综合地球物理和多相流数值模拟方法研究重非水相有机污染物（DNAPLs）在地下介质中的运移行为

由于重非水相有机污染物（DNAPLs）特殊物理和化学性质，再加上地质介质的非均质性，使得DNAPLs污染场址的土壤和地下水污染调查研究极其困难。本项目拟整合电阻率成像和探地雷达等地球物理方法和多相流数值模拟技术手段，开展DNAPLs在土壤-地下水系统中的运移行为研究。为克服传统污染场址现场调查既耗时又费力的缺陷，拟首先在室内试验研究地球物理方法探测DNAPLs的可靠性和解析度，进而将地球物理方法应用于野外实际污染场址的调查研究，以判定其可靠性。继而建立饱和-非饱和多孔介质多相流数值模型，综合较易获取但具有较大不确定性的地球物理数据（"软数据"）和数据量较少但精度高的钻孔及试验数据（"硬数据"），利用数据融合方法校正和检验多相流数值模型，预测DNAPLs的分布范围和污染程度。研究成果可直接应用于DNAPLs污染场址的调查研究，为科学地开展后续的监测、污染控制及修复整治提供有力技术支撑。

本项目基于地球物理和数值模拟方法，综合室内外试验，系统地针对重非水相有机污染物（DNAPLs）在地下介质中的运移行为展开研究，分析和识别了DNAPLs的物化性质、泄漏速率、持留特征，介质的非均质性及地下水流速等因素对DNAPLs运移分布与残余捕获的影响机理和影响程度，研究了DNAPLs污染源区结构特征及其对修复的影响。主要研究进展与成果包括：（1）基于地球物理监测方法开展了一系列砂箱试验，将高密度电阻率法监测结果与光透法监测结果进行对比，验证了高密度电阻率法(Electrical Resistivity Tomography；ERT)应用于DNAPLs 污染的调查可行性及可靠性，探讨了高密度电阻率仪监测获取得到的电阻率数据与DNAPLs 饱和度之间的关系；（2）当DNAPL从地表泄漏至饱和含水介质中，会形成复杂的污染源区结构（contaminant source architectures，CSAs）。介质的非均质性是控制CSAs的主要因素。由于非均质性影响DNAPL的运移路径及残余捕获行为。运移路径延长，路径上残留的不连续离散状DNAPLE体积增大，导致污染源区结构特征差异，进而影响污染物修复效率。（3）较大的流速促进低粘度重非水相流体的侧向和垂向运移,而存在层状透晶体时,重非水相流体的垂向入渗率降低,水平扩散范围增加。非均质性增强使低粘性重非水相流体沿优先通道运移,造成不规则的分布形态。层状透镜体结合非均质性改变了渗流通路,使流速对低粘性重非水相流体的影响更加复杂。流速对中/高粘性重非水相流体运移的影响相对较小,主要受控于粘性和非均质性。非均质性增强对DNAPL运移行为有较大的影响。（4）与孔隙介质相比，由于裂隙介质具有强烈非均质性，使得其中的DNAPLs以指流的方式推进，蓄积和绕流现象明显，运移路径相对曲折，这就决定了裂隙介质中的DNAPLs的修复治理远较多孔介质要复杂的多。