摘要
地下水循环井技术（GCW）是地下水污染场地原位修复技术之一，在早期的循环井研究中，重点集中于循环井处理本底含水层中污染物的修复效果，而忽略了含水层中低渗透性区域对污染场地修复的影响。随着研究的进步和发展，人们开始意识到地下水污染场地含水层中低渗透性区域的存在会显著降低污染场地的修复效果。因此，在利用GCW修复地下水污染时，应厘清含水层中低渗透性透镜体的存在对地下水渗流的影响，以阐明含水层中低渗透性透镜体内污染质的运移机制，进而评估GCW修复低渗透性透镜体的修复效率。该议题既是环境界学者正在努力的一个重要课题，也是本文研究的主要议题，以期为生产建设提供科学参考。 本文以GCW修复含水层内低渗透性透镜体污染为研究对象，分析了循环井驱动下包含低渗透性透镜体含水层的渗流演化过程；探索了低渗透性透镜体内污染物去除过程的作用机制及其规律；构建了描述循环井驱动下低渗透性透镜体内污染物去除过程的理论框架；在该理论框架内总结了低渗透性透镜体内污染物去除速率的演化过程，划分其演化阶段，定义了临界状态和临界条件；最后构建了循环井修复低渗透性透镜体内污染物的效率评估方法。利用数值模拟软件，以土霉素（OTC）为代表污染物，建立了考虑土壤吸附和生物降解作用下GCW修复地下水二级污染源的物理模型，对所构建的理论和评估方法进行了验证，并通过参数敏感性分析揭示了不同污染物去除因素对低渗透性透镜体内污染物去除过程的影响规律，得出以下结论： 1．GCW修复包含低渗透性透镜体含水层场地污染时，含水层内地下水的渗流过程存在三个阶段（启动阶段、演化阶段和稳定阶段）。受空间位置的影响，启动阶段和稳定阶段内，透镜体内地下水渗流均存在3种情况，如注水区、抽水区主导或静水平衡状态；演化阶段内，透镜体内地下水渗流存在6种情况，具体为：注水区、抽水区、水循环区、水循环区和注水区、水循环区和抽水区主导或静水平衡状态。 2．对包含对流、水动力弥散、生物降解和土壤吸附4种驱动因素的循环井驱动下低渗透性透镜体内污染物去除的作用机制开展探讨。其中：对流、水动力弥散和土壤吸附3种驱动因素下污染物去除速率演化过程均包括四个阶段（起始阶段、上升阶段、下降阶段和完全去除阶段）；生物降解驱动下污染物去除速率演化过程包括三个阶段（起始阶段、下降阶段和完全去除阶段）。 3．建立了一阶段土壤吸附占主导或生物降解占主导的低渗透性透镜体内污染物去除速率的演化路径，并将其分为四大类（一阶段、二阶段、三阶段和四阶段演化路径），总计22条演化路径；根据演化路径中主导因素的不同，分别定义了对流、水动力弥散、土壤吸附和生物降解占主导的四类演化阶段；根据各演化阶段的污染物去除速率的相对关系定义了临界状态和临界条件，其中，在二阶段演化路径中存在一个临界状态，在三阶段演化路径中存在两个临界状态，在四阶段演化路径中存在三个临界状态，相应的临界条件为各演化阶段的污染物去除速率相等时的临界状态。 4．分析了水动力参数和溶质运移参数对演化阶段和临界时刻的影响。在文中设置的参数范围内，除透镜体内、外土体饱和渗透系数、土壤吸附系数、生物降解系数、透镜体内、外土体的纵向弥散性以及透镜体内、外污染物的扩散系数8个参数未导致污染物修复演化路径的演变，剩余4个参数均导致演化路径由三阶段演变为一阶段。tcr1-2（演化路径中由第一个主导因素转变为第二个主导因素的临界时刻）与循环井的注水口高度、注水/抽水的质量通量、透镜体内、外土体的饱和渗透系数以及透镜体外土体的纵向弥散性呈负相关，与循环井的抽水口高度、循环井与透镜体左边界的水平距离、透镜体内土壤吸附系数、透镜体内生物降解系数、透镜体内土体的纵向弥散性以及透镜体内、外污染物的扩散系数呈正相关。tcr2-3（演化路径中由第二个主导因素转变为第三个主导因素的临界时刻）与循环井的注水口高度、注水/抽水的质量通量、透镜体外土体的饱和渗透系数、透镜体内土壤吸附系数、透镜体内污染物扩散系数以及透镜体内、外土体的纵向弥散性呈正相关，与循环井的抽水口高度、循环井与透镜体左边界的水平距离、透镜体内土体的饱和渗透系数、透镜体内生物降解系数以及透镜体外污染物扩散系数呈负相关。 5．构建了包含透镜体内去除因素的时间累计去除量，透镜体内的污染物平均浓度，透镜体内污染物修复的时间累积效率系数，界限流线的几何特征和在界限流线上的渗流入渗角度4种评价指标。分别用以揭示不同演化阶段下4种去除因素的时间累计量；循环井驱动下透镜体内的污染物浓度总体水平随时间演化过程及污染物的瞬时修复效率；透镜体内污染物的时间累积效果以及渗流模式对污染物修复效率的影响。具体为：当透镜体内污染物演化过程为二阶段演化路径时，透镜体内污染物被彻底去除的时间最短（约100d），此时，对流去除因素占据主要贡献位置；当注水口在9~2m的高程内降低或抽水口在0.5~7.5m的高程内升高时、循环井注水/抽水的质量通量在0.15~0.05amp;nbsp;kg/(m2?s)的范围内降低时、透镜体的长宽比系数在4~1的范围内减小时或循环井与透镜体左边界的水平距离在0~8m的范围内增大时，循环井的修复效率总体呈递减趋势，其中，当注水口在8m，或抽水口在1.5m时修复效率较高，循环井运行1000d时污染物修复的时间累积效率系数分别可达到82.13%和81.78%；当界限流线处于以透镜体中心为原点的二、三象限时，循环井的修复效率较好；界限流线上入渗方向垂直于透镜体的上水平界面时，修复效率较好；随界限流线与透镜体的上界面法线夹角的增大，修复效率降低。
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