燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究.pdf

高 校地质学报Geological Journal of China Universities2023 年 8月，第 29 卷，第 4 期，608-616页August 2023，Vol.29，No.4，pp.608-616 收稿日期：2021-07-30；修回日期：2021-08-17基金项目：国家自然科学基金项目（41967028）；广西自然科学基金重点项目（2019GXNSFDA245030）联合资助作者简介：杨鹏飞，男，1993年生，硕士研究生，主要从事污染水文地质研究；E-mail: *通讯作者：陈余道，男，1965年生，博士，教授，主要从事污染水文地质研究；E-mail:燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究杨鹏飞1，陈余道1*，蒋亚萍1,2，闫嘉宁1，郑 杲1,2，邹志坤1，刘 权1，覃佳肖11.桂林理工大学 岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，桂林 541004；2.自然资源部南方石山地区矿山地质环境修复工程技术创新中心，南宁 530031 摘要：燃油污染对地下水环境造成的影响不容忽视，调查污染场地的水文地质参数，有助于更好地认识污染前后水文地质参数的变化，以及污染物在地下水中迁移行为的变化。文章通过3个阶段的定量示踪实验，对实验室砂槽开展了污染前和污染后水文地质参数估测，对比了汽油污染前后参数的差异，评价汽油污染对水文地质参数的影响。结果表明：（1）汽油污染的积累会导致生物堵塞发生，生物堵塞程度随着渗流距离的增加有减缓趋势；多孔介质中不同区域溶质弥散作用存在差异，中央线上优势流的溶质通量增加，质量回收率提高；溶质穿透曲线峰型呈现瘦高型，并出现明显的拖尾。（2）通过监测长达6年的汽油污染实验，传统汽油砂槽（TG-tank）和乙醇汽油砂槽（EG-tank）的渗透系数分别为25.4、20.5 m/d，降低为砂槽被污染前初始渗透系数K的61%、49%；TG-tank和EG-tank的有效孔隙度由初始值0.30分别减小为0.28、0.26；与未污染时比，污染后水动力弥散系数也会减小。乙醇汽油污染对多孔介质渗透性的削弱更显著，有机污染的积累会改变污染场地的水文地质参数，加强污染后水文地质参数的估测，能够为评价污染风险提供合理依据。关键词：水文地质参数；生物堵塞；地下水污染；LNAPL；时间矩；示踪实验中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1006-7493（2023）04-608-09Influence of Fuel Pollution on Hydrogeological Parameters of Porous Media YANG Pengfei1，CHEN Yudao1*，JIANG Yaping1,2，YAN Jianing1,2，ZHENG Gao1,2，ZOU Zhikun1，LIU Quan1，QIN Jiaxiao11.Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Area,Guilin University of Technology,Guilin 541004,China;2.Technical Innovation Center of Mine Geological Environmental Restoration Engineering in Southern Karst Area,Nanning 530031,ChinaAbstract:Influence of fuel pollution on groundwater environment is an important subject.Investigating the hydrogeological parameters of contaminated sites will be helpful to understand the changes of hydrogeological parameters before and after pollution,as well as changes of the migration behavior of contaminants in