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摘要：本文選择NAPL类污染物中典型的代表污染物苯作为研究对象，采用经过修正的美国环保署NAPL模拟器，对水位波动情况下，苯在地下运移的污染过程进行数值模拟。得出结论：LNAPL类污染物可以处于地下水位之下。此次模拟对以后进一步模拟其他的NAPL类污染物，预测NAPL在地下的迁移和归宿，
以及修复NAPL污染的地下水等方面，具有积极意义。
关键词：非水相液体（NAPL）水位波动石油类污染苯模拟器
中图分类号：S482.8+4文献标识码：A 文章编号：
引言
近几十年来，随着中国整个社会工业化经济的逐渐发展，石油工业在各个国家占据了重要的经济地位，石油和石油产品的使用量在不断地增加，它在给人类带来巨大的利益的同时也带来了严重的危害。石油污染物具有致癌、致畸和致基因突变的潜在性。在石油开采、加工、运输和使用过程中，可能通过泄漏或含油污水进入地表土壤，再直接进入或间接由降雨带入包气带，直至进入地下水体，从而引起一系列环境问题，给现代人类生活和未来社会可持续发展造成不良影响。因此，人们越来越重视石油引起的污染，逐步地对其进行各方面的研究。
1水位波动情况下LNAPL的地下运移
通常根据NAPLs与水的密度大小比较，分为轻质非水相流体(LNAPLs)和重质非水相流体(DNAPLs)。前者密度比水小，如燃料油类；后者密度比水大，常见的有高毒有机氯溶剂、甲苯、煤焦油、杂芬油等。本文选择的试验对象苯污染物，是LNAPL类污染物中典型的代表物质，主要介绍水位波动情况下LNAPL的地下运移的数值模拟研究，对于DNAPL就不做过多介绍。
在理想的情况下，地下是由三种相互关联的区域构成：与空气相接触的渗流区，毛细管边缘区，地下水位含水土层区。由地表释放的LNAPL在以上三个区域中的迁移情况十分复杂，总的来说有三种迁移机制。第一，LNAPL渗透至土壤中，并且在毛管压与重力的作用下进行纵向与横向的迁移。LNAPL液体的分布是液体特性（密度，粘度，界面张力，潜在可湿性和可变化学组分），土壤特性（粒度分布，矿物容量，水分含量，孔隙度，水压传导率和空间异质性），和体系排泄和吸渗历史等的函数。第二，LNAPL会溶解到水中，这部分溶解的LNAPL会随着水流向下游运移。第三，LNAPL会挥发至土壤气体中，并且作为蒸发态在土壤气体中迁移。[4]
2水位波动情况下NAPL类污染物在地下运移的数值模拟研究
模拟水位波动情况下NAPL类污染物在地下运移的污染过程，是采用经过修正的美国环保署NAPL模拟器，选择苯作为NAPL的典型代表物，应用软件Compaq Visual Fortran运行NAPL模拟器，模拟在水位波动情况下苯在地下运移的污染过程，模拟得到的数据将绘制成图，直观反映水位波动情况下苯在地下迁移的动态过程。
2.1模拟中的条件设定
该数值模拟主要分三个阶段进行：
第一阶段：初始状态的模拟和苯的排放。如图1所示，图右边的地下水水位在离地表-9m处，左边的地下水水位在离地表-10m处，水流从右向左流，水利坡度为0.01.模拟区最上层为沙层，中间为沙质粘土层，下面为沙层，最底层为不透水层。在此期间，苯释放到地表上方的20cm处，污染物随水流从右向左流，其水利坡度也同样为0.01。
第二阶段：地下水位的下降。在此期间，因为地下水被抽取，所以地下水位从-10m下降到-30m，与此同时，地下水位的下降连同重力作用进一步带动苯的垂直运输，苯的水平输送从右到左的水力坡度同样也为0.01。
第三阶段：地下水位的上升。在此期间，地下水位从-30m上升到-0.8m，地下水位的上升带动苯的上升，此时水流从右到左流动的水力坡度为0.01。
2.2模拟结果
根据数值模拟得到的数据，绘制成图。如图2至4所示。可以很清楚直观地看到在水位波动状态下苯污染物的运动过程。
第一阶段，模拟苯第一天的泄露分布，如图2所示。
第二阶段，模拟地下水位下降后苯的分布，如图3所示。可以看出，随着苯的持续排放，在重力和毛管压力的作用下，不断向下迁移，同时伴有横向的扩散迁移。当苯到达地下水位水面以后，由于苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，并随着水力坡度向下游扩散。
第三阶段，模拟地下水位上升后苯的分布，如图4所示。根据该阶段的模拟结果，可以很明显的看出，由于水位的上升，之前在水面以上的苯此时已经被包含在地下水之中，从中我们可以得出一个重要推论：LNAPL类污染物可以处于地下水位之下。
模拟的结果可以反映出苯的三个迁移的基本机制：
2.2.1引力和毛细管力影响苯入渗土壤及它的纵向和横向迁移。
苯污染物在受到重力和毛管压力的作用下，向下迁移。迁移过程中，苯逐渐取代渗流区中部分的空隙水，并向四周扩散，迫使水从渗流区排出。随后苯污染物运移至地下水位线，由于苯的密度比水小，且水溶解度较低，苯会在水位线上积累，形成一个自由表面，沿水力坡度进行横向扩散。
