小尺度优先水流通道对地下水污染物迁移过程和修复的控制作用：基于野外试验的基础理论

含水层介质的非均质性是污染物迁移转化过程的普遍且极为重要的控制因素，为修复污染地下水带来了极大挑战。与大尺度优先水流通道不同，分米级或更小尺度的优先水流通道在含水层中分布广泛但又很难精细刻画，所以研究其对污染物迁移和修复的影响尤为重要。该问题也是当今国际污染水文地质学的难点和前沿。小尺度优先水流通道的高分辨率刻画以及溶质在小尺度优先水流通道与低渗透基质之间的质量交换过程的正确数学表征，是准确描述和预测地下水污染物在非均质介质中的迁移过程和制定经济高效的修复策略的核心。本项目将通过对研究场地松散沉积物中小尺度优先水流通道三维空间分布特征的精细刻画，结合多尺度、多类型示踪试验和岩芯采样测试，揭示小尺度优先水流通道制约污染物的迁移过程和修复效率的根本机制，发展精确可靠的新一代理论预测模型。本项目将为地下水污染修复和地下水资源保护提供重要科学依据，提升我国地下水基础研究领域的国际学术地位。

依托本项目，并基于其它来源经费和合作单位的支持，已经建设完成北京市通州区张家湾镇的地下水示踪试验场（以下简称“通州试验场”）。建成的通州试验场长100 m、宽60 m，场地内观测井密布、基础试验设施完备。试验场包括注水井、抽水井和多层监测井，有足够的井密度确保精确描绘示踪剂羽状体在三维空间上的分布。所有监测测井配备先进的单孔多层采样器。该场地为进行多尺度多类型的示踪试验提供了实地研究平台。.钻探和物探成果表明场地及周围包气带及浅部潜水含水层由交错分布的含砾粗砂、中砂、细砂、砂质粘土和粘土层组成，属小尺度优先水流通道网络发育的典型地层。抽水试验和示踪试验结果也表明研究场地中的水力传导系数在垂向上和水平方向上的分布很不均匀，地面下10m深度处有一水力传导系数高值区连续分布，而地面下15m至20m深度处则存在一层连续分布的粘土层，为水力传导系数低值连续分布区。示踪试验结果分析表明，场地的水力传导系数高值连续区（即优先水流通道）控制着示踪剂的迁移过程。已开展钻探、物探、抽水试验和示踪试验的成果已经初步积累了场地条件的数据，研究初步建立了场地溶质迁移研究的数据库。.通过本项目支持的对外交流与合作，项目组人员进一步改进和发展了MT3DMS三维溶质迁移软件；建立了包括通州场地在内更大区域的溶质迁移模型，并分析了控制该地区典型污染物迁移的机理；收集了美国Hanford 300A IFRC场地热示踪和溶质示踪实验结果，并进行了相应的模型分析与解译工作。.依据已有研究成果，项目组人员参加了多个国际会议进行交流，并做了大会特邀报告；在国际SCI杂志上发表论文3篇及国内核心刊物发表论文1篇，其中两篇发表在国际水文学与水资源领域的顶尖杂志《Water Resources Research》；并有一名博士生和一名硕士生的毕业论文基于该项目研究内容进行选题。基于此，已完全达到本项目的预期成果。