学院公告

自然科学奖项目公示

2020-06-25

 

 

项目名称

地下水流过程及其对污染物反应迁移控制的示踪与模拟研究

提名单位

中国地质大学(武汉)

主要完成单位

中国地质大学

项目简介

与地表水体的相互转换和含水介质分布的非均质性使得含水系统中水流往往存在多个流动途径,而水流向和流速易发生变化,其又进一步影响污染物的物理迁移和化学反应过程。以往非均质介质中的污染物反应迁移及归宿的相关研究或只重视物理迁移过程,或是对水流条件作简化处理,而重视地球化学和生物化学反应过程,很少有研究涉及水力学因素对生物地球化学反应及迁移通量的控制。所以水流过程的刻画是研究其对污染物反应迁移控制的主要前提,地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战。传统的基于点测量数据的水力学方法结果不确定性很高水化学和同位素示踪法只能得到半定量的结果;随着地表水与地下水相互作用研究的精细化与定量化,数值模型成为有效手段,但非均质介质中参数反演比较困难,为了解决这个问题,需要采用多源数据反演参数和校验模型。

基于此,本项目以水-热耦合数值模拟及水流-溶质反应迁移耦合模型为主要手段,并综合水文地质学、水文地球化学、同位素地球化学等多学科交叉结合的研究方法,通过十多年的努力,取得了以下学术成果:(1)发展了基于水-热耦合过程的含水介质非均质性反演方法及地表水与地下水相互作用的示踪方法,在场地尺度上提高了水流过程的刻画精度;对于水热耦合模型建立过程中的模型复杂性和参数敏感性进行了分析,为场地水热耦合模型应用提供了支撑;(2)将高密度场地热示踪结果与长时间尺度半定量同位素水化学示踪手段结合,实现了区域尺度上地下水流过程及其与地表水转化示踪研究;通过地下水热运移过程与冻土冻融等耦合,阐释了西北黑河源区冻土分布、冻融循环对地下水与地表水相互作用。(3)在地表水与地下水作用带实现了水动力驱动下污染物迁移的多过程耦合模拟,将流向流速多变的地下流、地下水与地表水相互作用过程、井中流对溶质迁移过程、污染物反应的地球化学过程耦合至模型,提高了模型的预测能力。

  基于上述成果,5篇代表作发表于Water Resources Research、Hydrology and Earth System Sciences等国际水文学与水资源一流期刊, 被包括Review of Geophysics、Geophysical Research letters等地学领域权威期刊等在内的SCI期刊他引近100次。相关成果被编入国外著名学者撰写的学术专著中。项目执行期间负责人获国家优青,受聘为水文地质学领域知名刊物Hydrogeology Journal的客座主编和主编。多次应邀作为相关国际学术会议的召集人或作主题报告。培养了一批硕士、博士和博士后,形成了一个有较大国际影响力的水文地质学研究团队,促进了水文地质学学科的发展。

 

 

 

 

 

 

 

主要完成人情况表

排    名

1

姓    名

马瑞

性   别

所学专业

水文地质学

技术职称

教授

国   籍

中国

工作单位

法人单位名称:中国地质大学(武汉)

 

具体二级单位名称:环境学院

 

完成单位

中国地质大学(武汉)

完成人对本项目技术创造性贡献:

 

本项目负责人。组织本项目的实施, 负责建设了模拟研究平台, 并负责相关材料的编写。发展了基于温度的含水层非均质性反演方法,提高了水流过程的刻画精度;并耦合温度-水化学和同素方法示踪流域尺度地下水流过程及其与地表水的转化过程;实现了水动力驱动下污染物迁移的多过程耦合模拟,揭示了作用带内污染物迁移的机制,提高了模型的预测能力。对成果1、2、3有创造性贡献。是5篇代表作中第1、2、3篇的第一作者, 第4篇的通讯作者。

 

 

 

 

主要完成人情况表

排    名

2

姓    名

郑春苗

性   别

所学专业

水文地质学

技术职称

教授

国   籍

美国

工作单位

法人单位名称:南方科技大学

 

具体二级单位名称:环境科学与工程学院

 

完成单位

北京大学

完成人对本项目技术创造性贡献:

 