groundwater.To compare the differences of parameters before and after gasoline contamination and evaluate the impacts of gasoline contamination on hydrogeological parameters,three stages of quantitative tracer experiments in sand-tank were performed.The results show that:(1)the accumulation of gasoline contamination leads to the occurrence of bioclogging,and the degree of bioclogging tends to slow down with the increasing percolation distance;there exist differences in solute dispersion in different regions of porous media,and increased solute flux in DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2021108引用格式：杨鹏飞，陈余道，蒋亚萍，闫嘉宁，郑杲，邹志坤，刘权，覃佳肖.2023.燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究J.高校地质学报，29（4）：608-616杨鹏飞609杨鹏飞等：燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究4 期the dominant flow on the central line and the mass recovery rate;the solute Breakthrough Curves show a lean-high pattern and a clear trailing.(2)by monitoring the gasoline contamination for 6 years,it is found that the permeability coefficients of traditional gasoline tank(TG-tank)and ethanol gasoline tank(EG-tank)were 25.4 and 20.5 m/d,respectively,which decreased to 61%and 49%of the initial permeability coefficient KII before the sand tank was contaminated;the effective porosity of TG-tank and EG-tank was reduced from the initial value of 0.30 to 0.28 and 0.26,respectively.Hydrodynamic dispersion coefficient also tended to decrease.The permeability of porous media is reduced more significantly by ethanol gasoline pollution.The accumulation of organic contamination will change the hydrogeological parameters of the contaminated site,and strengthening studies of hydrogeological parameters after contamination can provide a reasonable basis for evaluating the contamination risk.Key words:hydrogeological parameters;bioclogging;groundwater pollution;LNAPL;time moment;tracer testsCorresponding author:CHEN Yudao,Professor;E-mail:1 引言地下水遭受燃油类非水相液体污染已是全球性的水安全问题（Gielnik et al.,2019;Palma et al.,2019），种类复杂的有机污染物更是受到广泛关注（朱辉等，2021），乙醇汽油的全面推广使用为地下水安全带来全新的挑战（中国能源编辑部，2017;Rama et al.,2019;陈余道等，2020）。