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LNAPLs在土体中的运移特性研究

邢巍巍  
【摘要】:轻非水相污染物(LNAPLs)的泄漏将导致地表土和地下水的污染,给人类生存环境带来巨大危害。研究 LNAPLs 在土体中的运移特性对于环境治理有重要的意义。 本文首先介绍了地下水动力学和溶质运移的基本理论,详细阐述了 LNAPLs在非饱和土体中的运移机理及描述 LNAPLs 运移的多相流问题的基本概念和理论模型,为离心模型试验和数值模拟提供理论基础。 离心模型试验可以显著缩短试验时间,是研究污染物运移的一种有效手段。本文利用离心模型试验模拟 LNAPL 在非饱和土体中的运移过程,采用化学分析和图像数据采集分析相结合的方法得到了LNAPL的最终质量分数空间分布及污染物锋面的运移情况,研究了 LNAPL 在均质和含低渗透性夹层条件下的非饱和土体中运移规律。 数值模型方法能方便模拟不同历时和复杂边界条件下污染物的运移问题,且成本较低。根据试验确定的部分模型参数,本文利用多孔介质多相流有限元程序模拟了 LNAPL 在均质和含夹层条件下的非饱和土体中的运移过程,并将数值模拟结果与离心模型试验结果相对比,进一步分析 LNAPL 在非饱和土体中的时空分布特征,并对模型相关参数进行了敏感性分析。此外,本文对土壤抽气修复过程和重非水相流体运移过程进行了数值模拟。 研究结果表明:通过“模型模拟”的方法进行 37.5g、50g、75g 和 100g 加速度离心模型试验得到的 LNAPL 迁移一年后的空间分布特征较为相似,说明采用较高加速度离心模型试验研究污染物的长期迁移过程是基本可行的;图像采集和分析系统可以实时观测污染物锋面的运动情况,与化学分析相结合能够用于分析污染物的迁移过程和污染分布特征;数值分析能够较好模拟污染物的运移过程,反映材料特性对运移规律的影响,计算结果与离心模型试验成果相一致,并且还可以较好得模拟土壤抽气修复过程及重非水相污染物在非饱和土体和地下水系统中的运移过程。数值模拟和离心模型试验相结合是研究污染物运移问题的有效手段。


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