NAPLs地下運移控制因素及監(jiān)測技術(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，對于NAPLs在土體中運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NAPLs地下運移規(guī)律和監(jiān)測技術(shù)的研究將為修復(fù)工作提供寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實驗支持，使修復(fù)措施更加經(jīng)濟高效。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移，分析了規(guī)律及控制因素;同時以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態(tài)監(jiān)測;最后探討了LNAPLs地下三維運移過程的電阻率監(jiān)測技術(shù)。旨在形成對不同控制因素下NAPLs運移過程及機理的系統(tǒng)認識，探討LNAPLs污染地下含水介質(zhì)的電性規(guī)律、監(jiān)測方法及不同遷移過程的電性反映，以進一步研究NAPLs污染及殘留機制。
　　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行NAPLs

3、運移室內(nèi)水槽模擬試驗，系統(tǒng)分析了自由相NAPLs運移路徑及速度的控制因素，提出了土層不同分區(qū)中油柱界面毛細壓力平衡模犁及分區(qū)運移理論。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NAPLs運移路徑和速度影響規(guī)律不同，對于NAPLs運移規(guī)律需按照初始含水量分區(qū)表達，即干土區(qū)、毛細區(qū)和飽水區(qū)。NAPLs垂向運動和橫向擴展是相互關(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帶上

4、緣時，橫向發(fā)育阻礙了垂向遷移。垂向運移減速的原因主要有孔隙阻力、NAPLs殘留和橫向擴展;橫向擴展速度增加的原因有垂向速度降低以及浮力的增加。
　　(2) NAPLs重力滲透平衡后進行升高水位、降低水位和降雨過程模擬，研究了水位波動和降雨淋濾對于NAPLs重分布的影響，并對NAPLs最終空間分布特征進行多譜圖像分析。結(jié)果顯示，水位波動對于兩相流飽和區(qū)產(chǎn)生NAPLs截獲，對于兩相流非飽和區(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，計算值和實測值更接近。
　　(4)利用課題組自主開發(fā)研制的電阻率探桿自動監(jiān)測系統(tǒng)，模擬監(jiān)測了LNAPLs垂向擴散動態(tài)過程，并利用小波分析確定了不同時刻運移鋒面位置。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運移前鋒位置，計算值和觀測值具有很好的一致性，相對誤差在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)測了LNAPLs地下三維運移，討論了高密度電阻率法對于LNAPLs運移過程的反映能力;并探究了電阻率探桿自動監(jiān)測系統(tǒng)對多點同時測量LNAPLs空間運移的探測效果。結(jié)果顯示，Pole-pole裝置對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，需要對電阻率剖面進行反演重建。視電阻率對數(shù)反演后數(shù)值偏大，但是能夠很好地反映LNAPLs不同時刻的遷移范圍和