有机污染物在地下水中会经历对流、弥散、吸附、生物降解等自然衰减（Natural Attenuation,NA），其中生物降解是自然衰减的主要机理（Seagren and Becker,2002;周睿等，2009;Chen et al.,2013）。考虑有机污染的难降解性，通常向地下水中补充电子受体、电子供体或营养物质，刺激土著微生物将有害的有机污染物降解为无害的产物，增强生物修复（Enhanced Bioremediation,EBR）实现破坏性衰减（O Connor et al.,2018）。然而，在多孔介质地下水污染的生物修复过程中，微生物附着在介质颗粒表面，会造成生物堵塞（bioclogging），不仅影响生物修复的效率，而且对含水介质的渗透性有明显的影响（Seifert and Engesgaard,2007;杨靖等，2011;章艳红等，2012;夏璐等，2014;高宗军等，2020）。水文地质参数是地下水污染物迁移规律研究的基础，同时也是燃油污染场地数值模拟和环境风险评价中不可或缺的一部分。现阶段，对汽油污染场地的水文地质参数认识不够充分，关于有机污染对地下水多孔介质水文地质参数影响的研究鲜有报道。在场地污染评价、环境风险评价和数值模拟中应用到的渗透系数、弥散系数和弥散度等水力参数，通常由抽水注水试验或弥散试验得到，其局限性在于很少考虑场地污染前后的变化，忽视了污染所带来的影响。因此，本研究利用实验室内地下水汽油污染模拟砂槽已有的示踪实验数据，通过时间矩方法揭示多孔介质水文地质参数在污染前后的变化，并反映传统汽油和乙醇汽油污染对水文地质参数的影响差异。2 材料与方法2.1 砂槽模型本次研究利用的砂槽模型始建于 2012 年，目的是开展浅层含水层污染模拟研究，模型结构如图 1 所示。模型外围及中间隔墙为砖混结构，砂槽纵向长 5.8 m，包括两端窄缝水槽各 0.2 m，多孔介质含水层长 5.4 m；横向宽 2.9 m，通过 0.3 m 厚隔墙分隔成传统汽油砂槽（Traditional gasoline tank,TG-tank）和 乙 醇 汽 油 砂 槽（Ethanol gasoline tank,EG-tank）；砂槽垂向高 1.3 m。砂槽内部填充 0.9 m厚的未污染砂料，粒径为 0.050.25 mm，主要成分为 SiO2(77.73%)、Al2O3(11.046%)、Fe2O3(3.769%)、CaO(1.723%)和 MgO(0.051%)，随后在砂层表面覆盖0.3 m 厚的粘土层。砂槽内设置了投注孔和分层取样孔，投注点距离底部 45 cm 高，取样点距离底部的高度分别为 15、30、45、60 和 75 cm；另外还设置了水位观测孔（W1W12）。TG-tank 和 EG-tank 通过两端窄缝水槽具有统一水头边界，供水水源为桂林市雁山区未污染的浅层地下水（陈余道等，2020）。砂槽实验均在相对稳定的一维流条件下开展，通过蠕动泵等流量进水和出水，平均水位（水面距离砂槽底板高度)约为 0.62 cm，平均水力坡度约为 0.001，平均达西速度 0.042 m/d（陈余道等，高校地质学报2 9 卷 4 期6102020）。2015 年 7 月开展了第一次汽油污染修复实验，分别在 TG-tank 和 EG-tank 投注孔投注 3 L的传统汽油和乙醇汽油（10%乙醇，V/V），并监测有机污染物 BTEX 的自然衰减作用；2018 年 11月第二次投注汽油，分别在 TG-tank 和 EG-tank 投注 1 L 的传统汽油和乙醇汽油，进行了增强生物修复实验（持续投注硫酸盐和硝酸盐，浓度均为 100 mg/L）（陈余道等，2020）和原位化学氧化技术修复实验（瞬时投注 4 次过硫酸盐溶液，分别为 10 g/L(1 L)、20 g/L(1 L)、50 g/L(2 L)、50 g/L(2 L)）。该砂槽在投注汽油之后一直处于不间断运行状态，至今已有 6 年时间。