潜流带污染物释放-地下水渗流补给耦合作用下小河流溶质迁移转化规律及模拟研究

小河流携带的污染物经逐级汇流进入大、中河流和湖泊水体，从而影响这些水体的水环境质量。基于小河流水质模型研究的不足和国内水环境保护的需要，选择巢湖西半湖入湖小河- - 十五里河为例，从潜流带污染物释放-地下水补给耦合作用角度，探究小河流溶质运移转化基本规律。在潜流带污染状况调查、水土界面溶质扩散模拟和入河地下水溶质浓度监测基础上，结合水质示踪实验，经模型结构识别、参数估值、模型检验、灵敏度分析等步骤，提出具有通用性的小河流溶质迁移转化数学模型。对潜流带污染物释放、地下水渗流补给等影响因素，按多种可能组合情景开展水质模拟，揭示不同因素对河流溶质运移转化过程影响程度上的差异。基于水环境系统的随机性和模糊性，采用三角模糊数、梯形模糊数等刻画水质模型参数，并以Monte Carlo法定量模拟；通过与确定性水质模型的集成，进一步提出潜流带污染物释放-地下水渗流补给耦合作用下小河流溶质迁移转化模糊数学模型。

小河流是河流水系的重要组成部分，各等级小河流携带的污染物经过逐级汇流、传输而进入到大、中河流和湖泊水体中，从而影响这些水体的水环境质量。本项目以合肥地区多条小河流水体为对象，尝试从潜流带污染物释放-地下水渗流补给耦合作用角度，探究小河流溶质迁移转化的基本规律并进行模拟分析，以期为河流、湖库水环境保护提供依据。.首先对十五里河沉积物氮磷污染特征进行调查，并通过对河道支流交汇处、弯道淤积处、弯道冲刷处、河岸坍落处、水生植物生长区、平直河段、河内浅滩等7种典型水力特性区沉积物柱状样的逐层分析，解析了沉积物与间隙水氮磷垂直剖面特征，拟合了间隙水剖面的NH4+、NO3-和PO43-浓度曲线。结果发现，无论是NH4+还是NO3-，不同水力特性区水-土界面“源”或“汇”关系都具有很好的一致性，且NH4+呈现出了由间隙水向上覆水释放、NO3-由上覆水向沉积物间隙水中迁移扩散的变化特征，而PO43-没有表现出明显的规律性。对水花生生长区沉积物及间隙水中营养盐基本特征的分析，得到了相似的结论。.从2013年至2015年，选择NaCl为保守示踪剂，以NH4Cl、KH2PO4为添加营养盐，采用瞬时投加或恒速连续投加的方式，先后在十五里河城市源头段、关镇河支渠、二十埠河城郊支流及二十埠河农田源头溪流等小河流水体开展60多次野外示踪实验。根据获得的Cl-、NH4+、PO43-浓度-时间过程穿透曲线，采用美国地质调查局（USGS）推荐的OTIS模型，从综合考虑暂态存储（以潜流带为主体）和地下水侧向补给耦合作用角度，解析小河流溶质迁移转化基本规律。结果发现，上述小河流OTIS模型水文参数（A、As、D、qL和）及渠道主流区、暂态存储区营养盐一阶吸收系数（λ和λs）与国外小河流相近。在模型结构识别中，通过对暂态存储、侧向补给和对流-扩散作用设置多种可能组合情景，解析不同作用机制对于OTIS模型模拟溶质传输扩散规律的影响程度。结果表明，暂态存储影响显著，且明显超过地下水侧向补给带来的影响。通过参数灵敏性分析，得到OTIS模型4个主要水文参数灵敏度排序为A＞＞As＞D或A＞As＞＞D，与国外小河流水体十分相似。研究结果表明，OTIS模型在我国小河流溶质迁移转化规律模拟方面具有很好的实用性，而且以潜流带为主要构成的暂态存储区对溶质迁移转化规律影响很大，需要格外的重视。