土壤中有机污染物迁移的离心试验的研究.pdfVIP

土壤中有机污染物迁移的离心试验研究’ 胡黎明’，张建红’，劳敏慈Zs 家V1，殷昆亭’，潘 宏3 (7.清华大学水利水电工程系，北京 100084; z.香港科技大学土木工程系，香港九龙清水湾;3.深圳市半岛建设监理有限公司，深圳) 摘 要:离心模型试验技术能够在较小模型中再现原型特性，显著缩短试验时间，成为环境岩土工 程研究的重要手段。本文通过离心的模拟试验论证了离心试验模拟不溶性有机污染物迁移的可行 性，得到了一些有意义的成果，同时指出了进一步研究的方向 关词‘’”。模‘”试“’环境土“工“NA‘P};污染”迁移’螂mV试“ 1 前 言 环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题。为了实现可持续的发展，环境保护工 作应是发展过程的一个整体组成部分，「」。所有类型的污染都直接或间接地影响地表土壤的性 质，土壤的污染与防治是环境岩土工程中的一个重要课题。石油及其产品是导致土壤污染的最 重要的有机污染物之一，其开采、运输、加工和使用工程中的溢出、泄漏等会对土壤和地下水造 成严重的污染，对植物、鱼类和野生动物造成不利影响，成为威胁人类生存环境的潜在因素，影 响人类社会的可持续发展。大部分石油产品是不溶于水的液体，称为非水相流体(NAPLs. Non-AqueousPhaseLiquids).NAPLs在土体系统中的迁移是一个非常复杂的过程。为了确 定有效的防治和消除土壤污染的方法，减少对人类健康和生存环境的危害，污染物的迁移运动 规律是最重要的研究内容之一。 目前研究采用的方法主要有室内土柱试验，现场试验，数值分析方法。土柱试验易操作.但 是不能模拟实际土体的重力效应，也不适于做污染物迁移的长期观测;现场试验可以得到较为 准确的量测数据，但是由于历时较长，受外界因素影响较大，并且试验本身会造成环境污染;数 值分析的精度主要依赖于输人参数和本构模型的准确性，由于缺少足够的数据，数值模型的检 验和校正变得非常困难，也很难对污染扩散过程作出准确预测[z1 土工离心机能够模拟重力场，并且能够对材料和水文地质条件作较为准确的模拟，在污染 物迁移问题的离心模型试验中，根据相似率，试验模拟时间可以缩短为实际的1/Nz，从而使长 历时环境岩土工程问题的研究成为可能C,]。同时，模型的模拟技术通过采用不同的加速度对 同一原型进行模拟，可以验证离心模型试验的合理性川。离心模型试验已成为一种研究环境岩 土工程的有效试验手段沁们。 Illangasekare等人(1991)首次采用离心试验研究NAPLs在非饱和土中的一维流动，观 察到厂油相在人渗过程中的锋面[71。KnightandMitchell(1996)用离心机模拟了NAPLs在不 致谢:本文得到香港研究资助局(RGG (项 目编号HKUST6112/99E)和水利系基础研究基金的资助。 土壤中有机污染物迁移的离心试验研究 ·235. 同孔隙比细砂中的迁移过程，并用模型的模拟技术验证了离心模型可以再现土水特征曲线川 Esposito等人(1999)用摄像跟踪技术观察二维模型中NAPI、在细砂中的迁移，并比较了不 同离心加速度下污染范围的试验结果Il这些试验都是在低离心加速度(30g)下完成的，模 拟的时间一般小于3个月。然而 石油类污染物在土壤中的迁移和污染持续时间很长.可以达 到30年以上，因此对污染物长期迁移过程的监测是非常重要的 另外，检测NAPI,s浓度一般 都采用间接方法川，精度很差，对于有机物含量1%以下的情况无能为力，而NAPL。类污染物 在土壤和地下水中的最终浓度一般以PPM和ppb计量，因此需要更为精确的方法分析测定污 染物浓度。 本文采用气相色谱分析方法精确测定土壤中NAPIs各组分的浓度，通过离心模型的模 拟技术论证了高重力加速度下模拟NAPLs迁移的可行性。 2 试验设备与试验模型 本文离心模型试验模拟由于地下油罐泄漏而造成的NAPLs在非饱和土中的迁移和污 染，首先采用50g,75g和100g等三个不同的离心加速度对同一原型进行模拟，对其试验结 果进行比较.论证离心试验模拟NAPLs迁移问题的可行性。 2.1试验设备和试验模型 本文离心模型试验在清华大学50g-ton土工离心机上进行，该离心机转臂半径2.5m，最 大加速度为250g，能够长时间运行。 试验采用英国标准砂(