2.2 示踪实验定量示踪实验在确定场地地球化学反应和含水层特征具有很大的应用潜力（Hebig et al.,2015），示踪剂的选择是定量示踪试验的关键，溴离子不被吸附和生物降解，其浓度衰减主要受水动力弥散作用的影响，可以反应溶质迁移与归宿问题（Ptak et al.,2004;蒋亚萍等，2009），故选用非反应示踪剂溴化钾。在砂槽投注汽油前后，一共开展了三次溴离子示踪实验，实验背景均未检出溴离子。在砂槽水力稳定条件下，分别在 TG-tank 和 EG-tank 投注孔瞬时投注相同浓度、相同体积的溴化钾(KBr)溶液，具体情况如表 1 所示。2.3 样品分析通过蠕动泵在各取样点抽取 10 mL 水样置于20 mL 棕色瓶中，使用离子色谱仪(DIONEX ICS-1000IC)检测溴离子，最低检测限为 0.10 mg/L。色谱条件：泵流速 1.0 mL/min，柱加热器温度 30，检测器池温 35，数据速率 5.0 Hz，抑制器类型 ASRS_4 mm，抑制器电流 50 mA，淋洗液为 20 图1 实验砂槽装置平面(a)和剖面(b)Fig.1 Plan view(a)and cross-section(b)of a sand tank device in the laboratory表1 示踪实验水力条件和投注量Table 1 Hydraulic conditions and injection volume of the tracer test示踪实验实验时段水力控制条件示踪剂KBr进出水流量Q/(m3/d)进水口水位波动范围/m水力坡度J投注浓度/(mg/L)投注量/LTracer 1*2013/05/06-2013/05/290.23760.81 0.830.00102003Tracer 22018/10/17-2018/11/150.08640.67 0.680.00155001Tracer 32021/03/18-2021/04/260.08640.53 0.540.00152001注：*Tracer 1仅在EG-tank开展了示踪实验，TG-tank中没有开展示踪实验；表中“水位”是指砂槽底板以上水面高度611杨鹏飞等：燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究4 期mmol/L 的氢氧化钾溶液，进样量 10 L。2.4 数据处理2.4.1 时间矩分析对于多孔介质中某监测点 x 的溶质穿透曲线（Breakthrough Curves,BTCs），通过时间矩分析可以反映溶质随时间变化的迁移行为。BTCs 零阶时间矩 M0表示溶质通过监测点的总质量；一阶标准化时间矩 1表示溶质迁移至监测点的平均滞留时间（Mean Residence Time,MRT）；二阶时间矩 M2表示溶质在多孔介质中的离散程度(Govindaraju and Das,2007;Chen et al.,2013)。表达式如下：Mc x t dt0=0(,)（1）MRT=1MM1000tc x t dtc x t dt(,)(,)（2）2=MM0200t c x t dtc x t dt2(,)(,)（3）式中，c(x,t)为t时x处的监测浓度，t为溶质浓度c对应的监测时间；M0表示零阶时间矩；1表示一阶标准化时间矩；M2表示二阶时间矩；2表示二阶标准化时间矩。示踪剂质量回收率表达式如下（Hebig et al.,2015）：R=Mm0100%（4）式中，m为示踪剂投注质量。示 踪 剂 迁 移 速 度表 达 式 如 下(Das and Kluitenberg,1996)：=10 x0.5t（5）示踪羽流长度表达式如下：Lt=（6）式中，t为示踪剂连续检出时间。由于示踪剂投注过程是瞬时完成的，相对整个实验持续时间很短，可设 t0=0。纵向弥散系数 DL可根据示踪剂 BTCs 的一阶和二阶标准化时间矩利用下式（Young and Ball,2000;Chen et al.,2013）得到：DL=212x3212t02（7）进一步，由纵向弥散系数得到介质的纵向弥散度，量纲（m）：=DL（8）2.4.2 解析解砂槽是均质各向同性、等厚的多孔介质，水流符合一维稳定流动。以投注孔为原点在平面上建立直角坐标系，沿水流方向为 x 轴(纵向)，垂直于水流方向为 y 轴（横向），瞬时注入示踪剂时，溶质运移方程的解析解为（鲁程鹏等，2009;郭建青等，2011）：c x y t(,)exp=4nBt D DmxtyLT()44D tD tLT22（10）式中，c(x,y,t)表示t时刻监测点(x,y)处示踪剂的浓度（mg/L）；m为瞬时投注的示踪剂质量（mg）；DL为纵向弥散系数（m2/d）；DT为横向弥散系数（m2/d）；n为有效孔隙度；B为含水层厚度（m）；其它符号同上。