河流污染对地下水的影响实验与模拟研究

【摘要】：近年来，河流等地表水体的污染已经越来越严重，而河流与地下水存在着相互转化的关系，当河流受到污染时，地下水以及紧依河流分布的傍河水源地就不可避免的受到污染，这严重影响了工农业的正常运作、社会经济的发展和人类饮水安全。在这个基础上，本文以河流与地下水演化关系作为主线，采用室内砂槽物理模拟实验与数值模拟相结合的方法，分别筛取不同介质（细砂、中砂），研究保守性物质NaCl与非保守性物质硝基苯在河流-悬挂饱水带-包气带-地下水系统中的运移转化规律，构建对流、弥散、吸附共同作用下水流与溶质运移的耦合模型，定量描述河流污染对地下水的影响程度。 通过研究与分析，本文得到以下结论： 1、河流不是无限制的补给地下水，当地下水位降低到一定程度时，河流与地下水会发生脱节，而不同含水层介质的临界脱节水位不同，颗粒越粗越容易发生脱节，临界脱节水位越高。根据本文的实验，当含水层介质为细砂河流水位为160cm，临界脱节水位为90cm，此时水力坡度为0.78。即水力梯度J0.78时，河流与地下水具有统一浸润曲线；当J=0.78时，河流与地下水临界脱节；当J0.78时，河流与地下水处于脱节状态。而当含水层介质为中砂，河流水位为160cm，临界脱节水位为95cm，此时水力坡度为0.72。 2、河流-地下水系统中溶质运移规律表明：污染质在河流-地下水系统迁移过程中，会发生重力分异现象，表现为相同时间内z方向运移范围比x方向大很多，这种现象在纯弥散作用下较为明显。 3、污染质在河流-地下水系统运移过程中受到多种因素的影响：水力坡度，含水层介质，污染质种类等。其他条件相同时，含水层介质颗粒越粗，污染质运移速度越快；NaCl的运移速度比硝基苯运移速度快，并且最终达到的相对浓度最大稳定值也略大，NaCl约为1，硝基苯约为0.85；河流与地下水临界脱节时，污染质运移速度最快。 4、基于饱和-非饱和流理论及溶质运移理论，建立了污染物运移耦合模型，较好的拟合了实验实测数据，并对不同污染质浓度、不同的河流与地下水转化关系等复杂条件下的污染物在河流-地下水系统中的运移规律做了模拟及预测。