在多时变点源条件下，垂直截断墙的服务性能与设计方法研究

《Journal of Contaminant Hydrology》：Study on service performance and design method of vertical cutoff wall under multi–time-varying point source conditions

三维污染物传输模型研究及挡土墙失效分析，揭示非饱和介质特性对污染物迁移的影响规律，提出综合考虑点源类型、分布及含水层厚度的综合设计方法。

　　在当前的环境治理领域，土壤和地下水污染对生态系统及人类健康的影响引起了全球范围的关注。由于污染物种类的多样性和地质条件的不确定性，研究污染物的迁移过程变得尤为复杂。为了解决这一问题，科学家们通常采用数值模型或解析模型进行模拟。这些模型能够帮助人们更好地理解污染物在环境中的传播路径，从而为污染治理提供科学依据。然而，现有的研究大多集中于非点源污染，对于点源污染的迁移过程，尤其是结合了垂直截断墙的治理技术，研究仍显不足。

垂直截断墙作为一种常见的原位修复技术，被广泛应用于控制污染范围。其原理是通过设置物理屏障，将污染物限制在特定区域内，防止其进一步扩散。在实际工程中，垂直截断墙通常被布置在污染源与含水层之间，以减少污染物对地下水的污染风险。因此，研究垂直截断墙的污染物迁移机制，对于评估其治理效果和优化设计具有重要意义。

现有研究主要集中在饱和条件下的污染物迁移过程，假设地下水呈稳定流动状态，忽略了非饱和条件对污染物迁移的影响。然而，非饱和条件下的污染物迁移行为更为复杂，受到土壤含水量、孔隙结构、污染物吸附和降解等因素的共同作用。因此，为了更真实地反映污染物在三维空间中的迁移过程，有必要建立考虑非饱和特性的模型。本研究正是在此背景下展开，旨在通过建立三维污染物迁移模型，分析不同类型的点源污染对垂直截断墙的影响，以及截断墙厚度和位置对污染物迁移过程的控制效果。

在建立模型的过程中，研究人员首先明确了基本假设。假设污染源位于内部含水层，垂直截断墙位于其下方，外部含水层则位于截断墙的另一侧。模型考虑了土壤层和截断墙的非饱和特性，以及地下水位的波动对污染物迁移的影响。同时，模型假设污染物以点源形式释放，其释放方式包括瞬时释放、有限脉冲释放和衰减释放。这些释放方式反映了污染源在时间和空间上的不同分布特性，对污染物迁移过程具有重要影响。

在模型建立的基础上，研究人员进一步分析了不同类型的点源污染对垂直截断墙的影响。研究表明，点源的类型和位置对污染物的迁移路径和截断墙的治理效果具有显著影响。例如，当点源释放时间较短时，污染物在截断墙出口处的浓度和总质量通量会迅速上升，而截断墙的破裂时间也会相应缩短。相反，当点源释放时间较长时，污染物的迁移过程会更加缓慢，截断墙的破裂时间则会延长。此外，点源的衰减系数也对污染物的迁移过程产生影响，衰减系数越高，污染物在截断墙出口处的浓度和总质量通量会逐渐下降，而截断墙的破裂时间则会缩短。

同时，研究人员还分析了截断墙厚度和位置对污染物迁移过程的影响。结果显示，截断墙的厚度增加会延长污染物的迁移时间，提高截断墙的治理效果。相反，截断墙的位置变化则会影响污染物的迁移路径和分布范围。例如，当截断墙靠近污染源时，污染物的迁移路径会受到更大限制，治理效果更佳；而当截断墙远离污染源时，污染物的迁移范围会扩大，治理难度增加。因此，在实际工程中，截断墙的设计需要综合考虑污染源的位置、污染物的迁移特性以及截断墙的厚度和位置，以实现最佳的治理效果。

此外，研究人员还探讨了地下水位波动对污染物迁移的影响。在非饱和条件下，地下水位的变化会显著影响污染物的迁移路径和速度。例如，当地下水位上升时，污染物更容易通过毛细作用进入截断墙，从而加快其迁移速度；而当地下水位下降时，污染物的迁移路径会受到抑制，迁移速度减缓。因此，在建立模型时，必须考虑地下水位波动对污染物迁移的影响，以更真实地反映污染物在三维空间中的传播过程。

在实际应用中，垂直截断墙的治理效果不仅取决于其设计参数，还受到污染源类型和分布的影响。例如，当污染源为多点源时，污染物的迁移过程会更加复杂，不同点源之间的相互作用可能会影响污染物的分布范围和迁移速度。因此，研究多点源污染对垂直截断墙的影响，有助于优化治理方案，提高治理效率。同时，污染源的释放时间、衰减系数和分布位置等参数，也对污染物的迁移过程产生重要影响。因此，在建立模型时，必须对这些参数进行敏感性分析，以评估其对污染物迁移和截断墙治理效果的影响。

本研究的另一个重要目的是提出垂直截断墙的综合设计方法。通过分析不同参数对污染物迁移和截断墙治理效果的影响，研究人员可以为实际工程中的截断墙设计提供科学依据。例如，当污染源释放时间较短时，截断墙的厚度和位置需要相应调整，以延长污染物的迁移时间，提高治理效果。当污染源的衰减系数较高时，截断墙的设计需要考虑污染物的衰减过程，以减少其对地下水的污染风险。此外，截断墙的渗透系数也会影响污染物的迁移速度，因此在设计过程中需要合理选择材料和结构，以降低污染物的迁移速率。

综上所述，本研究通过建立三维污染物迁移模型，分析了点源污染对垂直截断墙的影响，以及截断墙厚度和位置对污染物迁移过程的控制效果。研究成果表明，点源的类型和释放时间对污染物的迁移路径和截断墙的治理效果具有显著影响，而地下水位波动和非饱和特性则对污染物的迁移过程产生重要影响。因此，在实际工程中，必须综合考虑这些因素，以实现最佳的污染治理效果。同时，本研究也为未来的研究提供了新的方向，即在非饱和条件下建立更精确的污染物迁移模型，以更好地反映污染物在三维空间中的传播过程。