选择 x 轴上的监测点(x0,0)和 x 轴以外的监测点(x1,y1)，利用（9）式两端乘以 t 再取对数，经变换后可形成两个直线方程：Yab X0000=+（10）Yab X1111=+（11）式中，X0、Y0、X1和Y1是监测浓度c和监测时间t的函数，a0、b0、a1和b1是与纵向弥散系数DL、地下水流速、横向弥散系数DT和孔隙度n有关的待求系数，具体表达式可参见文献（郭建青等，2011）。通过因变量 Y0与自变量 X0的相关分析，以及Y1和 X1相关分析，得到相关方程、求得 a0、b0、a1和 b1，进一步通过下式求得参数：DL=4xa020（12）=4b D0L（13）DT=4ya121（14）n=4exp()BbD Dm1LT（15）这种方法的优点是能够利用两个监测点数据同时求出弥散系数和孔隙度，且计算方法较简单（郭建青等，2011）。本文利用 Tracer 3，以投注点为原点，选择 C2-45 和 B2-45、C6-45 和 B6-45 监测点分别计算 TG-tank、EG-tank 的弥散系数和孔隙度。高校地质学报2 9 卷 4 期6123 结果与讨论3.1 示踪剂溴离子BTCs特征由于砂槽水力条件相对稳定，介质中水流可视为一维稳定流。根据监测，砂槽中 C 列 45 cm 监测的示踪剂浓度比 A、B、D 和 E 列明显高得多，且明显比 C 列 15、30 和 60 cm 层位检出值高，这个监测结果与相似砂槽监测结果一致（蒋亚萍等，2009;Chen et al.,2013），因此 C 列 45 cm 连线可以被认为是投注示踪剂形成的晕体轴线。参考示踪羽流中央线分析方法（Bockelmann et al.,2003;Beyer et al.,2006;Chen et al.,2013），本次讨论结合示踪剂投注点位置，以 C 列 45 cm 高度的示踪剂浓度作为代表探讨示踪剂迁移过程。3 次示踪实验的溴离子标准化浓度(C/C0)BTCs 如图 2 所示，在投注孔下游中央线方向上，溴离子检出浓度明显衰减，各监测点溴离子 BTCs 均呈单峰。3.1.1 质量回收率根据汽油污染前 EG-tank 示踪实验 Tracer 1，溴离子 BTCs 跨度较小，拖尾现象不明显。然而，污染后两次示踪实验 Tracer 2 和 Tracer 3 在监测点的 BTCs 出现了不同程度的拖尾，示踪羽流长度延长。各监测点标准化峰值、羽流长度如表 2 所示。图2 C列45 cm层位溴离子BTCsFig.2 BTCs of bromine ion at 45 cm in column C表2 监测点BTCs特征Table 2 BTCs characteristics at the monitoring sites示踪实验监测点标准化浓度峰值(Cmax/C0)/示踪羽流长度(m)/质量回收率%TG-tankEG-tankC2-45C3-45C4-45C6-45C7-45C8-45Tracer 1-0.22/1.00/7.50.07/1.11/2.90.05/1.85/4.0Tracer 20.12/1.67/18.20.03/2.00/7.40.01/2.57/3.80.15/1.50/24.20.05/1.71/12.80.03/2.37/9.0Tracer 30.36/2.33/48.20.74/2.63/25.10.02/2.93/8.20.40/2.38/58.20.09/2.71/27.30.04/3.19/17.4613杨鹏飞等：燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究4 期根据时间矩分析公式（1）和（4），可以求得示踪实验通过监测点 C2-45 和 C6-45 的质量回收率，如表 2 所示。汽油污染后，TG-tank 在 C2-45的质量回收率由 Tracer 2 的 18.2%增加至 Tracer 3的 48.2%，回收率提高了 30.0%；EG-tank 在 C6-45的质量回收率由 Tracer 1 为 7.5%增加至 Tracer 3的 58.2%，回收率提高了 50.7%，而污染前 EG-tank 中示踪实验 Tracer1 在 C6-45 的质量回收率仅为 7.51%。这些结果表明随着汽油污染的加重或时间推移，由于生物堵塞作用（章艳红等，2012;夏璐等，2014），多孔介质中溶质扩散能力发生了变化，中央线上优势流的溶质通量增加，在 Tracer 3监测点C2-45和C6-45形成更加尖锐的峰型（图2）。