北京市水資源短缺制約城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。再生水因易獲取、來源穩(wěn)定并且數(shù)量大,成為補(bǔ)充河道生態(tài)用水的重要水源。但再生水污染物滲漏對(duì)河道周邊地下水環(huán)境構(gòu)成威脅。所以,探究地下水環(huán)境對(duì)再生水補(bǔ)充河道用水的響應(yīng)對(duì)于制定防滲措施、保護(hù)和開發(fā)利用地下水具有重要意義。 本文以北京市永定河生態(tài)修復(fù)為背景,選取包括永定河城市段的城近郊區(qū)為典型區(qū),在室內(nèi)大型土柱試驗(yàn)基礎(chǔ)上,構(gòu)建了不同防滲層條件下考慮優(yōu)先流的多組分溶質(zhì)反應(yīng)運(yùn)移模型；基于土柱試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料收集,建立了防滲條件下鉆孔尺度的包氣帶水流及溶質(zhì)運(yùn)移模型；利用收集的地下水資料,構(gòu)建了典型區(qū)地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模型,并與包氣帶模型聯(lián)合預(yù)測(cè)了再生水回補(bǔ)永定河后對(duì)地下水環(huán)境的影響。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下： (1)對(duì)于有防滲層的包氣帶土壤結(jié)構(gòu),基于雙區(qū)模型采用PHREEQC軟件建立了考慮下層土中優(yōu)先流的多組分溶質(zhì)反應(yīng)運(yùn)移模型,結(jié)果表明該模型能夠模擬再生水中典型營(yíng)養(yǎng)性污染物通過層狀土柱的遷移轉(zhuǎn)化過程；忽略指流會(huì)低估污染風(fēng)險(xiǎn)；在三種不同膨潤(rùn)土比例的生態(tài)防滲材料中,膨潤(rùn)土含量較高的防滲材料BE19不僅可以減小滲漏量,還能增強(qiáng)對(duì)氨氮NH4+和有機(jī)物OM的吸附降解；但利于釋放土壤中蓄存的總磷TP和硝氮NO3-,使出流濃度增加。 (2)驗(yàn)證了飽和層最小通量法用于估算鉆孔尺度包氣帶滲漏量的適用性,預(yù)測(cè)了不防滲、鋪設(shè)生態(tài)防滲層以及鋪設(shè)土工膜三種情況下的河道滲漏量。利用土柱試驗(yàn)獲得的反應(yīng)參數(shù)建立了包氣帶鉆孔尺度反應(yīng)運(yùn)移模型,通過數(shù)值試驗(yàn)獲得了典型污染物通過包氣帶滲濾的濃度范圍,為地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模型提供了源匯項(xiàng)。結(jié)果表明按照規(guī)劃水位,鋪設(shè)BE19生態(tài)防滲層和土工膜的穩(wěn)滲率分別較未防滲減少10-100倍和6-7個(gè)數(shù)量級(jí)。河道防滲可降低NH4+和OM進(jìn)入地下水的濃度,但可能增加NO3-和TP濃度。 (3)運(yùn)用FEFLOW建立了典型區(qū)地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模型,利用2009年6月-2010年12月的水位和典型污染物濃度資料對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。率定期和驗(yàn)證期內(nèi)觀測(cè)井的地下水位動(dòng)態(tài)均方根誤差RMSE均為0.69m,R2分別為0.69和0.59。實(shí)測(cè)與模擬的地下水位和典型污染物濃度分布基本吻合,表明模型框架正確,參數(shù)合理,可用于進(jìn)一步預(yù)測(cè)。 (4)基于包氣帶-地下水聯(lián)合模型預(yù)測(cè)了不同河道防滲材料下典型區(qū)地下水環(huán)境對(duì)再生水回補(bǔ)河道的響應(yīng)。結(jié)果表明連續(xù)平水年條件下,河道鋪設(shè)土工膜較未修復(fù)對(duì)地下水的年補(bǔ)給量稍有增加,較鋪設(shè)生態(tài)防滲層每年可減少地下水補(bǔ)給4.11×108m3。土工膜防滲延長(zhǎng)了再生水進(jìn)入地下水的時(shí)間,即使發(fā)生破損或污染事故,也較生態(tài)防滲層在相同時(shí)間內(nèi)縮小了污染物在地下水中的遷移擴(kuò)散范圍,減少了污染物滲漏量。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X523;P641.131
【部分圖文】：

