含水层系统越流过程中污染物迁移机理和过程研究

Groundwater exploitation and other factors lead to the leakage between aquifers, and promote groundwater pollution penetration from shallow to deep aquifer. The mechanism of groundwater flow and contaminant migration in the process of leakage is the key to the study of groundwater pollution and control. The aquitard, which is often neglected in groundwater pollution study, is the leakage passage of the groundwater and contaminant between aquifers. In order to solve this problem, this project intends to develop a physical simulation platform of multi layered aquifer system to analyze the spatial distribution and temporal variation of groundwater flow and pollutant in the process of leakage through a series of physical simulation experiments. Then considering factors, such as variation of hydrogeological parameters and moving boundary in the process of leakage, mathematical model of groundwater and pollutants coupling multi parameters will be established. We will verify the numerical model using experimental data, and then carry out numerical simulation experiments under different conditions and reveals the aquitard release mechanism of water and pollutant migration. The groundwater flow and solute transport simulation mathematical model is constructed under a single well and multi wells pumping conditions, which is used to predict distribution and variation of drawdown in the pumping aquifer under different mining mode and migration process and flux of pollutants in aquifer system, so as to provide theoretical support for groundwater protection pollution control.

地下水开采等因素使含水层之间产生越流，同时也促进地下水污染由浅层向深层渗透。明晰越流过程中地下水流和污染物迁移机理是地下水污染与防治研究中的关键前提。弱透水层是地下水与污染物在含水层之间的传输通道，在地下水污染研究中往往不被重视。针对该问题，本项目拟搭建多层含水层系统物理模拟平台，通过开展系列物理模拟试验，分析越流过程中地下水流与污染物时空分布的基本规律；然后综合考虑越流过程中水文地质参数衰减变化和边界移动等因素，建立地下水和污染物的多参数耦合运移数学模型，并利用试验数据校准与验证数值模型，进而开展不同条件下的数值模拟试验，揭示弱透水层滞后释水与污染物迁移机理；最后构建单井和多井抽水条件下地下水流和溶质运移仿真数学模型，预测不同开采模式下抽水含水层降深分布，以及含水层系统中污染物的迁移过程和物质通量。研究成果可加深地下水和污染物耦合运移理论的认识，也可为深层地下水污染控防提供理论支撑。

地下水开采等因素使含水层之间产生越流，同时也促进地下水污染由浅层向深层渗透。明晰越流过程中地下水流和污染物迁移机理是地下水污染与防治研究中的关键前提。弱透水层是地下水与污染物在含水层之间的传输通道，在地下水污染研究中往往不被重视。针对该问题，本项目通过搭建多层含水层系统物理模拟平台开展系列物理模拟实验，分析越流过程中地下水流时空分布的基本规律；然后综合考虑越流过程中水文地质参数衰减变化和边界移动等因素，建立地下水和污染物的多参数耦合运移数学模型，开展了不同条件下的数值模拟实验。研究结果表明，弱透水层固结过程中固结系数变化不大，而渗透系数和贮水率随孔隙比的减小而非线性减小。较好级配土的水动力弥散系数较大，渗透系数较小，渗透系数随土颗粒分形维数和孔隙分形维数的增大而减小，水动力弥散系数随土颗粒分形维数和孔隙分形维数的增大而增大，孔隙分形维数对水动力弥散系数较大和渗透系数的影响大于土颗粒分形维数对动力弥散系数和渗透系数的影响。弱透水层固结排水具有明显的延迟现象，当弱透水层的无量纲固结时间等于延迟排水滞后因子时，弱透水层排水基本结束。非线性固结理论计算的弱透水层排水量小于线性固结理论计算的弱透水层排水量，且两者的计算结果随压缩性的增加而增大。受弱透水层低渗透性和土颗粒吸附作用的影响，弱透水层中污染物穿透时间很长，弱透水层固结排水对污染物迁移的影响主要表现在两个方面：非稳定水流和弱透水层厚度减小，前者增加了污染物在弱透水层中的穿透时间，而后者则产生了相反的作用，前者的影响与弱透水层固结排水的滞后因子正相关，后者的影响随着污染物吸附分配比例系数的增大而减小，弱透水层固结变形越大和渗透系数越小，延迟排水对弱透水层中污染物迁移的影响越大。研究成果可加深低渗透变形介质中地下水和污染物耦合运移理论的认识，也可为深层地下水污染防控提供理论支撑。