同时，Tracer 2 中 C2-45 和 C6-45 质量回收率分别为 18.2%和 24.2%，Tracer 3 中质量回收率分别为48.2%和 58.2%，EG-tank 质量回收率高于 TG-tank，表明 EG-tank 中溶质的弥散作用相对较差（Hebig et al.,2015），乙醇汽油污染后的生物堵塞作用更显著。3.1.2 平均滞留时间根据时间矩分析公式（2），得到 TG-tank 和EG-tank 示踪羽流的 MRT，如表 3 所示，汽油污染前后示踪羽流在 TG-tank 和 EG-tank 的 MRT 有明显差异，污染后溴离子在各监测点的 MRT 明显增加，表明运移速率降低。在 EG-tank 中，污染前 Tracer 1 示踪羽流通过 C6-45 的 MRT 是 2.95 d，污染后Tracer 2 和 Tracer 3 对应的 MRT 分别增加到 4.20 d和 4.95 d；在 C7-45 和 C8-45 也呈现了相似的特征。在 TG-tank 中，Tracer 3 羽流通过 C2-45、C3-45 和C4-45 的 MRT 均比 Tracer 2 长。这个结果表明污染会降低溶质在多孔介质中的迁移速率。同时，对比TG-tank 和 EG-tank 可以发现，Tracer2 和 Tracer 3中 C2-45 的 MRT 分别为 3.51 和 3.56 d，都比 C6-45对应的值小；C3-45 与 C7-45、C4-45 与 C8-45 比较，也都具有相似特征，羽流通过 EG-tank 中监测点的时间更长，这表明乙醇汽油污染比传统汽油更容易导致溶质滞留时间的延长。3.1.3 平均迁移速度根据时间矩分析公式（5）计算结果，如表 3所示，示踪剂在 TG-tank、EG-tank 中沿水流方向各监测点的平均迁移速度均呈加快趋势，在邻近投注孔的 C2-45、C6-45 处速度最慢。Tracer 2 羽流通过C2-45 和 C6-45 的平均速度分别为 0.143、0.119 m/d，Tracer 3 羽流通过的速度分别为 0.140、0.101 m/d。由此可见，示踪剂在汽油污染源区的迁移速度相对下游区域更慢，生物堵塞程度随着渗流距离的增加而减缓；随着汽油污染的累积，同一监测点流速也会有减缓趋势；TG-tank 中示踪剂运移速度要明显快于 EG-tank。3.2 水文地质参数变化3.2.1 弥散系数和弥散度根据时间矩分析公式（7）和（8），得到 TG-tank 和 EG-tank 主要监测点的纵向弥散系数和弥散度，如表 4 所示。对比 EG-tank 三次示踪实验监测点的纵向弥散系数，可以发现污染后的结果比污染前的结果小。以 EG-tank 污染前的 Tracr1 结果（0.0041 m2/d）为参照，污染后 EG-tank 和 TG-tank 的纵向弥散系数均减少，如表 5 所示。其中，Tracer 2 和 Tracer 3 中 EG-tank 的纵向弥散系数分别为 0.0021、0.0033 m2/d，TG-tank 的纵向弥散系数分别为 0.0036、0.0038 m2/d。其原因与汽油污染后微生物大量生长有关（Wang et al.,2022），引起生物堵塞，并导致了水动力弥散系数降低（Engesgaard et al.,2006）。除了微生物生长因素外，孔隙水流速也是影响水动力弥散系数大小的重要因素。如表 5 所示，Tracer 1 中 EG-tank 的纵向弥散度为 0.021 m；Tracer 2 中 TG-tank 和 EG-tank 的纵表3 示踪羽流平均滞留时间和平均迁移速度Table 3 Mean residence time and average migration velocity of tracer plumes示踪实验平均滞留时间MRT(d)/平均迁移速度(m/d)TG-tankEG-tankC2-45C3-45C4-45C6-45C7-45C8-45Tracer 1-2.95/0.1708.95/0.22317.72/0.209Tracer 23.51/0.14312.33/0.16222.62/0.1644.20/0.11914.31/0.14024.57/0.151Tracer 33.56/0.14015.70/0.12726.66/0.1394.95/0.10116.78/0.11927.39/0.135高校地质学报2 9 卷 4 期614向弥散度分别为 0.023、0.016 m；Tracer 3 中 TG-tank 和 EG-tank 的纵向弥散度均为 0.028 m。