溶质迁移研究进展

２００９年

广东微量元素科学

ＧＵＡＮＧＤＯＮＧＷＥＩＬＩＡＮＧＹＵＡＮＳＵｌ（ＥＸＵＥ第１６卷第１２期

文章编号：１００６—４４６Ｘ（２００９）１２—０００１—０７

溶质迁移研究进展

张伟邓英尔

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都６１００５９）

摘要：溶质迁移研究已成为水文地质等领域的一个重要研究课题。综述了溶质迁移研究进展，

重点介绍了溶质迁移在地下水污染与防治、土壤盐碱化防治、海水入侵和咸水入侵防治等方面的

研究现状，并指出应进一步研究的问题。

关键词：溶质迁移；地下水污染；土壤盐碱化；海水咸水入侵

中图分类号：Ｐ６４１．２文献标识码：Ａ

由于工业“三废”的大量排放、各种农药和化肥的大面积使用、核废料的日益增加，以及生活垃圾日益增多，这些污染物入渗使地下水质遭到严重的污染。另一方面，由于人类不合理地开采地下水资源，改变了地下水水力条件，从而加速了地下水污染的进程。这些问题已引起人们的高度重视。以上问题的实质是可溶性污染物或盐分（简称溶质）在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果，它涉及到溶质运移理论…。最近几十年以来，国内外已有不少学者在这方面进行了大量的实验和理论研究，特别是在地下水溶质迁移模型方面取得了不少研究成果。通过对污染物在地下的运移过程建立数学模型进行数值模拟找出其迁移规律、污染范围及浓度分布拉Ｊ，从而为地下水资源管理和地下水污染的修复提供定量依据，保证地下水在社会经济可持续发展中发挥积极的作用，并将其应用于地下水污染与防治、海水和咸水入侵的防治、土壤盐碱化防治、三次采油技术、化学工程和膜分离技术¨１。

１地下水污染与防治

１．１生活垃圾造成的污染

生活垃圾是人类生产生活过程中必然产生的遗留废弃物。随着城市化的发展，城市生活垃圾剧增。而垃圾填埋由于技术工艺简单，维护费用低，已成为国内外广泛采用的垃圾处理方法。但垃圾在填埋过程中会产生大量的气体及液体污染物，如不妥善处理，会对周围的大气、土壤、水体造成严重二次污染。

为此，许多学者进行了有关垃圾渗滤液对地下水污染方面的试验和理论研究，并取得了很大成就。例如ＭＡＣＫＡＹ等Ｈ１建立了一个二维模型模拟Ｖｉｌｌａ农场某填埋场中的氯和酚的迁移，模型考虑了对流、扩散、降解和吸附的作用，利用地质统计的方法确定含水层的不确定性参数。ＲＵＤＡＫＯＶ等”ｏ对固体废物堆放引起的地下含水层污染进行了解析模拟，并对二维和三维污染物质在地下水中的迁移进行了研究，为防止地下水污染提供了理论依据。张红梅等∞１使用二维和三维的水质模型比较了在３种不同的合成防渗层里溶质的迁移速率、流量，以及垃圾渗滤液通过

收稿日期：２００９—１１—０４

基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０２０２０３６，４０５７２１６３）；四川省教育厅重点科技项目（０７ＺＡ００９）

作者简介：张伟（１９８３一），男，汉族，硕士研究生，环境工程专业。

２００９年

广东微量元素科学

ＧＵＡＮＧＤＯＮＧＷＥＩＬＩＡＮＧＹＵＡＮＳＵＫＥＸＵＥ第１６卷第１２期

各种防渗层时的运移特点和迁移速率，比较了各种合成防渗材料对不同污染物质的截留程度，为减少垃圾对地下水的污染提供了防渗参考。

针对垃圾填埋场渗滤液污染地下水这一问题，国内运用溶质运移模型评价垃圾填埋场渗滤液对地下水环境、土壤污染的影响研究已有一些研究成果。例如王晓红等【刊建立了多孔介质和双重介质中生活垃圾淋滤液的运移模型，采用数值模拟的方法计算出污染物的污染扩散范围及污染晕的形状，为防止和治理地下水污染提供了定量的依据。丁爱中悼１对渗滤液在运移过程中所产生的稀释、吸附解吸、过滤、沉淀溶解、络合反应、离子交换、氧化还原反应和微生物作用进行了研究，揭示了垃圾淋滤液的产生机理和成分的变化，并用数学模型描述了淋滤液运移过程中的浓度。现有模型一般都忽略气相，而对于易挥发性元素的迁移，涉及到气体在非饱和带中的运移问题。罗云菊一１针对这一问题进行了研究，建立了西部山城垃圾填埋场填埋气在场内外迁移的数学模型，通过对模型求解，ＭＴＬＢ平台编程，计算分析填埋场填埋气的迁移状况，并与实测结果进行对比，结果表明所建的模型是符合客观实际的，理论计算和实测综合分析所得到的西部山城垃圾填埋场填埋气迁移扩散规律的结论，能为填埋气污染控制提供科学依据。

由于地下水中污染物运移具有太多的不确定因素，对污染物在地下水中的弥散机理、各种吸附反应及化学反应的过程和程度都了解不够深入，因此对垃圾填埋场渗滤液的控制、填埋场防渗措施及地下水中污染物的运移还需要进一步研究。

１．２放射性核废料造成的污染

随着核技术尤其是核电站的迅猛发展，不可避免地产生大量放射性废物。尽管人们在处置过程中已经充分考虑到多方面的安全性问题，但随着时间的推移，废物包装体和工程屏障的完整性有可能受到破坏，从而导致废物中的放射性核素随处置场周围的地下水迁移到生物圈，影响人类正常生活环境。因此，开展放射性核素在处置库失效或破坏后的释放及其在周围环境中的迁移行为的研究，不仅对放射性废物处置库选址、设计、建造等具有重要的指导意义，也是放射性废物处置安全性评价的核心内容之一。

然而，放射性核废料的种类不同，其处置方式也不相同，研究的内容也有差异。高放射性废料必须保证其在很长时间内完全与生物圈隔离，一般通过竖井或平巷处置于深部且封闭在稳定的花岗岩或岩盐中。中、低放射性核废料一般采用浅层处置，多置于渗透性很差的粘土层或沉积岩层中。因而，高放射性核废料与中、低放射性核废料的研究方向也有差异。

１．２．１高放射性核废料造成的污染国内学者对溶质迁移在高放射性核废料处置方面的研究主要分为两个阶段。最初，主要集中在核素在地下水中迁移行为的研究。例如，苏锐等¨训考虑了花岗岩基质扩散、裂隙表面吸附和基质吸附等因素对核素扩散的影响，着重探讨了花岗岩基质扩散对核素在裂隙中迁移的影响，建立了相应的一维扩散数学模型，运用有限单元法求得其数值解。为了理解放射性核素在花岗岩体接触带的迁移行为，罗兴章等【１¨根据两花岗岩体接触带中样品的铀系核素放射性活度比值，利用Ｏｔ一反冲（弹射）作用引起的放射性不平衡理论，计算了铀系核素子体在后期地下水的作用下在花岗岩体接触带及其裂隙内的迁出率、迁入率，并进行了质量平衡的计算，结果表明花岗岩接触带可作为阻止放射性核素从核废料地下处置库向外迁移的有利天然屏障。王青海¨纠对以基岩介质为围岩的ＨＡＥ预选处置场地开展基岩裂隙水运动特征研・２．