组洞罐间不允许串油,相邻洞室的间距对于洞室的稳定性和阻隔油品互串具有重要作用。采用Hoek-Brown模型在3种断面方案的情况下,分析相邻洞室间距分别为2倍洞宽、1.8倍洞宽及1.5倍洞宽时,两相邻洞室间的相互影响,给出了开挖后洞室直墙处的塑性区深度,进而判断洞室间距的合理性,对工程实践具有一定的指导意义。(图4,表1,参20)     

氮营养对两种红树植物根际去除柴油污染的影响

采用温室沙培试验4个月,研究了在不同氮营养水平下红树植物秋茄(Kandelia candle)和桐花树(Aegiceras corniculatum)对柴油污染的修复作用,并探讨了氮营养对秋茄和桐花树在柴油污染暴露情况下的生长影响,以及对柴油污染去除效果的影响.结果表明,柴油污染对红树植物秋茄和桐花树的生长具抑制作用,柴油浓度越高抑制越明显,且对根部的抑制作用比对地上部显著,增加氮营养水平可以促进红树植物对高浓度柴油污染的耐受性.在各种污染水平下,柴油中总石油烃在秋茄和桐花树的非根际区去除率为72%~80%,在根际区则高达90%以上.相同污染水平下,增加氮营养水平可有效促进秋茄和桐花树根际对柴油的生物去除效率.     

输油管道泄漏地下水污染风险预警评价方法

输油管道具有里程长、输送介质高危、管道沿线水文地质条件复杂等特点,一旦油品在环境敏感区发生泄漏,将会造成严重的环境污染事件。以某环境高后果区为例,基于Visual-Modflow软件,建立概念模型、水流模型及溶质运移模型,模拟输油管道泄漏情景下石油烃在地下水中的迁移扩散规律,采用改进的内梅罗综合指数评价法对地下水状态进行预警,根据水质变化速率与预警级别之间的关系确定不同井的预警级别。结果表明:采用输油管道泄漏地下水污染风险预警评价,能够有效预警油品泄漏情况,预判输油管道泄漏溢油扩散趋势。     

垃圾填埋场有机污染物运移流固耦合模型及数值模拟

基于流固耦合和溶质运移理论,建立了垃圾渗滤液有机污染物运移耦合模型;考虑垃圾生物降解效应,通过试验确定了垃圾生物降解衰减曲线;用Galerkin有限元离散法对所建的模型进行数值求解,利用该数值模型对垃圾渗滤液在地下水中迁移行为进行模拟,预测了污染物浓度的时空分布特征;对耦合、非耦合模拟结果结合实际监测数据进行对比,并对污染晕的大小、分布范围进行了数值模拟分析。     

上方汇水对黄土坡面侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响

【目的】定量评价坡面上方汇水对坡下方土壤侵蚀方式演变及侵蚀产沙的影响。【方法】利用由位于坡面上部的供水装置和位于坡面下部的试验土槽组成的试验系统,通过人工模拟降雨试验,分析不同降雨强度和坡度条件下,上方汇水对黄土坡面片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀方式演变过程及侵蚀产沙量的影响。【结果】当坡面接受上方汇水后,各侵蚀方式演变速度明显加快,侵蚀产沙量迅速增大,且坡面侵蚀产沙增加幅度随上方汇水流量的增加而增大;在坡度和降雨强度相同条件下,坡面侵蚀产沙量和上方汇水引起的坡下方的净侵蚀产沙量,均随坡面上方汇水流量的增加而显著增大;受降雨强度、坡度和坡面侵蚀发育不同阶段的影响,坡面汇水引起的净侵蚀产沙量占总侵蚀产沙量的15.36%~78.15%。不同降雨强度和坡度条件下,坡面侵蚀产沙量与上方汇水流量呈幂函数关系。【结论】坡面上方汇水强度对坡面侵蚀方式演变和产沙过程具有重要影响,若能有效控制坡面上方汇水,将可有效减少坡面侵蚀产沙量,抑制沟蚀的发生和发展。     

高通量测序助力地质封存CO2泄漏情景下土壤细菌群落信息的挖掘

CO_2地质封存过程复杂,存在CO_2泄漏风险,进而会影响土壤生态系统,为研究地质封存CO_2泄漏应对措施,以玉米为研究对象,采用人工控制释放CO_2系统研究了玉米对地质封存CO_2泄漏的响应特征,并应用高通量测序技术分析了玉米土壤细菌群落结构及遗传多样性。结果表明:土壤CO_2浓度为30×104μL·L~(-1)(30 cm埋深处CO_2浓度)时,玉米表现出较好的适应能力,当CO_2泄漏量增加到40×104μL·L~(-1)以上时,玉米叶片等各项生长指标均表现为受胁迫特征;高通量测序结果显示试验共获得4个土壤样本的70 948个OTUs,但仅3.32%为4种泄漏条件下土壤所共有;遗传信息表明土壤细菌多样性和丰富度变化与CO_2泄漏浓度密切相关;变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门等为土壤优势菌群,而酸杆菌门在土壤CO_2浓度达40×104μL·L~(-1)下相对丰度大幅增加,暗示其可用作地质封存CO_2泄漏对土壤生态系统影响的指示菌。可见泄漏的CO_2会影响农作物生长及土壤细菌群落特征,而变化的土壤细菌多样性会影响农田生态系统功能等。     

降雨对土壤中甲苯运移影响的初步研究

甲苯是最为常见的挥发性有机污染物之一,针对土壤与地下水挥发性有机污染问题日益严重的现状,本文以甲苯为研究对象,采用原位土柱物理模拟试验,通过降雨与土壤参数监测以及土壤和土壤气体取样分析,研究了降雨条件下土壤中甲苯多相运移规律;基于降雨引起的土壤水分动态分布与污染物分布特征的对比分析,初步探讨了降雨对其运移过程的影响.研究发现,甲苯在土壤中的运移受其自身的挥发性影响较大,且存在与水分运移不同步的现象,其固相运移速率小于气相扩散速率和土壤水分运移速度;降雨加快了其运移速度,对甲苯的运移有促进作用.     

