【摘 要】
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目前,地下水有机污染问题是国内外学者研究热点。大量有机污染物如重非水相液体(Dense Non-Aqueous Phase Liquid,简称DNAPL),在生产、运输和使用的过程中进入到地下水环境中,造成了严重的地下水污染。为研究饱和非均质介质中高渗透镜体对DNAPL迁移过程影响,本文融合电阻率成像技术(Electrical Resistivity Tomography,简称ERT)和图像法对二
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目前,地下水有机污染问题是国内外学者研究热点。大量有机污染物如重非水相液体(Dense Non-Aqueous Phase Liquid,简称DNAPL),在生产、运输和使用的过程中进入到地下水环境中,造成了严重的地下水污染。为研究饱和非均质介质中高渗透镜体对DNAPL迁移过程影响,本文融合电阻率成像技术(Electrical Resistivity Tomography,简称ERT)和图像法对二维砂箱模型中DNAPL的迁移过程进行了实时监测。通过设置两种不同介质的饱和二维砂箱,对比分析了高渗透镜体及其界面对DNAPL迁移机制的影响。实验利用数字照相技术记录了DNAPL进入砂箱后迁移的全过程,并同时使用高密度电阻率装置对污染物迁移过程中砂箱内部电阻率分布变化进行了监测。实验中将实测电阻率值经过迭代反演计算得到电阻率反演结果,将两种方法的结果进行对比分析。实验结果表明:(1)在二维饱和均质砂箱模型实验中,通过图像法计算得到DNAPL平均垂向迁移速度为0.31 cm/min,平均横向扩散速度为0.13 cm/min。DNAPL在砂箱中的垂向迁移距离远大于横向扩散距离,说明重力对DNAPL在饱和均质介质中的运移起主要作用。通过ERT法监测到砂箱内部DNAPL注入点附近的电阻率值在DNAPL入渗后增大125Ω·m,说明ERT法可以有效监测到砂箱内DNAPL的迁移过程。(2)在含有粗砂透镜体的二维非均质砂箱模型实验中,图像法显示DNAPL呈现“指状”的渗流,在粗沙透镜体中DNAPL迁移速率为0.46 cm/min,说明透镜体内部存在DNAPL的“优势通道”,可以加快其入渗速率。粗砂透镜体内部的DNAPL受到底部和两侧“粗砂-中砂”界面渗透差异的影响,大量滞留在透镜体内部。透镜体底部及两侧的“粗砂-中砂”界面对DNAPL入渗起到阻碍作用,界面的低渗透性是污染物滞留在透镜体内部的主要原因。当粗砂透镜体内DNAPL含量达到峰值时,测得透镜体内部电阻率值增加400Ω·m,说明ERT可以有效辨识DNAPL含量高的区域,但ERT对污染物含量较低的区域辨识精度较低。(3)通过图像法与电阻率反演结果的对比可知,在均质砂箱实验中,反演结果与图像法的相对误差随着污染区域中DNAPL含量的增大逐渐降低至2.53%,表明当DNAPL含量较高时,反演结果与图像法结果相吻合。然而,在含有粗砂透镜体的砂箱实验中,ERT虽然可以明显刻画DNAPL含量较高的粗砂透镜体区域,但对于砂箱中的横向扩散表征不明显,且由于受到粗砂透镜体的影响,根据污染区域直径和污染面积计算得到的两种观测方法之间的相对误差为8%。本文通过融合电阻率法和图像法,尝试提供全新的切实可行的精细刻画多孔介质中DNAPL迁移过程的多源数据融合方法,为精细刻画野外有机污染场地奠定了基础。
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