巖溶雙重含水介質(zhì)流場(chǎng)與溶質(zhì)運(yùn)移模型研究——以七里溝水源地四氯化碳污染區(qū)為例.pdf

1、七里溝水源地作為徐州市南區(qū)的主要供水水源地,面積約120余km2,區(qū)內(nèi)巖溶地下水近年受到了四氯化碳污染。2001年以來(lái),課題組在兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金資助下,選取該地四氯化碳污染區(qū)作為研究區(qū)域,綜合采用環(huán)境與水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、現(xiàn)場(chǎng)采樣監(jiān)測(cè)、場(chǎng)地示蹤試驗(yàn)等多種方法,依據(jù)巖溶雙重含水介質(zhì)理論,對(duì)巖溶地下水流場(chǎng)與四氯化碳的運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究區(qū)內(nèi)共設(shè)置水位觀測(cè)井80余口,四氯化碳濃度年度普測(cè)井35-40口,四氯化碳濃度常規(guī)監(jiān)測(cè)

2、井21口,根據(jù)課題組10余年來(lái)獲得的3000多組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)與勘探鉆孔資料,揭示了該區(qū)上覆為松散層和下伏為巖溶含水層的二元水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,建立了松散層中四氯化碳垂向遷移模型、巖溶雙重含水介質(zhì)流場(chǎng)模型和四氯化碳運(yùn)移模型,經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證準(zhǔn)確后,對(duì)未來(lái)四氯化碳的污染狀況進(jìn)行了預(yù)測(cè),取得下列成果:
　　(1)系統(tǒng)研究了徐州市巖溶含水系統(tǒng)特征,將其劃分為四種巖溶含水介質(zhì)類型。研究區(qū)位于徐州市南部,主要含水介質(zhì)類型為:第四

3、系孔隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙溶洞含水巖組。根據(jù)徐州市多年巖溶水開采情況,分析了巖溶含水層的補(bǔ)給方式和影響因素,構(gòu)建了徐州市巖溶地下水循環(huán)系統(tǒng);
　　(2)研究區(qū)巖溶發(fā)育和巖溶水運(yùn)移具有明顯的非均質(zhì)性,除普通巖溶孔隙特征之外,還存在發(fā)育的溶洞和裂隙等管道介質(zhì);根據(jù)54口鉆井資料及十幾組巖芯溶蝕情況,調(diào)查了區(qū)內(nèi)地下巖溶發(fā)育狀況,尤其是裂隙、大溶洞等管道介質(zhì)在垂向上的分布特征;通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示蹤試驗(yàn)深入研究了巖溶含水介質(zhì)的雙重發(fā)育特征,確定

4、了巖溶管道介質(zhì)的空間分布位置;
　　(3)運(yùn)用DRASTIC模型對(duì)研究區(qū)地下水脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià),根據(jù)7項(xiàng)評(píng)價(jià)因子分配權(quán)重并評(píng)分計(jì)算,劃分地下水脆弱性等級(jí)。結(jié)果顯示,研究區(qū)地下水脆弱性程度較高,60％以上面積屬于較易污染范疇,農(nóng)藥西廠作為七里溝盆地四氯化碳污染源,正位于區(qū)內(nèi)南部極易受污染區(qū)域;
　　(4)采集污染源區(qū)松散層土樣,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室土柱下滲實(shí)驗(yàn),得出相關(guān)參數(shù)并運(yùn)用Hydrus-1D軟件研究了四氯化碳在松散層中的遷移規(guī)律

5、;根據(jù)污染源區(qū)鉆孔勘探數(shù)據(jù),模擬計(jì)算污染源區(qū)四氯化碳從排污渠通過(guò)上覆松散層下滲進(jìn)入巖溶含水層的濃度。結(jié)果顯示,污染源區(qū)四氯化碳在松散層底部的平均滲出濃度為2773.6μg/L,這一數(shù)值即是巖溶含水層中的初始濃度;
　　(5)依據(jù)巖溶雙重含水介質(zhì)理論,以2004年4月至2012年4月40余口典型井的水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立了研究區(qū)巖溶地下水運(yùn)動(dòng)的的雙重介質(zhì)數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用ModelMuse軟件,引入雙重介質(zhì)中水力交換系數(shù),分別將雙重介

6、質(zhì)的滲透系數(shù)分區(qū),選取2004年4月至2005年4月為模型識(shí)別期,2005年4月至2012年4月為模型驗(yàn)證期,建立了巖溶雙重含水介質(zhì)流場(chǎng)模型。根據(jù)典型井的水位對(duì)比曲線得知,誤差區(qū)間為0.27m-0.43m,顯示所建模型較為可靠;
　　(6)選取2004年8月至2012年4月期間21口常規(guī)監(jiān)測(cè)井,40口普測(cè)井的四氯化碳連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),構(gòu)建了研究區(qū)四氯化碳污染的運(yùn)移模型。經(jīng)驗(yàn)證得知,研究區(qū)四氯化碳濃度平均相對(duì)誤差范圍為11.4%-16.