强非均质场地石油烃类污染物包气带—地下水界面通量研究

For the petroleum hydrocarbons-contaminated sites, the pollution state is unclear, and it is difficult to identify the location and strength of pollution source, coupled with its typical NAPL characteristics, the migration and transformation of petroleum hydrocarbon pollutants in the environment is difficult to control, the flux passed through the unsaturated zone into groundwater is difficult to determine. This proposal chooses a leakage site with underground storage tank in the Chaobai River Alluvial Fan in Beijing City as the research object. Geophysical survey techniques and drilling sampling analysis was used for the exact characterization of the heterogeneous alluvial fans and pollution distribution. And based on the HSSM model, migration pattern of petroleum hydrocarbon in the heterogeneous condition is established, the Simplex Method and Kalman Filter was applied in the inversion of the process of pollution plume formation for accurately determining the location and released strength of pollution source; the column and existing experiments are for the migration of petroleum hydrocarbon pollution. Based on the Markov Chain transfer probability and the random simulation, the flux of petroleum hydrocarbon pollutants on the interface of unsaturated zone and groundwater in strong heterogeneous sites is analyzed. This study can be systematically revealed the spatial and temporal distribution and pollution behavior of petroleum hydrocarbon pollutants under heterogeneous condition, it also is to achieve the establishment the universal method of flux on interface of unsaturated zone and groundwater for the petroleum hydrocarbon contaminated sites.

针对当前石油类污染场地污染底数不清、源项确定难的现状，加之石油烃类典型NAPL相特性，在环境中的迁移转化规律难控制，其通过包气带进入地下水中污染通量难以厘定等科学问题，本申请以北京市潮白河山前冲洪积扇地区的一地下储罐泄漏区为研究对象，采用地球物理探测结合钻探取样分析，精确刻画山前冲积扇典型非均质地质条件及污染分布；并基于HSSM模型构建石油烃类溶质在非均质条件下的运移模式，利用单纯形方法和卡尔曼滤波技术反演污染羽形成过程，实现准确判定地下水污染源多点来源和释放强度；采用柱、槽实验开展石油烃污染场的迁移规律分析，利用Markov链转移概率法和随机理论的模拟方法，创建包气带-地下水界面过程中的石油烃类污染物通量计算方法。从而系统揭示非均质条件下石油烃污染物的时空分布与形成、石油烃组分输移等污染行为过程，实现包气带—地下水界面污染通量的普适性方法的建立，为石油类污染场地治理提供科学依据。

以北京潮白河流域山前冲洪积扇某石油储罐泄漏污染场地为研究对象，通过地球物理探测（地质雷达，GPR）和水文地质钻探取样分析技术相结合，完成了非均质石油类泄露场地探地雷达探测技术应用，并根据正演模拟获得的不同目标体波形异常特征进行资料解释，成功地对地下金属管道、不同岩性地层、地下水面及污染物的分布范围进行了探测，测试了探地雷达在较大埋深泄露污染物探测应用中的效果。. 完成了石油类污染物的静态吸附实验、微生物降解实验、微生物群落结构分析实验及不同介质的土柱淋滤实验，综合揭示了石油类污染物在强非均质包气带中的迁移规律。. 通过槽实验开展石油污染物在地下水中的迁移规律研究；基于槽实验数据，构建一套基于遗传算法的污染源识别方法，同时利用最小二乘法对其方法结果进行验证与分析；遗传算法识别方法应用于典型加油站污染场地，实现地下水污染源的识别。.基于砂槽实验的研究方法，针对LNAPL近地表泄露的垂直入渗、降水淋滤及自然衰减三个阶段，设计不同研究方案对每个阶段进行实验研究；识别不同阶段LNAPL在包气带中的运移特性、赋存状态的基础上，结合数学方法建立模型对各个过程进行刻画并进行优化；耦合各阶段运动模型，构建LNAPL污染物在近地表泄露事件中，穿过包气带进入地下水中LNAPL的通量计算方法。. 本项目产出的方法可直接应用于土壤-地下水污染物界面过程分析，对土壤修复中的污染过程和迁移规律有很好的规律性阐释，也可直接应用于地下水污染修复的污染源解析中。