DNAPLs在非均质饱和含水层中入渗再分布-溶解迁移机制研究

Dynamics of transport, transformation and fate of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) are hot topic problems for groundwater organic pollution control. Perchloroethylene (PCE) has been chosed as a typical contaminant of DNAPLs. We will carry on the infiltration, dissolution and transport processes of DNAPLs in heterogeneous saturated aquifers by using indoor test and mathematical simulation. For the sandbox test, a saturated aquifer system used in the study will be built by using clay soil to form low-permeability lens in the seepage sandbox.It will be used to study the transport and transformation processes of PCE-DNAPLs. We will understand and open out the characteristices and laws of PCE-DNAPLs in vertical infiltration and dissolution transport processes by using high resolution photo and image analysis technology. Based on the law of mass conservation, we will find the mass transfer relationships between nonaqueous PCE and aqueous PCE. Then, the PCE-DNAPLs infiltration model and PCE dissolution model will be built in heterogeneous saturated aquifers. The test processes can be reappeared by the model.The sensitivity analysis is carried out for relevant parameters. The uncertainty analysis also is carried out for results of groundwater model. The findings of the project will serve the understandings of transport processes of DNAPLs in practical saturated aquifers.

重非水相有机污染物(DNAPLs)在地下水中迁移、转化和归趋的动力学机制是地下水有机污染防控的热点。本研究以四氯乙烯(PCE)作为DNAPLs的代表性污染组分，采用试验分析和数学模型相结合的方式，对DNAPLs在非均质饱和含水层中的迁移机理进行深入研究。在砂箱试验过程中，通过在随机填充的渗流砂槽内设置小块粘性土区域形成低渗透镜体，构成本研究的非均质饱和含水层系统，模拟非水相PCE在其环境中的迁移转化过程。借助高精度照相、图像分析和取样检测，揭示在考虑渗透系数空间变异性和低渗透镜体存在的饱和含水层中，非水相PCE垂向入渗再分布特征、饱和度和浓度的时空变化规律，依据质量守恒定律构建考虑空间和时间变化的PCE溶解过程质量转化关系，建立非水相PCE饱和度分布模型和溶解迁移模型，再现试验过程，分析参数的敏感性和模型计算结果的不确定性。为更加有效地研究DNAPLs在实际含水层中的迁移行为提供参考依据。

重非水相有机污染物(DNAPLs)在地下水中迁移、转化和归趋机制是地下水科学与工程领域研究的热点和难点问题。本项目从室内砂槽试验出发，分析了低渗透镜体对地下水流动规律的影响，并与数值模拟结果进行对比，发现了低渗透镜体两侧的水流汇聚后水头值突然增加，一般流速会增大10%-23%左右，提出了渗透系数相差较大的情况下进行地下水数值计算时应采取加密的建议；渗透系数的空间变异性一定程度上制约着地下水流状态，采用经验公式法、人工神经网络法、地质统计法等进行渗透系数的求解，结果发现Archie公式不适合在黏土中使用，也不适合太复杂地层，而人工神经网络法是把工程问题数学化，能较好的计算工程中的渗透系数，然后采用克里格插值即可获取研究区域上的渗透系数的分布；对非水相PCE在地下水中的迁移过程进行模拟，发现非水相PCE 的初始浓度直接影响到地下水中污染源存在时间的长短，质量转化系数对非水相PCE 在地下水中的溶解过程来讲扮演着一个非常重要的角色；建立了溶解相PCE在饱和含水层中的迁移转化模型，开发计算程序，结果表明就吸附和生物化学降解作用来讲，生物化学降解作用对PCE浓度峰值的降低起主导作用。研究结论真实可靠，可为进一步有效分析DNAPLs在实际含水层中的迁移行为提供参考依据。