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随着地下水中的有机污染问题越来越严重，对重非水相液体(DNAPL)在含水层中的运移规律和治理修复等研究已成为国内外研究的热点。而定量地下水系统中多相流饱和度是定量上述问题的前提。本文就是针对这一科学问题开展研究，提出光透法定量地下水孔隙和裂隙介质中多相流饱和度的模型，并根据大量试验结果对所建模型进行了应用和验证。论文首先在孔隙介质条件下，基于光透法定量流体饱和度的原理建立了2个水/气两相流中的光强-饱和度(LIS)模型，2个NAPL/水两相流系统LIS模型以及4个NAPL/水/气三相流系统LIS模型。以三氯乙烯(TCE)为典型DNAPL，在二维砂箱装置中开展了饱水条件下人工气体注入、DNAPL注入、人工注气条件下和生物产气条件下的DNAPL注入实验。重点研究了生物产气条件下TCE的运移规律，并与饱水和人工注气条件进行了对比分析。利用两相流的实验数据对4个LIS模型分别进行了应用和验证，利用人工注气和生物产气两种不同NAPL/水/气三相流系统应用并验证了4个NAPL/水/气三相流系统的LIS模型。实验研究结果表明:(1)人工注气时气体以不规则的“指状”通道向上迁移直到在砂箱顶部聚集，最终形成连续的气体分布;但是生物产气形成的气体分布更加随机、不连续地分布于整个砂箱平面内，存在大量圈闭在介质孔隙中的气泡。(2)本研究中TCE在三种不同条件下（饱水，人工注气和生物产气）的迁移过程主要受自身重力的影响向下迁移直至砂箱底部，最终在砂箱中形成不规则的污染羽并在砂箱底部形成污染池，存在一定程度的横向扩散，污染羽具体形状受孔隙介质的性质、气体分布和释放速度共同控制。在饱和区域TCE向下迁移的速度更快，但是在非饱和区域，TCE的横向扩散更加明显。利用实验结果应用并验证了8个光透法模型，得到以下结论:2个水/气两相流系统中LIS模型（WG-A和WG-B）都适用于人工注气条件下的水/气两相系统，其中基于单个孔隙水驱替假设的模型WG-A的计算结果与实测值更加接近;2个NAPL/水两相流系统的LIS模型(NW-A和NW-B)得到与实测资料较吻合的结果，其中基于单个孔隙水驱替假设的模型NW-A与实验结果更加接近;4个NAPL/水/气三相流LIS模型在人工注气条件下的计算结果与实测值较接近，但是在生物产气条件下4个LIS模型计算结果差异性增大。其中模型NWG-A-1与实测值均吻合较好（人工注气条件下RMSE％为2.76％;生物产气条件下RMSE％为1.13％），而且整个注入过程表现出极高的相关性(人工注气条件下R2=0.976;生物产气条件下R2=0.996)。说明驱替模式A（单个孔隙随机驱替）和“假设1”（优先驱替水）更加适用于本实验结果，这一结论与实验的现象与设计相符。基于光透法原理建立的LIS模型对量化多孔介质中的多相流系统各相饱和度具有重要的参考意义。 裂隙介质中多相流的运移机制和规律及其修复的研究是水文地质领域的极具挑战的难题。本文将光透法应用于二维粗糙表面裂隙介质中的多相流问题研究，通过室内试验研究裂隙介质中的二相流（水/气两相和NAPL/水两），地下水曝气(AS)技术在DNAPL修复中的应用和生物修复过程中的生物堵塞的影响。在此基础上将4个两相流LIS模型直接应用于裂隙介质中，验证模型的有效性。此外，根据特殊的试验条件，建立了2个新的水/气两相流LIS模型并进行了验证。实验研究结果表明:(1)裂隙介质内（mm级）气体主要在注入点位置形成气泡，并在浮力作用下迅速迁移至装置顶部形成连续分布，未能形成明显迁移路径。(2)不同粗糙表面的裂隙介质内DNAPL表现出不同的迁移方式。喷砂玻璃裂隙介质内(mm级)TCE主要在注入点位置形成液滴，受重力影响迅速向下移动至装置底部并形成连续分布，未能形成明显迁移路径;有机玻璃裂隙介质内(mm级)TCE优先进入大隙宽裂隙，受重力影响在大的隙宽网络形成迁移路径向下迁移，同时也发生横向运移，迁移路径存在一定的随机性。(3) AS技术对于TCE池状污染有显著的修复效果，实验表明注气速度对修复效果有影响，相同条件下注气速度越大修复效果越明显。(4) CCD监测将裂隙介质中微生物的生长及其运移规律可视化，结果表明微生物的生长集中在装置底部（营养注入区、微生物接种区）。生物堵塞造成了裂隙体积的减少，裂隙平均隙宽及空间不同位置上隙宽的降低，但是本试验中对裂隙介质的水力特性（水力特性和弥散度）没有显著影响。裂隙介质中两相流LIS模型应用的结果表明:(1)水/气两相流模型WG-A和WG-B可直接用于定量裂隙介质中水/气两相流体饱和度，两个模型的计算结果均与实测值非常接近，线性相关程度很高，同时两个模型的计算差别很小，体现在小数点后两位;基于光透法原理将建立的2个新水/气两相流模型MWG-A和MWG-B应用于定量裂隙介质中水（染色）/气两相流体饱和度，结果表明两个模型的计算结果均与实测值非常接近，线性相关程度接近1。(2)将NAPL/水两相流LIS模型NW-A和NW-B用于定量裂隙介质中NAPL/水两相流体饱和度，结果表明两个模型的计算结果均与实测值非常接近，线性相关程度很高，两个模型的计算结果差别很小。因此基于光透法原理建立的多孔介质中的两相流LIS模型亦可用于量化裂隙介质中的水/气和NAPL/水两相流系统各相饱和度。