NAPLs地下運(yùn)移控制因素及監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、目前非水相液體(NAPLs)土壤污染治理困難，污染周期長(zhǎng)，對(duì)于NAPLs在土體中運(yùn)移特征及控制因素還不是很清楚，且其污染范圍及污染程度也難以確定，對(duì)NAPLs地下運(yùn)移規(guī)律和監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究將為修復(fù)工作提供寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)支持，使修復(fù)措施更加經(jīng)濟(jì)高效。本文模擬了輕非水相液體(LNAPLs)和重非水相液體(DNAPLs)在不同巖性組合下的運(yùn)移，分析了規(guī)律及控制因素;同時(shí)以LNAPLs為例研究了不同類型污染土壤的電性反應(yīng)特征及機(jī)理，并建立了

2、電阻率公式，提出了導(dǎo)電性模型;另外開展了LNAPLs地下污染垂向遷移過程的電阻率法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);最后探討了LNAPLs地下三維運(yùn)移過程的電阻率監(jiān)測(cè)技術(shù)。旨在形成對(duì)不同控制因素下NAPLs運(yùn)移過程及機(jī)理的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，探討LNAPLs污染地下含水介質(zhì)的電性規(guī)律、監(jiān)測(cè)方法及不同遷移過程的電性反映，以進(jìn)一步研究NAPLs污染及殘留機(jī)制。
　　所開展的具體工作和主要成果如下:
　　(1)利用柴油和四氯乙烯并選定三種不同巖性組合進(jìn)行NAPLs

3、運(yùn)移室內(nèi)水槽模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了自由相NAPLs運(yùn)移路徑及速度的控制因素，提出了土層不同分區(qū)中油柱界面毛細(xì)壓力平衡模犁及分區(qū)運(yùn)移理論。結(jié)果顯示NAPLs種類、土壤初始含水量、低滲透透鏡體、泄漏位置和巖性突變界面對(duì)NAPLs運(yùn)移路徑和速度影響規(guī)律不同，對(duì)于NAPLs運(yùn)移規(guī)律需按照初始含水量分區(qū)表達(dá)，即干土區(qū)、毛細(xì)區(qū)和飽水區(qū)。NAPLs垂向運(yùn)動(dòng)和橫向擴(kuò)展是相互關(guān)聯(lián)的，泄漏起始階段以垂向遷移為主，當(dāng)遇到局部低滲透透鏡體、巖性突變界面或毛細(xì)帶上

4、緣時(shí)，橫向發(fā)育阻礙了垂向遷移。垂向運(yùn)移減速的原因主要有孔隙阻力、NAPLs殘留和橫向擴(kuò)展;橫向擴(kuò)展速度增加的原因有垂向速度降低以及浮力的增加。
　　(2) NAPLs重力滲透平衡后進(jìn)行升高水位、降低水位和降雨過程模擬，研究了水位波動(dòng)和降雨淋濾對(duì)于NAPLs重分布的影響，并對(duì)NAPLs最終空間分布特征進(jìn)行多譜圖像分析。結(jié)果顯示，水位波動(dòng)對(duì)于兩相流飽和區(qū)產(chǎn)生NAPLs截獲，對(duì)于兩相流非飽和區(qū)使殘留NAPLs重新釋放。降雨主要通過入滲驅(qū)

5、替與抬升水位兩種機(jī)理影響NAPLs重分布。NAPLs污染后以遷移體為中心向兩側(cè)濃度減小，局部低滲透透鏡體上部和巖性突變界面上下位置污染較重。
　　(3)取砂土、粉土、粉質(zhì)亞粘土三種土壤和機(jī)油、柴油、汽油三種LNAPLs，采用Miller Soil Box法研究含水飽和度、含油飽和度、孔隙率對(duì)LNAPLs污染土電阻率的影響;通過灰色關(guān)聯(lián)度分析得出LNAPLs污染土電阻率控制因素主次;并將混合孔液飽和度引入Archie公式;提出了LN

6、APLs污染上導(dǎo)電性模型。結(jié)果顯示，LNAPLs污染土電阻率隨含水飽和度的增加呈冪函數(shù)降低，符合Archie公式，判定系數(shù)達(dá)99％。不同初始含水率下LNAPLs污染土電阻率隨污染程度變化規(guī)律不同，5％含水率時(shí)污染土電阻率變化復(fù)雜，出現(xiàn)LNAPLs污染低阻異常;15％含水率污染土隨含油飽和度增大電阻率先降低后升高。LNAPLs污染土結(jié)構(gòu)因子F和水飽和度指數(shù)n均降低，各因素對(duì)電阻率的影響大小依次為含水飽和度＞含油飽和度＞孔隙率。將混合孔液飽

7、和度引入Archie公式后，計(jì)算值和實(shí)測(cè)值更接近。
　　(4)利用課題組自主開發(fā)研制的電阻率探桿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，模擬監(jiān)測(cè)了LNAPLs垂向擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過程，并利用小波分析確定了不同時(shí)刻運(yùn)移鋒面位置。結(jié)果顯示，不同含水飽和度砂層中柴油入滲造成的電阻率變化趨勢(shì)不同，通過電阻率變化曲線可以估算浮油帶厚度?？捎眯〔ǚ治龃_定LNAPLs運(yùn)移前鋒位置，計(jì)算值和觀測(cè)值具有很好的一致性，相對(duì)誤差在0.8％-1.6％之間。
　　(5)利用自制三維滲

8、流水槽和高密度微電極排模擬監(jiān)測(cè)了LNAPLs地下三維運(yùn)移，討論了高密度電阻率法對(duì)于LNAPLs運(yùn)移過程的反映能力;并探究了電阻率探桿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量LNAPLs空間運(yùn)移的探測(cè)效果。結(jié)果顯示，Pole-pole裝置對(duì)NAPLs污染過程的反映較全面，視電阻率剖面能夠反映出LNAPLs污染的高阻異常，但是不能夠分辨其污染范圍，需要對(duì)電阻率剖面進(jìn)行反演重建。視電阻率對(duì)數(shù)反演后數(shù)值偏大，但是能夠很好地反映LNAPLs不同時(shí)刻的遷移范圍和