场地自然衰减评估需要全面了解污染物迁移过程中的物理过程和微生物降解过程,利用单体同位素分析技术可以有效识别以上反应过程,前提是获取较准确的同位素分馏富集因子。然而,由于场地直接应用瑞利分馏方程或通过室内试验方法容易高估或低估富集因子,造成生物降解评估不准确,给监测自然衰减应用及污染物的迁移模拟和预测带来不确定性。本文针对某石油泄漏污染场地,利用野外甲苯浓度及同位素实测动态数据,基于单体同位素分析技术,联合运用数值规律统计、微生物群落结构分析、微宇宙实验、理论模型推导和构建、数值模拟等技术方法,评估了地下水中甲苯的原位降解规律,并预测分析了其迁移趋势。取得如下主要进展:(1)构建了场地水文地质和地球化学概念模型,划分了电子受体的氧化还原分带,证实了同期微生物群落结构与氧化还原分带的对应关系,阐明了水动力作用对二者的影响;基于CSIA技术解析了甲苯降解过程中的碳同位素分馏响应机制,场地地下水中甲苯的δ 13C值时空变化均大于+2‰,证实了场地甲苯生物降解的发生。(2)微宇宙实验模拟了场地地下水对甲苯的生物降解,识别了其不同降解阶段和起关键降解作用的厌氧反硝化优势菌种Thauera,并获取了室内富集因子(平均-0.943%。)。(3)创建了水动力约束的瑞利分馏模型:(?)(时间尺度)和(?)(空间尺度),计算了水动力校正的同位素分馏富集因子(平均-0.861‰)。(4)三种方法所得富集因子依次为:场地表观富集因子(平均-0.638‰)>水动力校正富集因子(平均-0.861‰)>实验室富集因子(平均-0.943‰)。场地表观富集因子受诸多因素影响而偏大;实验室富集因子往往偏小;而水动力校正富集因子介于两者之间,更接近实际。(5)利用校正富集因子评估场地甲苯生物降解程度,计算其降解速率(0.014d-1)并引入非稳定二维流甲苯迁移模型,利用场地地下水位和浓度序列进行了识别与验证,较好的再现和预测了甲苯在该场地含水层中的迁移过程,给出了后续的监测建议。本文的研究结果表明,水动力约束的有机单体同位素瑞利分馏模型得出的富集因子更能代表实际场地的生物降解过程,可用于准确地评估污染物降解和计算生物降解速率,有助于更精确地模拟和预测污染物在含水层中的迁移趋势。该研究对BTEX污染含水层的自然衰减监测和场地管控有一定的指导意义。