非饱和水流和污染物迁移对垂直裂隙响应的研究

从垂直单裂隙入手，研究裂隙的走向、开度、充填情况以及水流方向与垂直裂隙面成一定角度时对非饱和水流和污染物迁移的影响。基于前人的非饱和渗流实验，研制了一套适用于非饱和裂隙中溶质运移的实验装置，该装置能考虑不同水头、裂隙组数、不同岩性以及不同开度条件下裂隙介质中的溶质运移规律。实验过程中，探索应用电阻率方法来监测污染物迁移的浓度，为非饱和裂隙岩体中污染物迁移研究提供了一种新方法。同时采用对比法和概率统计等方法探讨了非饱和条件下完整岩体中水流和污染物迁移规律研究，非饱和条件下完整岩体中析出物的变化特征以及非饱和条件下裂隙岩体中水流和污染物迁移规律研究。研究结果显示，溶质在非饱和砂岩中运移时，可以将砂岩空隙中的固体颗粒、含矿物成分的液体、气体从固体基质孔隙中排挤出来，随着排出物含量和浓度的变化，示踪剂浓度也出现多个峰值。示踪剂到达完整岩样各观测断面的时间间隔不大，滞后性不明显，而垂直裂隙对溶质运移影响明显，溶质由于裂隙的存在，其滞后性显著。 分析了裂隙结构面中接触面积的影响，将裂隙分为完整贯通裂隙和非完整贯通裂隙。考虑孔隙度（面积接触率）及接触点大小等因素，建立相应的试验模型。通过试验及对比分析，在定流量注入情况下，裂隙内孔隙度及接触点尺寸对溶质运移的影响显著，随着孔隙度的减小，接触点大小对溶质运移的影响更趋于显著；并通过数模研究与实测结果进行对比。 这些研究结果对地下水污染物的控制、水电工程的渗控以及裂隙岩体中核废料的存贮等具有重要的理论意义和实用价值。 2100433B

从垂直单裂隙入手，研究裂隙的走向、开度、充填情况以及水流方向与垂直裂隙面成一定角度时对非饱和水流和污染物迁移的影响，重点讨论两组垂直交叉裂隙中非饱和水流和污染物通过裂隙交叉处后其水量和污染物通量的分配与裂隙开度的关系，探讨裂隙与岩体基质的相互作用，揭示非饱和水流和污染物在垂直网络裂隙中的迁移规律。研究大小不同的垂直裂隙模型以及模型大小相同，但裂隙几何特征不同时非饱和水力和弥散参数的尺度效应问题，探索新的数值模拟方法以解决常规数值模拟方法出现的数值弥散等问题。本研究以室内试验和数值模拟相结合，提出一套能用于垂直裂隙中非饱和水流和污染物迁移规律研究的试验和数值模拟方法，研究结果对地下水污染物的控制、水电工程的渗控以及裂隙岩体中核废料的存贮等具有重要的理论意义和实用价值。

本书主要介绍了放射性核素60Co、85Sr、134Cs和137Cs在非饱和黄土中迁移的野外试验、实验室模拟实验、分配系数测定和同步开展的非饱和水分运移规律现场观测的研究方法和结果，非平衡吸附模式与计算机程序开发、验证和应用。还介绍了实验场址区域环境特征调查和工程屏障材料改研究的方法和结果，以及开展中低放废物近地表处置安全评价方法研究总体方案设计和实验中考虑的一些主要问题，实验中发现的一些新现象和对某些问题的初步讨论。

溶质迁移的数学模型是研究地下水污染和修复的重要手段。但由于含水层的非均质性，特别是分米或更小尺度优先水流通道对溶质迁移的影响，传统溶质迁移模型在定量描述实际含水层中污染物迁移过程时理论计算与实测结果往往存在较大差距。近年来申请人和合作同事在研究分米尺度的优先水流通道对溶质迁移的控制机理方面取得了一些重要理论成果，但是这些成果大多是在总结野外数据的基础上经过数值模型调整参数得到的，急需具有严格控制条件的实验进行验证和进一步发展。本项目将利用现有的砂箱模型通过实验获取大量数据，独立计算出溶质在优先水流通道与基质之间质量交换系数的理论值，并将该理论值代入双重介质质量交换模型中与砂箱实验实测结果进行对比，从而验证溶质在优先水流通道与基质之间质量交换系数公式的有效性和适用性。完成该研究将能更加准确地刻画溶质在非均质含水层中的运移情况，为建立优先通道控制下的多孔介质中溶质运移的前沿理论作出重要的贡献。 2100433B