傍河抽水驱动下污染物在河流—地下水系统中运移机理研究

发布时间：2020-05-07 07:17

【摘要】：近年来，随着工业化经济的迅猛发展和人口的快速增加，未达标排放的工业废水和生活污水，大量排入河流，使得河流污染日益严重，除此之外，近年来突发性水污染事件频繁发生，这些不仅加剧了当地的水资源危机，而且也严重的影响了经济发展和社会安定，均引起国际社会的广泛关注。河流与地下水之间具有着密切的联系，河流中的污染物在浓度梯度和（或）水力梯度作用下进入地下水，造成地下水的污染。傍河地下水水源地在我国北方地区城市供水尤其是饮用水的供给方面发挥着不可替代的作用。傍河地下水开采强度的增加，加速了河流污染物向地下水的运移。因此，河流污染或发生突发性水污染事件后，如何保障沿岸居民饮水安全和社会稳定是当前最为敏感和急待解决的问题。污染河流对沿岸地下水以及傍河水源地水质污染的机理研究，是一个急需解决的科学问题，也是保障我国北方地区城市饮水安全的国家目标和重大科技需求。为此，论文以国家自然科学基金“河流污染对地下水的影响模拟研究”为依托，，利用砂槽来模拟河流与地下水系统，选择直线河流的一个断面，并选择保守性物质NaCl和非保守性物质硝基苯作为典型污染物，考虑影响污染物运移的因素：河流形态、河水位、河床介质、结构、排泄水位，来模拟河流与地下水关系演化过程中污染物的运移规律；构建河流与地下水关系演化过程中地下水流与污染质协同运移相耦合的数学模型；利用所建数值仿真模型，预测不同抽水强度下河流污染对沿河地下水环境的影响程度，分析影响污染物运移的因素，探讨污染物在河流与地下水关系演化过程中的运移机理；对傍河水源地供水安全问题提出相应对策。通过本次研究获得以下阶段性结论： 1傍河水源地开采中，只要开采量超过河流的极限补给量，河水位与地下水位就会脱节。影响河流与地下水关系演化的因素有：含水层介质岩性、结构，河床形状、宽度、河水深度以及开采水位。这些因素不仅影响着河水与地下水的水力联系，同时也影响着污染物的运移。 2在人类抽水驱动下，随着开采水位的下降，不仅河流—地下水含水系统、浸润曲线形状、河流补给方式，补给量、渗流途径发生了变化，而且河流污染物的运移方式也发生了改变，并具有明显的分带性。对流带、过渡带、弥散带是以河流为中心，以水流方向为轴，不断的扩大、移动。 3无论河流与地下水的关系如何，河流污染物都会不断扩散，污染地下水。距离河流越近，就越容易污染。对傍河开采井来说，在河流与地下水脱节之前，随着开采水位的降低，污染物到达该点的时间越短；脱节之后，开采水位再继续降低，河流污染物到达该点的时间增加。 4在相同水力梯度下，污染物的扩散距离随着时间而增加，最终趋于稳定；污染物的扩散速度随时间而减小，最后趋于零；污染前缘扩散的速度比污染峰值快。在不同水力梯度下，河流与地下水脱节前，水力梯度越大，污染物的扩散距离就越远，当开采水位达到临界脱节水位时扩散距离最远；脱节以后，水力梯度越大，污染物的扩散范围有所减小并基本保持不变；含水层中水力梯度越大，污染前缘运移的越快，但污染峰值运移却越慢。 5在河流与地下水位关系的演化过程中，当河流—地下水含水层水力梯度J0.15时，开采井位于弥散带中；当0.15J0.65时，开采井位于过渡带中；当水力梯度J0.65时，开采井位于对流带中。因此，在傍河水源地的开采中，为了保证水源地的水质尽可能的使开采井位于弥散带中。 6综合考虑水量、水质、经济三方面的问题，在傍河地下水水源地的开采过程中，在水质较好的河流中上游地段，可以使开采水位达到河流与地下水的临界脱节水位，来激发河流的最大补给量；在水质较差的河流中下游地段，开采水位不能太低，以保证开采井位于弥散带中。
【图文】：

示意图,污染带,污水池,示意图

污染液从各种污染源连续不断的通过包气带向潜水面渗透（图2.1）。在污染源附近水力特征是以悬挂式补给为主要方式，使污染逐渐扩大。图 2.1 污水池渗漏形成的污染带示意图1-污水池；2-土壤包气带；3-向下连续渗透带；4-地下水位抬高线；5-初始地下水位线；6-污染带；7-扩散方向② 间隙性入渗污染大气、工业废物、城市垃圾、大量使用农药化肥的农作物区等经大气降水及灌溉水淋滤，使一部分污染物通过包气带下渗进入潜水，这种只有降雨入渗或灌溉时才有可能（图 2.2）。图 2.2 降水淋滤废物堆污染地下水示意图1-降水；2-地面废物；3-淋滤下渗的污染物； 4-未污染的下渗水；5-地下水面；6-抽水井； 7-含水层；8-含水层中污染带9

示意图,废物堆,淋滤,示意图

附近水力特征是以悬挂式补给为主要方式，使污染逐图 2.1 污水池渗漏形成的污染带示意图-污水池；2-土壤包气带；3-向下连续渗透带；4-地下水位抬5-初始地下水位线；6-污染带；7-扩散方向工业废物、城市垃圾、大量使用农药化肥的农作物区部分污染物通过包气带下渗进入潜水，这种只有降雨
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X52

【参考文献】