包气带是地面以下,地下水位以上的非饱和地层。包气带是污染物进入地下水的通道,决定着地下水污染的风险。同时,污染物进入包气带后,也会给生态环境和人体健康带来危害,需要进行污染的控制与修复。污染物在包气带的迁移规律研究是污染控制与修复的前提和基础,需要进一步深入开展研究。本论文通过一系列砂箱模拟实验,研究混溶与非混溶相流体在包气带均质介质与不同介质界面的迁移规律,分析地层介质界面对污染物迁移的作用,定量分析污染物在包气带中的分布范围和其纵向与横向迁移规律,为地下水污染风险评价、地下水污染防控、以及污染的修复提供依据。论文利用柴油模拟非混溶NAPL(非水相流体)污染物,利用水模拟混溶污染物(保守型污染物)的对流作用。从流体在均质包气带中的迁移模拟实验可以发现,流体在均质包气带的污染区域形状为去顶的椭球形。包气带介质渗透性越低,流体在横向上的迁移能力越强,污染区域呈扁平状椭球;介质渗透性越高,流体在纵向上的迁移能力越强,污染区域呈竖长条状椭球。相比于非混溶相流体,混溶流体具有更大的表面张力,因此在包气带中受到介质更大的毛细作用,使得在相同包气带介质条件下,混溶相流体有更强的横向迁移能力,非混溶相流体则纵向迁移能力强。总结实验结果,本文建立了一组关于流体在包气带中不同方向上的迁移距离及包气带污染区域体积的预测公式。非混溶流体污染物在不同质量含水率的包气带中迁移时,随着介质质量含水率的增大,流体的纵向迁移速率呈现先上升后下降的趋势,迁移速率在介质最大残余含水率的50%附近存在峰值;然而横向迁移速率则呈现出先减小后增大的趋势,迁移速率在介质最大残余含水率的50%附近出现谷值。通过混溶流体在包气带双层介质中对流迁移实验可以发现,流体由高渗透性介质进入低渗透性介质的过程中,界面作用影响不十分显著。流体进入下层低渗透地层后,由于低渗透性介质对其更强的毛细作用,使得流体的横向迁移能力有所增强,纵向迁移能力减弱,且纵向迁移速率在经过界面后有所减小。流体由低渗透性介质进入高渗透性介质的过程中,由于低渗透性介质对其更强的毛细作用,使得流体在到达两种介质界面处不再下渗,纵向迁移过程停止,地层界面的阻滞作用明显。界面上层的流体沿界面在低渗透性介质中横向扩散,界面处流体大量富集,甚至形成饱和层。当饱和层达到一定厚度后流体会突破束缚向界面下的高渗透介质迁移,但迁移具有很明显的不均匀性。通过包气带双层介质界面对流体迁移的阻滞作用研究,本文提出以双层介质系统上下层介质渗透系数K1和K2的比值来研究不同非均质层界面对流体在包气带中迁移的阻滞作用。在K1/K2>1的情况下,此时为流体由高渗透性介质进入低渗透介质的过程。比值越大,流体进入下部低渗透地层中的横向迁移能力越大,纵向迁移能力有所下降。而在K1/K2<1的情况下,此时为流体由低渗透性介质进入高渗透性介质的过程。比值越小,其非均质层界面对流体纵向迁移的阻滞作用越强,流体越难从低渗透介质中突破进入高渗透介质。本论文研究结果对于掌握污染物在包气带不同岩性地层中的迁移,了解不同渗透性地层界面对污染物迁移的影响具有重要的意义,进而为污染的控制与修复奠定基础。