【正文】 面(或壓力水面)近似地用通過由各有限單元頂點的平面(或曲面)所代替，將求解區(qū)域內(nèi)各點水頭問題，轉(zhuǎn)化為求解有限單元頂點水頭問題。在式（422）中，等號左邊為積累項，等號右邊第一項為彌散項，第二項為對流項，第三項為源匯項。把式（412）、（413）和（414）代入（411）,得： （416）式中，是多孔介質(zhì)的儲水率。它的棱長分別為、和，各側(cè)面面積分別為、和。此外，地下水與滲濾液中的Cl之間也存在著密度反差，不僅加速了Cl的傳播，還會導(dǎo)致其與地下水（低密度）之間的水動力混合進一步增強。從上面的討論中，我們看到，滲濾液中的Cl既可隨地下水做對流運動，也可以隨水分子濃度擴散做擴散運動。于是，遲滯因子（Rd）亦可表示為： （324）式中：v——地下水流的線形流速； ——污染帶鋒面的流速。對于特定的固相介質(zhì)來說，某一污染物的Kd值為一常數(shù)。遲滯因子（Rd）來源于對流彌散吸附方程： (319）式中:v——沿x方向地下水的線形平均流速；——地下水中Cl的濃度；——水流方向的距離；——彌散系數(shù)； ——含水層介質(zhì)容量；——含水層有效孔隙度；——每單位重量介質(zhì)吸附的Cl重量；——時間。溶質(zhì)與水流合起來流動可用一個水動力彌散系數(shù)D描述，并以下式表示: （315） （316）式中:——平行于主軸流動方向的水動力彌散系數(shù)；——垂直于主軸流動方向的水動力彌散系數(shù)；、——分別為縱軸和橫軸水動力彌散度；——分子擴散系數(shù)。Dd　的值當(dāng)溫度為25 ℃時在1109至2109 m2/s之間，但當(dāng)溫度為5 ℃時其值減少約50%。Fick第一定律可表示為: （314）式中：F——單位面積單位時間通過的溶質(zhì)；——擴散系數(shù)()；C——溶質(zhì)濃度()；——溶質(zhì)濃度梯度(在多孔介質(zhì)中的分子擴散作用受孔隙的不均勻性、孔隙的大小與結(jié)構(gòu)及介質(zhì)中擴散離子的電價等綜合影響，變化十分復(fù)雜，亦存在縱向擴散和橫向擴散兩種形式。例如軸向機械彌散系數(shù)，其中為主流動方向平均線性速度(L/T)，為主流動方向的動態(tài)彌散率(L)。上述3個現(xiàn)象是引起機械彌散的原因。因此只好從微觀水平上過渡到比較粗的宏觀水平上來描述地下水質(zhì)點在多孔介質(zhì)中發(fā)生的流動。一般可以分為三種情況:1)同一孔隙中，地下水質(zhì)點流速不等于實際平均流速。向前彌散的溶質(zhì)峰面也會沿垂直于軸向的方向彌散，這是由于固骨架的阻擋作用產(chǎn)生了橫向機械彌散，橫向彌散大概可以波動一個顆粒直徑大的范圍。流體動力彌散是一種宏觀現(xiàn)象，但其根源卻在于多孔介質(zhì)的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)與流體的非均一的微觀運動。含示蹤跡的水超前于平均流速達到的位置，它們之間有一個流體動力彌散導(dǎo)致的示蹤跡濃度漸變的過渡帶。在流動區(qū)域某點緩慢地連續(xù)注入含某種示蹤劑濃度為C0的水，則在注入點周圍示蹤物質(zhì)逐漸散布開，并不斷占有流動區(qū)域中越來越大的部分，超出了僅按平均流動所預(yù)測占據(jù)的范圍。對流遷移可以發(fā)生在飽和和非飽和土壤或含水層中，也可以在穩(wěn)態(tài)水流或非穩(wěn)態(tài)水流下發(fā)生。滿足上述條件的假想水流稱為滲透水流。簡化模型應(yīng)易于數(shù)學(xué)處理并體現(xiàn)多孔介質(zhì)的主要特征。有效孔隙體積與總體積之比稱為有效孔隙度,即： = （37）2）多孔介質(zhì)的壓縮性多孔介質(zhì)的壓縮性可以用多孔介質(zhì)的壓縮系數(shù)表示?？紫抖戎缚紫兜捏w積Uv與多孔介質(zhì)總體積U（包括孔隙體積和固體顆粒所占的體積）之比，即： = （36）孔隙度大小取決于多孔介質(zhì)中骨架的粒徑分布和孔徑分布。3）至少構(gòu)成孔隙空間的某些孔洞應(yīng)相互連通，以保證流體通過。在孔隙空間中存在氣相和（或）液相。因此，這里從滲流角度來定義多孔介質(zhì)，需要規(guī)定從多孔介質(zhì)的一側(cè)到另一側(cè)有若干連續(xù)的通道，并且孔隙和通道在整個多孔介質(zhì)中廣泛地分布，即多孔介質(zhì)中孔隙相互連通，且廣泛分布。 多孔介質(zhì)的定義簡言之，一般通俗地說，多孔介指是指含有大量孔隙的固體（嚴(yán)格地講，這樣說還不夠完善）。另一種傳輸方式是對流(Convection)，溶質(zhì)借地下水的流動而移動。