2.2.2随着苯的持续排放，苯在水位线上不断累积。由于地下的空间是一定的，苯的不断积累和体积扩大，使得地下水被逐渐排开，再加上季节变化引起的地下水位波动，造成地下水位下降和上升。当地下水位下降时，苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，随着水力坡度向下游扩散。当地下水位上升时，苯将被上升的地下水所淹没，并处于地下水位之下。同时由于水流的作用，使苯在水平方向上发生迁移。
2.2.3气相苯成分在土壤气体中的运输，增加气相密度，从而诱导下降运动。
3结论
本文选择NAPL类污染物中的典型代表污染物苯作为研究对象，采用经过修正的美国环保署NAPL模拟器，对水位波动的情况下，苯在地下运移的污染过程进行模拟。根据模拟所得数据而绘制的图片，能够直观反映水位波动情况下，苯在地下运移的污染规律：苯泄露至地下后，在重力和毛管压力的作用下，穿过渗流区向下运移。当苯运移至地下水位线，在水位线上积累并形成自由表面。由于季节变化引起的地下水位上下波动，使得苯在垂直方向上发生迁移，并沿着水力坡度的方向横向运移。当地下水位下降时，苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，随着水力坡度向下游扩散；当地下水位上升时，苯将被上升的地下水所淹没，并处于地下水位之下。
从这次模拟中可得出一个重要结论：密度比水小的LNAPL类污染物可以处于地下水位之下。这对以后进一步模拟其他的NAPL类污染物，研究NAPL类污染物在地下迁移的机制和原理，准确预测NAPL在地下的迁移和归宿，以及修复NAPL污染的地下水等方面，都具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]刘兆昌、张兰生、聂永丰等.地下水系统的污染与控制[M].第1版.北京:中国环境科学出版社,1990:1- 25.
[2]钱学忠、吴剑锋、朱学愚.地下水资源评价与管理数学模型的研究进展[J].科学通报,2001,46(2):99-104.
[3]Niaz Mohammed, Allayla R I, Nakhla G F, et al. State-of-art review of bioremediation studies[J].Environ.Sci.Health,1997,A31(7):1547-1574.
[4]Guarnaccia,J.,Pinder,G.,and Fishman,M.(1997).”NAPL:Simulator Documentation,EPA/600/R-97/102.”National Risk Management Reserch Laboratory,United States Environmental Protection Agency,Ada,OK 7482
以及修复NAPL污染的地下水等方面，具有积极意义。
关键词：非水相液体（NAPL）水位波动石油类污染苯模拟器
中图分类号：S482.8+4文献标识码：A 文章编号：
引言
近几十年来，随着中国整个社会工业化经济的逐渐发展，石油工业在各个国家占据了重要的经济地位，石油和石油产品的使用量在不断地增加，它在给人类带来巨大的利益的同时也带来了严重的危害。石油污染物具有致癌、致畸和致基因突变的潜在性。在石油开采、加工、运输和使用过程中，可能通过泄漏或含油污水进入地表土壤，再直接进入或间接由降雨带入包气带，直至进入地下水体，从而引起一系列环境问题，给现代人类生活和未来社会可持续发展造成不良影响。因此，人们越来越重视石油引起的污染，逐步地对其进行各方面的研究。
1水位波动情况下LNAPL的地下运移
通常根据NAPLs与水的密度大小比较，分为轻质非水相流体(LNAPLs)和重质非水相流体(DNAPLs)。前者密度比水小，如燃料油类；后者密度比水大，常见的有高毒有机氯溶剂、甲苯、煤焦油、杂芬油等。本文选择的试验对象苯污染物，是LNAPL类污染物中典型的代表物质，主要介绍水位波动情况下LNAPL的地下运移的数值模拟研究，对于DNAPL就不做过多介绍。
在理想的情况下，地下是由三种相互关联的区域构成：与空气相接触的渗流区，毛细管边缘区，地下水位含水土层区。由地表释放的LNAPL在以上三个区域中的迁移情况十分复杂，总的来说有三种迁移机制。第一，LNAPL渗透至土壤中，并且在毛管压与重力的作用下进行纵向与横向的迁移。LNAPL液体的分布是液体特性（密度，粘度，界面张力，潜在可湿性和可变化学组分），土壤特性（粒度分布，矿物容量，水分含量，孔隙度，水压传导率和空间异质性），和体系排泄和吸渗历史等的函数。第二，LNAPL会溶解到水中，这部分溶解的LNAPL会随着水流向下游运移。第三，LNAPL会挥发至土壤气体中，并且作为蒸发态在土壤气体中迁移。[4]
2水位波动情况下NAPL类污染物在地下运移的数值模拟研究
模拟水位波动情况下NAPL类污染物在地下运移的污染过程，是采用经过修正的美国环保署NAPL模拟器，选择苯作为NAPL的典型代表物，应用软件Compaq Visual Fortran运行NAPL模拟器，模拟在水位波动情况下苯在地下运移的污染过程，模拟得到的数据将绘制成图，直观反映水位波动情况下苯在地下迁移的动态过程。
