抽水对含水层中污染物迁移影响的试验研究*(3)
3 抽水对污染物迁移规律的影响
3.1 抽水对污染羽形态的影响
不透水砾石、低渗透性粉细砂和砾石通道对污染羽的形态造成了明显的影响。为了研究抽水对以上3种含水层中污染物迁移的影响,选取抽水速率为300 mL/min,污染物注入27 min后的污染羽形态进行对比分析,结果见图5。
从图5可以看出,在均质含水层1中,污染物在抽水作用下向抽水孔附近迁移并被抽出,在水头差的作用下,抽水孔上水头污染物继续向下水头迁移,颜色持续变浅,未形成典型的漏斗状。随着抽水持续进行,污染羽的形态发生变化,污染羽前缘远离抽水井之后,在抽水和弥散的综合作用下,形成反向迁移扩散,污染羽下部出现明显拖尾、累积,对抽水井造成持续污染。
由于抽水作用,含水层2中污染羽继续向前迁移,通过粉细砂夹层的分叉重新汇合后,向下水头迁移,污染物迁移的主要方向未发生改变。含水层3在连续的抽水作用下,进一步扩大污染物的迁移距离和影响范围,污染羽的主形状未变,分支变长变多。由于含水层3通道末端的粉砂层渗透系数较小,污染羽迁移至通道末端明显受到阻碍。
总而言之,抽水会改变含水层1中污染羽的形态,对含水层2、含水层3中污染羽形态影响相对不大;抽水使污染物优先向抽水井迁移,但不会改变连通通道内的迁移路径。抽水井附近上水头一侧污染物浓度小于下水头一侧,即使污染物远离抽水井也会反向迁移,延长对抽水井的影响时间。
图5持续抽水对含水层中污染羽形态的影响Fig.5 Effect of continuous pumping on pollution plume in different aquifer表2污染物迁移速率随时间变化Table 2 Contaminant transport rate with time cm/min
项目抽水速率/(mL·min-1)时间/含水层...含水层...含水层..
3.2 抽水对污染物迁移速率的影响
不同抽水速率下,污染物迁移速率变化见表2。含水层1中,随着抽水速率的增大,污染物迁移速率达到峰值的时间均缩短。含水层2中,随着抽水速率的增大,污染物在遇到砾石之前的迁移速率下降速度加快,但同时污染物迁移速率的恢复也较快,最终对污染物的前缘首次到达抽水孔的时间影响不大。在含水层3中,由于填充物渗透系数较小,相同的时间内污染物未迁移至砂箱下水头,抽水对污染物在粗砂和粉砂中迁移的影响程度低,对污染物在通道中的迁移影响较大,这主要是因为非均质含水层中的砾石通道中形成优势流,抽水主要影响通道内的水流速度。
不抽水时,含水层1中污染物的迁移速率始终保持在1.200 cm/min左右,未出现峰值,含水层2、3中污染物迁移速率达到峰值的时间分别为27、19 min。抽水速率为200 mL/min时,含水层1、2、3中污染物迁移速率达到峰值时间的分别为13、18、12 min。抽水速率为300 mL/min时,含水层1、2、3中污染物迁移速率达到峰值时间分别为8、14、11 min。可以看出,随着抽水速率的增加,含水层1、2的迁移速率达到峰值的时间均大幅缩短,而含水层3中时间缩短不明显,这主要是因为非均质含水层中除砾石通道外,其余含水层渗透系数较小,给水度也小于均质含水层,随着抽水速率的增大,对抽水孔附近污染物迁移速度的提升效果逐渐减弱。
由于非均质含水层中污染物迁移至砂箱下水头所用时间较长,因此取3种含水层中污染物迁移60 cm的平均速率进行对比分析,数据如表3所示。在不同的含水层中,增大抽水速率均会增大污染物平均迁移速率。不抽水时,含水层1中污染物首先到达抽水孔位置,其次是含水层2和含水层3,在含水层3扇顶粗砂中的平均迁移速度最慢。当抽水速率为200、300 mL/min时,含水层3中污染物首先到达抽水孔位置,并且平均迁移速率增长较快,这说明抽水速率越大对污染物在砾石通道内的平均迁移速率影响越大,而污染物在含水层2中迁移速率始终最慢。总体来说,当抽水速率由0 mL/min增加到300 mL/min时,3个含水层中污染物平均迁移速率分别增加了1.570、1.480、3.050 cm/min,迁移60 cm所用时间分别缩短了36、35、48 min。抽水对含砾石通道的非均质含水层中污染物的平均迁移速率影响最大,抽水速率越大,影响程度越高,其次是均质含水层和含砾石与粉细砂夹层的非均质含水层。
表3污染物迁移平均速率Table 3 Average contaminant transport rate cm/min抽水速率/(mL·min-1)含水层1含水层2含水层..
4 结 论
通过建立3种含水层物理模型开展示踪试验,研究了试验室尺度下抽水对3种含水层中污染羽形态及迁移速率的影响,获取了抽水对污染物迁移影响的相关试验数据,得到以下结论:
文章来源:《水电与抽水蓄能》 网址: http://www.sdycsxn.cn/qikandaodu/2021/0219/459.html
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