对比Tracer 1 和 Tracer 2 中 EG-tank 的纵向弥散度发现，汽油污染后发生生物堵塞，使得多孔介质的纵向弥散度降低。另外，Tracer 3 中 TG-tank 和 EG-tank 的纵向弥散系数、纵向弥散度要大于 Tracer 2 的分析结果。考虑可能是第 2 次汽油污染后增强生物修复和原位化学氧化去除含水介质中的燃油类污染物，改善了多孔介质的水动力弥散系数。以 Tracer 3 的 C2-45、B2-45 和 C6-45、B6-45为监测点，利用解析解计算方法，求得中间变量X0、Y0和 X1、Y1，对它们分别做相关分析，结果如图 3 所示；进一步根据相关方程确定了 a0、b0和a1、b1，用解析解公式（12）（15）得到 TG-tank和 EG-tank 的水文地质参数，如表 6 所示。其中TG-tank 和 EG-tank 纵向弥散系数分别为 0.0084、0.0034 m2/d；同时，TG-tank 的横向弥散系数为0.0002 m2/d，大于 EG-tank 的 0.0001 m2/d。这一结果表明乙醇汽油污染对多孔介质水动力弥散系数的影响比传统汽油显著。3.2.2 有效孔隙度在投注汽油之前，2015 年 3 月经注水排水试验 测得砂槽含水介质的平均孔隙度为 n=0.30，近似于加拿大 Borden 实验场地的有效孔隙度 0.33（Freitas et al.,2011）。如表 5 所示，Tracer 3 中 TG-tank 和 EG-tank 的有效孔隙度分别为 0.28、0.26，表明汽油污染后 TG-tank 和 EG-tank 的有效孔隙度明显降低。其原因是汽油污染后微生物的代谢产物附着、堆积在含水层颗粒表面，导致多孔介质的有效孔隙度降低，进而引起含水层堵塞（Rinck-Pfeiffer et al.,2000;高宗军等，2020）。另外，汽油组分在多孔介质表面的吸附和介质孔隙中的残留，也占据了含水介质的部分孔隙空间。3.2.3 渗透系数K渗透系数是反映含水介质透水性的重要水文地质参数。2013年5月对砂槽进行注水排水试验，测得含水层介质渗透系数变化范围为 51.5471.30 m/d，渗透系数平均值为 K=65.01 m/d。经注水排水试验 测得砂槽污染前平均渗透系数 K=41.5 m/d。两次注水排水试验渗透系数的值不同，考虑是砂槽内部填充砂料在 2 年里流水状态下沉降压实的结果。根据 V=n 和 V=KJ 得到 Tracer 2 和 Tracer 3中 TG-tank、EG-tank 的渗透系数，如表 5 所示，对比汽油污染前后 TG-tank 和 EG-tank 的渗透系数变表4 时间矩分析的纵向弥散系数和弥散度结果Table 4 Results of longitudinal dispersion coefficient and dispersion using moment analysis示踪实验监测点纵向弥散系数D(m2/d)/弥散度(m)TG-tankEG-tankC2-45C3-45C4-45C6-45C7-45C8-45Tracer 1-0.0037/0.0220.0013/0.0060.0072/0.035Tracer 20.0037/0.0260.0023/0.0140.0048/0.0300.0025/0.0210.0013/0.0090.0025/0.016Tracer 30.0041/0.0290.0024/0.0190.0048/0.0340.0035/0.0340.0020/0.0170.0045/0.034表5 砂槽水文地质参数平均值Table 5 Average values of hydrogeological parameters of the sand tank示踪实验平均水流速度/(m/d)纵向弥散系数D/(m2/d)纵向弥散度/(m)有效孔隙度n渗透系数K/(m/d)Tracer 1EG-tank0.2010.00410.0210.32(达西定律)65.01(注水-排水)Tracer 2TG-tank0.1560.00360.0230.30(注水-排水)31.2(达西定律)EG-tank0.1360.00210.0160.30(注水-排水)27.2(达西定律)Tracer 