2.1模拟中的条件设定
该数值模拟主要分三个阶段进行：
第一阶段：初始状态的模拟和苯的排放。如图1所示，图右边的地下水水位在离地表-9m处，左边的地下水水位在离地表-10m处，水流从右向左流，水利坡度为0.01.模拟区最上层为沙层，中间为沙质粘土层，下面为沙层，最底层为不透水层。在此期间，苯释放到地表上方的20cm处，污染物随水流从右向左流，其水利坡度也同样为0.01。
第二阶段：地下水位的下降。在此期间，因为地下水被抽取，所以地下水位从-10m下降到-30m，与此同时，地下水位的下降连同重力作用进一步带动苯的垂直运输，苯的水平输送从右到左的水力坡度同样也为0.01。
第三阶段：地下水位的上升。在此期间，地下水位从-30m上升到-0.8m，地下水位的上升带动苯的上升，此时水流从右到左流动的水力坡度为0.01。
2.2模拟结果
根据数值模拟得到的数据，绘制成图。如图2至4所示。可以很清楚直观地看到在水位波动状态下苯污染物的运动过程。
第一阶段，模拟苯第一天的泄露分布，如图2所示。
第二阶段，模拟地下水位下降后苯的分布，如图3所示。可以看出，随着苯的持续排放，在重力和毛管压力的作用下，不断向下迁移，同时伴有横向的扩散迁移。当苯到达地下水位水面以后，由于苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，并随着水力坡度向下游扩散。
第三阶段，模拟地下水位上升后苯的分布，如图4所示。根据该阶段的模拟结果，可以很明显的看出，由于水位的上升，之前在水面以上的苯此时已经被包含在地下水之中，从中我们可以得出一个重要推论：LNAPL类污染物可以处于地下水位之下。
模拟的结果可以反映出苯的三个迁移的基本机制：
2.2.1引力和毛细管力影响苯入渗土壤及它的纵向和横向迁移。
苯污染物在受到重力和毛管压力的作用下，向下迁移。迁移过程中，苯逐渐取代渗流区中部分的空隙水，并向四周扩散，迫使水从渗流区排出。随后苯污染物运移至地下水位线，由于苯的密度比水小，且水溶解度较低，苯会在水位线上积累，形成一个自由表面，沿水力坡度进行横向扩散。
2.2.2随着苯的持续排放，苯在水位线上不断累积。由于地下的空间是一定的，苯的不断积累和体积扩大，使得地下水被逐渐排开，再加上季节变化引起的地下水位波动，造成地下水位下降和上升。当地下水位下降时，苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，随着水力坡度向下游扩散。当地下水位上升时，苯将被上升的地下水所淹没，并处于地下水位之下。同时由于水流的作用，使苯在水平方向上发生迁移。
2.2.3气相苯成分在土壤气体中的运输，增加气相密度，从而诱导下降运动。
3结论
本文选择NAPL类污染物中的典型代表污染物苯作为研究对象，采用经过修正的美国环保署NAPL模拟器，对水位波动的情况下，苯在地下运移的污染过程进行模拟。根据模拟所得数据而绘制的图片，能够直观反映水位波动情况下，苯在地下运移的污染规律：苯泄露至地下后，在重力和毛管压力的作用下，穿过渗流区向下运移。当苯运移至地下水位线，在水位线上积累并形成自由表面。由于季节变化引起的地下水位上下波动，使得苯在垂直方向上发生迁移，并沿着水力坡度的方向横向运移。当地下水位下降时，苯不能向水下溶解或者渗透，而漂浮在水面以上，随着水力坡度向下游扩散；当地下水位上升时，苯将被上升的地下水所淹没，并处于地下水位之下。
从这次模拟中可得出一个重要结论：密度比水小的LNAPL类污染物可以处于地下水位之下。这对以后进一步模拟其他的NAPL类污染物，研究NAPL类污染物在地下迁移的机制和原理，准确预测NAPL在地下的迁移和归宿，以及修复NAPL污染的地下水等方面，都具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]刘兆昌、张兰生、聂永丰等.地下水系统的污染与控制[M].第1版.北京:中国环境科学出版社,1990:1- 25.
[2]钱学忠、吴剑锋、朱学愚.地下水资源评价与管理数学模型的研究进展[J].科学通报,2001,46(2):99-104.
[3]Niaz Mohammed, Allayla R I, Nakhla G F, et al. State-of-art review of bioremediation studies[J].Environ.Sci.Health,1997,A31(7):1547-1574.
[4]Guarnaccia,J.,Pinder,G.,and Fishman,M.(1997).”NAPL:Simulator Documentation,EPA/600/R-97/102.”National Risk Management Reserch Laboratory,United States Environmental Protection Agency,Ada,OK 7482