地下水,一直关系着人民生活健康和社会经济形势;土地,则是社会生产、人类生活的重要物质基础。随着社会经济的不断发展,工业的规模不断扩大,人们对能源的依赖逐渐深化。然而,近年来,地下水环境污染现象层出不穷,非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquids,简称NAPLs)污染物运移作为一种多相渗流现象,在地下水净化处理中显得日益突出和复杂。本文主要针对多孔介质中水、气和NAPLs的多相流动特点,从地下水渗流数学模型出发,建立了一个可用于描述土壤饱和带以及包气带(或非饱和带)中NAPLs污染物迁移问题的有限元数值模型。分析由水、NAPLs和气组成的多孔介质体系,综合考虑了以下因素的影响:1)复杂环境条件下土壤中污染物界面张力特性;2)各种流体物质之间的相互作用机理;3)流体润湿性与其在土壤孔隙中的排列形式的关系。发展了基于Galerkin离散化的有限元方法和相应的隐式迭代算法,通过模拟土壤中的多相流动过程,在时间和空间的尺度上求解得到NAPLs污染物分布特征和污染范围,为污染物净化治理的设计提供定量预测的科学基础。本文主要进行了以下两个内容的研究:(1)根据地下水渗流分析数学模型,基于国际前沿最先进的三相毛管压力-饱和度模型,综合使用有限元、有限差分等数值手段,推导土壤地下水饱和带以及包气带中非混溶污染物在由界面张力主导的毛管压力作用下的迁移分析理论,建立有限元数值离散解法。数学模型求解域空间上采用Galerkin格式离散化的有限元方法,时间演化采用有限差分法进行离散。该模型综合考虑了研究体系中的水、非水相流体及空气的存在,能比较真实地接近实际的污染物泄漏迁移行为。(2)在已有研究基础上,推导出了多孔介质多相流的三维有限元数值算法,并完善了其二相流Fortran源代码程序。有限元离散后大型稀疏矩阵采用一维变带宽的形式存储,增加了程序的运行效率。将源程序用于地下NAPLs污染物的输运问题,模拟了此类污染物运移至地下水位线后在地下水中的运移扩散行为,并给出了两个典型的算例以验证程序和算法的正确性。特别地,编写了FLAC2D二相流程序模拟相同的算例,通过结果比对以验证程序和算法的正确性。