干湿交替地下介质中石油类污染物运移机理研究

应用Land模型进行干湿交替介质中污染物运移模拟时，申请者发现模拟结果和实验结果有较大的出入；Land模型本身所描述的初始饱和度和剩余饱和度关系在干湿交替介质特定条件实验中也不存在。为此，课题拟在实验室内建立气-水和LNAPL-水等两相条件下多孔介质干燥-湿润连续交替模拟装置；动态无损测定各种干燥-湿润交替变化路径下介质内孔隙流体饱和度、毛细压力，以及相应湿润过程中非湿润相流体的剩余饱和度。系统分析和研究干湿交替介质中饱和度-毛细压力关系曲线、湿润过程中初始饱和度、初始毛细压力等各种因素与剩余饱和度之间可能存在的关系。揭示干湿连续交替复杂条件下，介质内孔隙流体运移的滞后和剩余饱和度变化机制，建立更为科学和准确的剩余饱和度理论模型。课题有助于获得多孔介质中非水相流体运移理论的新认识，同时为准确预测石油类污染物在地下的时空分布提供必要的本构方程。

课题在实验室内建立了Air-Water和LNAPL-Water两相条件下多孔介质干燥—湿润连续交替模拟装置；动态无损测定了各种干燥-湿润交替变化路径下介质内孔隙流体饱和度、毛细压力，以及相应湿润过程中非湿润相流体的剩余饱和度。系统分析和研究了干湿交替介质中饱和度-毛细压力关系曲线、湿润过程中初始饱和度、初始毛细压力等各种因素与剩余饱和度之间可能存在的关系，获得了初步但和前人静态或准静态运动条件下不太一致的研究结果，对多孔介质中非水相流体运移理论的不同认识有一定意义。主要结果如下：.1)在干燥-湿润交替变化介质动态流动条件下，只有当非湿润相流体的初始饱和度大于某临界值时，才有稳定的剩余饱和度产生；当非湿润相流体的初始饱和度小于这一数值时，非湿润相流体可以被完全排除出介质，不具有非湿润相流体剩余饱和度现象；.2)一旦非湿润相剩余饱和度产生，在后续的干燥—湿润交替过程中，即使非湿润相流体饱和度小于上述临界值，剩余饱和度也能保持稳定和常量；.3)产生这一现象的原因可能是当非湿润相流体饱和度小于上述临界值时，在湿润过程中非湿润相流体逐渐由连续状变为孤立状气泡存在于介质孔隙中，这种气泡可以被随后继续的湿润相流体驱赶出空隙介质外；当非湿润相流体饱和度大于上述临界值时，在湿润过程中非湿润相流体最后以跨越多孔隙的连续状气泡存在，难以被随后继续的湿润相流体驱赶。一旦跨多孔隙连续状气泡产生，这些气泡就稳定存在于介质孔隙中；.4)Land假设提出的流体初始饱和度与剩余饱和度之间的关系适用于静态或准静态流动条件的多孔介质中，在动态流动多孔介质条件下这一假设需要修正。