水是一個(gè)有機(jī)整體，二者的相互作用在水文循環(huán)中發(fā)揮著以及人類活動(dòng)的影響，北京市水資源短缺日益嚴(yán)重，表現(xiàn)超采，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展并且導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。為提高水復(fù)河湖生態(tài)環(huán)境，利用再生水（城市污水回用）補(bǔ)給景觀永定河工程是眾多應(yīng)用中的一例。盡管此對(duì)策會(huì)給城市帶表水-地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系趨于復(fù)雜，并對(duì)土壤、地下水環(huán)境湖地表水中典型污染物在河道滲漏情形下對(duì)地下水環(huán)境的以北京市城近郊區(qū)為典型區(qū)，以永定河生態(tài)修復(fù)為背景，對(duì)地下水環(huán)境的影響。市的母親河，孕育了深厚的文化底蘊(yùn)和獨(dú)特的人文資源。道和水源保護(hù)區(qū)。20世紀(jì)70年代以來，由于永定河河道生態(tài)涵養(yǎng)和城市景觀的作用，導(dǎo)致永定河及沿岸的生態(tài)環(huán)由于水資源緊缺，永定河有限的水資源幾乎全部用于北京道干涸、斷流，河道內(nèi)形成了許多沙坑，河床逐漸沙化，區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污水排放量逐年增多，河道被污染，使得了北京母親河的形象I。

1.2.2河湖滲漏過程中的污染物遷移一般認(rèn)為污染物隨滲漏河水的遷移轉(zhuǎn)化過程分為三個(gè)階段丨（圖1-2)：①污染物在包氣帶土壤中的垂向一維遷移轉(zhuǎn)化，遷移過程中受到相關(guān)物理、化學(xué)及生物作用；②污染物進(jìn)入地下含水層中的垂向二維遷移轉(zhuǎn)化，污水到達(dá)地下水面時(shí)沿含水層垂直斷面擴(kuò)散，期間污染物可能受到地下水的稀釋和物理化學(xué)作用；③污染物沿地下水的流動(dòng)方向遷移，也可以發(fā)生相關(guān)反應(yīng)。通常根據(jù)具體研究區(qū)所處條件不同，對(duì)這三個(gè)過程進(jìn)行適當(dāng)概化。例如，當(dāng)取水井距離河道較近時(shí)，則第三階段的遷移過程并不充分，則主要考慮前兩個(gè)過程。在長(zhǎng)期穩(wěn)定滲漏情況下，第二階段也相對(duì)穩(wěn)定，則主要考慮第一和第三個(gè)過程。降雨 I—一、_^ ——2—一一潛水含水層 ③ k ~ ?PraT/vS公份財(cái)y淡份公>?說?;?之Z：公份份份紛份份份份份^份松圖1-2河湖污水入滲過程示意圖河流和地下水脫節(jié)的情況下，包氣帶對(duì)于河道以下污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿有重要作用。包氣帶既可以將地表水傳輸?shù)降叵滤挚梢詢?chǔ)存水分

圖2-1永定河流域研究區(qū)地理位置溫11.7°C，日極端最高氣溫可達(dá)42.6°C (1942年6月15日），日極端最低2月22日），1月份氣溫最低，無霜期180-200天。據(jù)門頭溝測(cè)站的觀測(cè)資均氣溫為-4.3°C，夏季7月份平均年氣溫達(dá)25.8°C。由于降雨量較少，多低，空氣干燥，多年平均相對(duì)濕度為57%。市水資源的主要來源，也是影響北京市水資源變化的主要因素之一。年內(nèi)，占年降水量的80%以上。根據(jù)研究區(qū)的豐臺(tái)測(cè)站的觀測(cè)資料，1961-2010562.6mm;降水量年際變化較大，1961年以來，降水量最多年份為1964量最少的年份為1999年，僅300.8mm; 1999-2007年連續(xù)干旱，平均降水年平均降水量減少110.1_[93]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2832375