湿地潜流中污染物弥散特征的理论分析与实验模拟

湿地潜流中污染物弥散特征是湿地环境影响评价和人工湿地污水处理工程设计的基本依据。本项目拟从多孔介质流动基本传输方程出发，确定恒定流与周期流条件下均匀介质或分层介质湿地的典型潜流速度型，通过推广经典的泰勒弥散理论及Aris浓度矩等方法，深入分析湿地潜流中污染物弥散的多尺度演化机理和稳态特征，把握湿地潜流中吸附与解吸、厌氧与好氧反应等理化与生物作用对污染物迁移转化过程的影响，确定多种典型工况下的泰勒弥散度，并探讨湿地潜流中可能产生负弥散度的机制；根据所得到的多孔介质泰勒弥散规律，拓展经典的泰勒弥散实验方法，构建湿地潜流污染物弥散过程的高精度分布式动态模拟测量装置，确定典型湿地地潜流工况下的泰勒弥散度，反推湿地潜流中污染物传输转化的基本模型参数，为湿地水环境模拟与人工湿地污水处理工程提供基本依据。

本项目按照国家自然科学基金项目计划书中的研究计划对湿地潜流中的污染物弥散过程进行了细致深入的理论分析：获得了不同流动条件下的典型潜流速度型，并通过推广经典的泰勒弥散理论、Aris浓度矩方法及多尺度摄动方法，分析明确了污染物输运的多尺度演化机理，推导了多种典型工况下的环境弥散度和用于预测污染物传输过程中所形成的污染团的沿程长度和持续时间的解析表达式，探讨了潮汐湿地流动中可能产生负弥散度的机制。基于所在单位（湍流与复杂系统国家重点实验室）的激光诱导荧光测量（LIF）设备，本课题组搭建了用于测量典型湿地潜流工况下污染物弥散过程的高精度分布式动态模拟测量实验台架，并进行实验观测以确定典型湿地潜流中污染物传输的基本模型参数。