水是生命之源,随着世界范围的环境污染问题越来越受到广泛关注,许多国家的地表水体都已不同程度地受到氮磷的污染。河床渗滤是一种天然的净化技术,对包括氮磷污染在内的多种污染物都有较高去除率,目前国内外许多学者都在致力于这方面的研究。经多年监测,发现龙湖水源氮磷季节性超标,故本文依托“金门供水项目龙湖渗滤取水关键技术研究”项目,开展研究区的水文地质研究,分析龙湖原水的水质特征,在此基础上构建室内外模拟实验,以此来研究渗滤层对氮磷的去除作用,分析氮磷去除过程中的影响因素,利用所构建的水文地质概念模型,以及室内外实验确定的水文地质参数,采用Visual Modflow4.2软件中的Modflow2000模块进行天然渗流场预测,并结合软件中PHT3D模块进行地下水污染反应-运移的三维数值模拟研究,预测氮磷浓度,为龙湖取水水资源合理开发利用提供理论依据。论文主要研究成果如下:(1)研究区属滨海平原,降雨充沛,以海积堆积为主,下伏基岩为燕山早期混合花岗岩。天然渗滤层结构主要包括素填土、中粗砂、细中砂、淤泥、砂质粘土和残积土六层物质,分布最广的为淤泥和中细砂层,龙湖至岸边淤泥层厚度逐渐变薄,相对连续发育,中细砂层逐渐变厚,后又变薄。通过抽水实验,确定含水层渗透系数为0.848m/d,属弱透水层。(2)通过龙湖水质特征分析显示,龙湖水质在空间上呈西面水质相对于东面较好,总磷浓度的季节变化趋势为:春季>夏季>秋季>冬季,氨氮浓度的季节变化趋势为:春季>夏季>冬季>秋季;从污染源结构上看,对水源保护区水体产生影响的主要污染物是农村生活污染、农田种植污染和畜禽养殖污染。龙湖水源保护区废水排放总量为5.78万t,COD排放总量为15.74t,氨氮排放总量为3.59t,总氮排放量为9.95t,总磷排放量为1.11t。(3)龙湖潜流水渗滤系统氮磷去除作用实验结果表明,氨氮在通过该渗滤层时受到了吸附沉淀、离子交换、硝化、反硝化过程的共同作用,磷在通过该渗滤层时受到了沉淀和吸附的作用。造成出水浓度高于龙湖表水浓度的原因有两个:地下水氮磷浓度较高、淤泥层氮磷浓度较高。(4)通过室内实验分析得到:土柱(渗滤层)的弥散系数为6.6cm2/h。土柱高度、进水浓度、渗滤层结构为氮磷去除过程中重要的影响因素,其中影响最大的为渗滤层结构,加入土壤后,土柱对氮磷的去除效果明显变好。这是因为层状土壤加入砂土后,穿透曲线的形状会被改变,曲线斜率变小,初始穿透时间增大,由于粘粒含量的增加,阻碍了离子在土壤中的穿透过程。粘粒含量越多,溶质运移速度越慢,溶质受到土壤的阻滞作用相对越强去除效果越好。(5)通过构建水文地质概念模型,进行氮磷反应-运移的三维数值模拟,得到以下结果:1)经模拟预测,研究区在未来20年内地下水水位变化不大。2)经模拟预测,氨氮浓度四个月后降为0.06mg/L,符合地下水一类标准,与龙湖表水浓度相差0.01mg/L,总磷在四个月时候浓度仍为0.158mg/L,符合地表水四类标准,与龙湖表水相差0.013mg/L,说明该渗滤层对氮磷有去除作用,但由于淤泥层氮磷含量较高,总体来说对龙湖表水氮磷去除较差。3)由于地下水动力弥散作用和抽水井共同影响,导致氮磷在含水层的各个方向均有迁移,氮磷在含水层中随水流而动,受地下水优势运移方向控制,总体上氮磷运移方向与地下水等水位线正交,地下水中的运输方向与地下水运动方向一致。4)地层岩性、渗透性能、不同位置反应程度的不同对氮磷运移的影响,导致氮磷在垂向上的浓度分布不均。