大直径水平定向钻低流速层流下岩屑运移规律

大直径水平定向钻钻孔直径可达到钻杆直径的10倍以上,钻孔环形空间泥浆不仅处于不利于岩屑运移的层流状态,而且流速极低,岩屑极易在孔底形成稳定的岩屑床,造成孔内事故。针对该问题,首先推导出柱坐标系下环空泥浆的运动微分方程组,然后使用环空岩屑运移综合模拟实验装置进行多次模拟实验,最后通过数值模拟揭示环空泥浆流场分布及岩屑运移规律。结果表明:增加泥浆PAM含量对提高大粒径岩屑运移效率效果不明显;提高环空泥浆流速,在一定程度上能够提高单颗岩屑运移效率,但同时会增加岩屑床末端回流区尺寸,使岩屑床内部压差增大。研究成果对水平定向钻施工具有指导意义。(图5,表2,参20)     

基于1DTempPro的水热运移模型及试验研究

基于多孔介质水热运移的对流扩散方程,建立低温水入渗的一维数学解析模型;搭建一维水平土柱低温水入渗试验平台,观测土柱水平方向的温度分布,分析在不同入渗水温和水力梯度下低温水在一维土柱内水热运移扩散特性;利用1DTempPro模拟低温水入渗土壤的水热运移,并与试验观测值、解析解对比,发现1DTempPro可以较好地模拟低温水入渗的温度场变化,准确度高,可以用来适时监测低温水灌区的水、热条件。     

稻壳深施对苏打碱土盐分运移特征的影响

[目的]明确苏打碱土深施稻壳对土壤盐分运移特征的影响。[方法]采用模拟试验方法和田间试验调查方法,在稻壳深埋至苏打碱土后,调查灌水和自然干燥过程中不同土层土壤盐分的变化,以及自然气候条件下土壤盐分变化。[结果]模拟试验灌水后土壤盐分有向下淋洗的过程,稻壳深埋处理盐分淋洗量大;干燥条件下,自然状态土壤盐分在表层积聚,稻壳处理上层土壤盐分无明显积聚,土壤盐分在稻壳层下聚积;田间稻壳深施土壤盐分运移特征与模拟试验一致,旱季盐分随水分向地表运移并累积,雨季盐分随水分向下淋洗,有稻壳区下层土壤盐分向上运移被阻隔,上层土壤盐分通过稻壳在土壤中建立的大孔隙向下淋洗,盐分在稻壳层下累积,土壤表层盐分明显下降。[结论]该研究为农业生产中盐渍土改良提供理论依据。     

东北典型黑土区积雪-冻融耦合作用下的包气带水热运移模拟

积雪-冻融耦合作用可改变黑土内部水热分布,进而影响其营养组分。为探究典型黑土区积雪-冻融条件下的水热运移规律,以吉林省公主岭市为例,基于野外原位观测试验,开展了典型黑土区积雪-冻融耦合作用下的包气带水热运移模拟,利用Morris筛选法进行了参数敏感性分析,并模拟分析了不同外界温度和积雪覆盖情景对黑土水分运移的影响。结果表明：研究区春季融雪水可使深在20 cm以上的黑土含水率增加约12%;基于野外观测构建的模型对60～80 cm的土层模拟效果最佳;敏感性分析的5个参数中残余土壤含水量θr的敏感度最高,其灵敏度系数为2.954 6;外界温度影响土壤含水率突降的时间,积雪覆盖条件主要影响含水率大小及水分保持。     

CO2浓度升高对重金属污染下稻米品质影响的研究进展

目前研究CO₂浓度升高对农作物的影响主要集中在光合作用、生理生态反应和产量形成等方面,对重金属污染胁迫下CO₂浓度升高对水稻生长发育和品质影响的研究甚少。本文通过详述Cu、Cd等重金属污染条件下,CO₂浓度升高对水稻生长发育及稻米品质的影响,揭示重金属污染条件下CO₂浓度升高影响Cu、Cd在土壤-水稻系统中的运移状况及其稻米营养品质方面的相关机制,为CO₂浓度持续升高背景下复合污染农田风险评估、农产品安全调控提供科学依据,也对于预测未来气候条件下人类稻米品质变化及水稻品种的选育意义重大。     

地下储气库天然气泄漏损耗与动态监测判定

地下储气库的注采运行,需要持续监测储气库内天然气的运移和渗漏情况,校核储气量,以保证储气库的供气能力。从地质层面,储气库的泄漏损耗主要包括内部渗漏、外部泄漏、垫层气量增加;从工程层面,储气库泄漏损耗主要包括注采井泄漏,地面管道和设备泄漏,注采气系统放空。储气库注采过程动态监测内容主要有:采气井和注气井压力、温度等动态参数,盖层的密封性,固井质量和套管的密封性。介绍了中子测井、温度测井、转子流量计等监测手段。提出了通过监测关井压力和地层压力随库存量的变化曲线动态判定储气库泄漏情况的方法,为我国储气库的工程实践提供了理论依据和技术支持。