非均质低渗透沉积物中扩散边界层与初始污染对反向扩散的作用：独立于源历史反演的模型及场地应用

本文推荐一种独立于源历史反演的反向扩散分析模型，创新性地耦合了扩散边界层（DBL）效应、沉积物非均质性与空间变异初始污染分布。该模型通过实验与数值模拟验证，应用于四氯乙烯（PCE）污染场地，揭示了忽略DBL可导致羽流拖尾时间低估达40年，而低质量传递系数（kDBL）和初始浓度分布参数（σ, μ）会显著调控污染持久性。研究成果为地下水长期风险管理提供了关键理论工具和工程启示。

　　

Highlight

本研究通过建立独立于源历史反演的反向扩散模型，量化了扩散边界层（DBL）、初始污染分布和沉积物非均质性对低渗透沉积物中污染物反向扩散的耦合作用。模型验证表明，忽略DBL会导致羽流拖尾时间低估高达40年，而低质量传递系数（k_DBL）可能显著缩短拖尾时间。初始浓度分布方差（σ）和峰值位置（μ）分别以指数和抛物线形式影响反向扩散动态，非均质含水层的滞留效应与扩散差异性更会将污染持久性放大数个数量级。

Conclusions

本研究开发的新型分析模型明确纳入DBL动力学、空间变异初始污染及沉积物非均质性，成功预测低渗透沉积物中的反向扩散行为。模型验证与场地应用表明：

(1) 含水层污染物浓度随时间呈幂律变化（c_a = a × t^b），可通过有限监测数据预测动态；

(2) 及时修复污染源可有效抑制反向扩散；

(3) DBL质量传递系数极低时，抑制其传质成为缩短羽流拖尾的有效策略；

(4) 初始浓度分布与非均质性显著延长污染持久性，凸显了在风险评估中考虑这些参数的必要性。