城市雨洪水间歇回灌条件下堵塞区污染物累积与释放的规律及机理

Clogging of porous media during groundwater artificial recharge process not only has a decisive influence on infiltration rate, but also has an important role on infiltration water quality change. The accumulation and release expectation in clogging area for the intermittent artificial recharge using urban stormwater is much notable because of the obvious change of water dynamics and water chemistry. Based on the research of urban stormwater quality change, a series of column experiments will be adopted to simulate the intermittent recharge process which is divided into three typical stages including continuous recharge stage, stop stage and restart stage. The seepage environment indexes including hydraulic conductivity, porosity, saturation status and redox conditions etc., the transportation and transformation of typical pollutants in recharge water will be monitored and determined using online monitoring system, interval sampling and tracer test methods. The experimental data will be analyzed through methods of contrast analysis, statistical analysis, numerical modeling of hydrogeochemistry and numerical modeling of saturated/unsaturated water/salt movement, and the laws and mechanisms of accumulation and release of pollutants in clogging area during intermittent urban stormwater recharge will be revealed. The research results can be used as references for clogging management and pollution control during artificial recharge using urban stormwater.

地下水人工回灌过程中堵塞的发生，不但会对入渗速率产生决定性的影响，也可能对入渗水质变化过程产生重要作用，尤其在城市雨洪水间歇回灌条件下，水动力和水化学条件变化明显，堵塞区的污染累积和释放预期更为显著。本项目拟在城市雨洪水水质变化特征研究的基础上，将间歇回灌过程划分为“连续回灌”、“回灌间歇”和“再回灌”三个典型过程，分别利用城市雨洪水和配制水源开展人工回灌的室内砂柱模拟实验，采用在线监测、分时取样、示踪试验等方法，获得不同控制条件下堵塞区的渗流环境（渗透性、孔隙度、饱和状态、氧化还原条件等）的变化规律以及回灌水源中典型污染物的迁移转化过程；利用对比分析、统计分析、水文地球化学模拟以及饱和/非饱和条件下水盐运动过程模拟等方法，对实验数据进行深入分析，揭示城市雨洪水间歇回灌条件下堵塞区污染累积与释放的规律及机理，为城市雨洪水地下工回灌的堵塞治理及污染控制提供科学依据。

地下水人工回灌过程中堵塞的发生，不但会对入渗速率产生决定性的影响，也可能对入渗水质变化过程产生重要作用，尤其在城市雨洪水间歇回灌条件下，水动力和水化学条件变化明显，堵塞区的污染累积和释放预期更为显著。本项目基于全球范围内典型城市雨洪水水质特征分析的基础上，筛选出易于引起多孔介质堵塞和地下水质污染的典型物质作为研究对象，将间歇回灌过程划分为“连续回灌”、“回灌间歇”和“再回灌”三个典型过程，开展大批量的地下水人工回灌的室内砂柱模拟实验，采用在线监测、分时取样、示踪试验等方法，获得不同控制条件下堵塞区的渗流环境（渗透性、饱和状态、电导率、氧化还原电位等）的变化规律以及回灌水源中典型污染物的迁移转化过程。通过对实验数据进行深入分析，揭示城市雨洪水间歇回灌条件下，悬浮物、胶体、微生物、金属物质以及营养盐在入渗介质中的迁移转化过程及其所引发的介质堵塞、污染累积与释放的规律及机理。本项目研究表明，在连续回灌条件下，回灌水源中的各种物质堵塞发生时间、发展速率以及发展程度，受介质粒径、水源中物质成份、粒径与浓度以及环境条件等多种因素的共同影响，虽然堵塞规律有所不同，但均会加速污染物质在入渗介质中的累积作用；在回灌间歇过程中，入渗介质环境要素变化（包括含水量、氧化还原电位、溶解氧含量等）对不同污染物质的影响不同，但当再次回灌时，由于介质渗透性恢复以及水动力条件的突变，均会在砂柱出水口发现污染物的短期集中释放现象，所产生的污染物浓度甚至可超过输入水源的浓度，随着再回灌时间的延续，污染物浓度可迅速下降；随着间歇次数的增加，再回灌初期污染物释放浓度的峰值有降低趋势。故与连续回灌相比，间歇回灌总体上使入渗介质堵塞进程减缓，但使地下水污染风险增加。基于本项目研究的成果，在应用城市雨洪水开展地下水人工回灌过程中，应根据污染物质种类、入渗介质、入渗距离、回灌时间以及回灌方式等约束条件，因地制宜地综合确定回灌水源的污染物浓度控制标准。