3TG-tank0.1360.00380.0280.28(解析解)25.4(达西定律)EG-tank0.1180.00330.0280.26(解析解)20.5(达西定律)表6 Tracer3解析解分析结果Table 6 Results of analytical solution of Tracer 3砂槽纵向弥散系数DL/(m2/d)横向弥散系数DT/(m2/d)孔隙水实际流速/(m/d)有效孔隙度nTG-tank0.00840.00020.1680.28EG-tank0.00340.00010.1070.26615杨鹏飞等：燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究4 期化发现，经历 6 年的汽油污染后 TG-tank、EG-tank在 Tracer 3 的渗透系数为 25.4、20.5 m/d。其中，TG-tank 的渗透系数降低为 K的 61%；EG-tank 的渗透系数降低为 K的 49%。表明传统汽油和乙醇汽油污染的累积会降低含水介质的渗透性。已有研究发现，微生物堵塞可直接导致含水介质渗透性降低（张晓婉等，2014），微生物代谢分泌产生的胞外聚合物是渗透性降低的主要原因（Thullner,2010;潘俊等，2018）；同时，生物膜的产生（Knowles et al.,2011;杨靖等，2011）和乙醇组分的存在（蒋亚萍等，2010）会加速含水介质堵塞发生。通过相关研究可知，汽油污染为微生物生长繁殖提供充足的营养物质，有助于微生物数量增加，生物体及其代谢产物附着和堆积在多孔介质上形成生物膜（Taylor and Jaff,1990;路莹等，2012），从而导致砂槽的渗透性降低。4 结论（1）汽油污染的积累会导致生物堵塞发生，生物堵塞程度随着渗流距离的增加有减缓趋势；多孔介质中溶质扩散能力发生变化，中央线上优势流的溶质通量增加，质量回收率提高；溶质 BTCs 峰型呈现瘦高型，并出现明显的拖尾。（2）经历长达 6 年的汽油污染后，TG-tank 和EG-tank 的渗透系数分别为 25.4、20.5 m/d，降低为砂槽污染前初始渗透系数 K的 61%、49%；TG-tank 和EG-tank 的有效孔隙度由初始值 0.30 分别减小为0.28、0.26。随着汽油污染的累积，孔隙水流速和水动力弥散系数均呈减小趋势。（3）乙醇汽油污染对水文地质参数的影响要比传统汽油更显著，尤其是对多孔介质渗透性的削弱更明显，针对乙醇汽油污染的场地修复可能面临的问题更严峻。建议对污染场地的水文地质参数进行调查，为场地治理评估提供依据。参考文献(References):陈余道，和乐为，夏源，等.2020.BTEX在乙醇汽油和传统汽油污染地下水中的衰减行为对比J.环境科学学报，40(6):2142-2149.高宗军，徐海龙，夏璐.2020.地下水人工回灌含水介质微生物堵塞试验研究J.水文地质工程地质，47(3):8-16.郭建青，周宏飞，王洪胜.2011.分析二维水动力弥散试验数据的图 3 解析解计算中间变量相关分析图(其中，中间变量X0、Y0、X1和Y1是监测数据c-t的函数，方法来自郭建青等,2011)Fig.3 Regression analysis results of intermediate variables in the analytic solution computation 高校地质学报2 9 卷 4 期616改进直线解析法J.勘察科学技术，(1):14-17蒋亚萍，陈余道，张燕，等.2010.反硝化增强去除乙醇对多孔介质渗透性的影响J.高校地质学报，16(1):32-38.蒋亚萍，陈余道，朱义年，等.2009.地下水中乙醇汽油溶解组分运移与生物降解的研究J.水利学报，40(7):878-884.鲁程鹏，束龙仓，苑利波，等.2009.基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数J.吉林大学学报(地球科学版)，39(4):717-721.路莹，杜新强，范伟，等.2012.地下水人工回灌过程中微生物堵塞的预测J.湖南大学学报(自然科学版)，39(1):77-80.潘俊，宋佳蓉，王昭怡，等.2018.硫酸盐还原菌和铁细菌对回灌堵塞影响的试验研究J.水文地质工程地质，45(4):31-36.夏璐，郑西来，段玉环，等.2014.砂柱微生物堵塞过程及机理分析J.水利学报，45(6):749-755.杨靖，叶淑君，吴吉春.2011.生物膜对饱和多孔介质渗透性影响的实验和模型研究J.环境科学，3