本项目参加人。主攻污染物迁移模拟软件与污染物迁移过程的模拟,对研究中需要的污染物反应迁移模型的模拟提供了软件支撑,在学术贡献中重点进行了污染物的物理迁移过程的定量刻画及机制研究。对成果1和2有突出贡献。是五篇代表作中第1篇论文的通讯作者,第2篇论文的重要合作者。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

主要完成人情况表

排    名

3

姓    名

马腾

性   别

所学专业

水文地质学

技术职称

教授

国   籍

中国

工作单位

法人单位名称:中国地质大学(武汉)

 

具体二级单位名称:环境学院

 

完成单位

中国地质大学(武汉)

完成人对本项目技术创造性贡献:

 

本项目参加人。主攻研发同位素测试技术,对研究中所需要的同位素和水化学方法进行支撑。并采用了水化学和同位素方法对地下水流补给、途径和排泄进行了示踪研究,同时也利用同位素方法示踪污染物的反应机理。并分析污染物的迁移机理与过程。对成果2和3有重要贡献。是五篇代表作中第4篇论文的共同作者和第五篇论文的通讯作者。

 

 

 

主要完成人情况表

排    名

4

姓    名

孙自永

性   别

所学专业

水文地质学

技术职称

教授

国   籍

中国

工作单位

法人单位名称:中国地质大学(武汉)

 

具体二级单位名称:环境学院

 

完成单位

中国地质大学(武汉)

完成人对本项目技术创造性贡献:

 

本项目参加人。在复杂地下水系统中,将温度示踪结果与水化学和同位素方法耦合起来对地下水流补给、途径和排泄进行了耦合示踪研究。对成果2有重要贡献。是五篇代表作中第4篇论文的第一作者,第3篇论文的共同通讯作者。

 

 

 

 

 

 

代表性论文专著目录

序号

论文(专著)名称/刊名/作者

年、卷、页码

发表时间(年月日)

通讯作者(含共同)

第一作者(含共同)

国内作者

他引总次数

检索数据库

论文署名单位是否包含国外单位

1

Utility of bromide and heat tracers for aquifer characterization affected by highly transient flow conditions/Water Resources Research/ Rui Ma, Chunmiao Zheng, John M. Zachara, Matthew Tonkin

48, 8W08523

2012829

郑春苗

马瑞

马瑞

35

Web of Science核心合集

第一作者不包括国外单位,国外作者包括国外单位

2

Assessment of controlling processes for field-scale uranium reactive transport under highly transient flow conditions/Water Resources Research/Rui Ma, Chunmiao Zheng, Chongxuan Liu, Janek Greskowiak, Henning Prommer, and

John M. Zachara

50,2, 1006–1024,

201426

马瑞

马瑞

马瑞

9

Web of Science核心合集

第一作者不包括国外单位,国外作者包括国外单位

3

Hydrological connectivity from glaciers to rivers in the Qinghai–Tibet Plateau: roles of suprapermafrost and subpermafrost groundwater/ Hydrology and Earth System Sciences/R Ma, Z Sun, Y Hu, Q Chang, S Wang, W Xing, M Ge

21, 94803–4823,

2017927

马瑞 孙自永

马瑞

马瑞 孙自永 胡雅璐 常启昕 王烁 邢文乐 葛孟琰

12

Web of Science核心合集

4

Using isotopic, hydrogeochemical - tracer and temperature data to characterize recharge and flow paths in a complex karst groundwater flow system in northern China/Hydrogeology journal/ Z Sun, R Ma, Y Wang, T Ma, Y Liu

24:1393–1412

201642

马瑞

孙自永

孙自永 马瑞 王焰新 马腾 刘运德

17

Web of Science核心合集

5

Origin and evolution of formation water in North China Plain based on hydrochemistry and stable isotopes (2H, 18O, 37Cl and 81Br)/Journal of Geochemical Exploration/ Liuzhu Chen, Teng Ma, Yao Du, Jie Yang, Ling Liu, Huimei Shan, Cunfu Liu, Hesheng Cai

145none, 250-259

201410

马腾

陈柳竹

陈柳竹 马腾 杜尧 刘存富  

24

Web of Science核心合集

 

 

 

 
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