反之，當(dāng)流入水量小于流出水量時，貯存水量則減少，水頭降低。它與介質(zhì)的種類、介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)的密實度、滲透液體的動力粘滯系數(shù)及溫度等有關(guān)。1856年,，研究水穿過垂直砂體過濾塔時，得到著名的Darcy定律: （31）式中是水頭損失，它反映流體運動過程中與顆粒發(fā)生摩擦，一部分機械能轉(zhuǎn)化成熱能，從而造成水頭損失。 Darcy定律[9]地下水運動的通道是土壤中的孔隙，而土壤中的孔隙的幾何形狀是極其復(fù)雜的，大體上是粗細(xì)混雜和在各個方向上相通的。在研究意義中，我們提到Cl進入地下水之后會發(fā)生下列三種變化：1）稀釋——Cl進入地下含水層之后會由于稀釋作用使其濃度大大降低；2）轉(zhuǎn)化——含水層的顆粒一般比較粗大，比表面積小，只有較小的吸附能力；3）遷移——當(dāng)Cl進入地下水之后，會產(chǎn)生沿地下水的縱向彌散和垂直于流向平行于地下水面的橫向彌散以及沿含水層厚度的豎向彌散。當(dāng)Cl穿透下包氣帶土層之后就會直接進入含水層之中遷移。Cl在這一單元中運移時水力條件是比較復(fù)雜的。由于耕作層和犁底層具有這些特點，使得Cl在那里產(chǎn)生過濾、截留、降解、吸附、沉淀（如Cl+Ag=AgCl↓）以及植物根系吸收等一系列的復(fù)雜的物理、化學(xué)及生物反應(yīng)，因而有效地阻止了Cl的大量穿透，這稱為表土層（耕作層）的自凈作用。我們這里主要研究在Cl在第一個循環(huán)中的轉(zhuǎn)化及遷移過程。Cl在包氣帶土層及地下水中的遷移速度和濃度的時空分布，在較多的情況下是上述各因素和過程綜合作用的結(jié)果。在實際研究中，彌散作用是通過密度、濃度和速度這三個物理量和彌散系數(shù)來描述的。影響Cl在多孔介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化的因素是十分復(fù)雜的，主要有:介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)分布的特性，地下水運動特性參數(shù)，Cl的對流及水動力彌散，Cl的性質(zhì)以及其衰變和降解特性，介質(zhì)內(nèi)部熱、力分布，Cl濃度的初始及邊界條件等。④由于一般污染物并非直接接觸地下含水層,而是經(jīng)過非飽和帶向下遷移的,而非飽和帶由氣、液、固三相組成。③由于孔隙介質(zhì)的存在,使地下水中的污染物同時受到固液兩相的影響。因此對大型、重要的垃圾填埋場，設(shè)置地下水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)刻不容緩。2)針對垃圾填埋場的土體滲透特性,研究高效排滲、排氣的新型組合結(jié)構(gòu) ,并對排滲、排氣系統(tǒng)作優(yōu)化布置研究,達到使填埋場滲濾液產(chǎn)氣的高效收集,引出排放,提高填埋體穩(wěn)定安全度且達到投資經(jīng)濟的目的。另外,現(xiàn)有垃圾場防滲層防滲效果欠佳,各大填埋場目前采用的防滲方法有帷幕灌漿垂直防滲和鋪設(shè)水平防滲襯層兩種,但因垂直帷幕防滲技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)尚無規(guī)定、水平防滲材料施工質(zhì)量難以保證,導(dǎo)致防滲效果較差。如由美國地質(zhì)調(diào)查局 ,在其基礎(chǔ)上由加拿大 WHI公司開發(fā)的VISUAL MODFLOW軟件以其良好的輸入、輸出界面成為目前國際上最流行和應(yīng)用最多的地下水模擬軟件。再如Mackay等建立了一個二維模型模擬農(nóng)場某工業(yè)廢液填埋場中的Cl的遷移。其主要研究內(nèi)容包括垃圾滲濾液的產(chǎn)生機理、運移過程、污染范圍、污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程等。特別是在邊界條件和初始條件設(shè)定方面,更趨于合理和全面。4)地下水污染數(shù)學(xué)模擬研究及應(yīng)用。特別在解無限區(qū)域的問題時,邊界元法是行之有效的。地下水質(zhì)模型是20世紀(jì) 70 年代后期發(fā)展起來的。同時這些國家也相繼建立了水質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫,如美國地質(zhì)調(diào)查局的水資料儲存和檢索系統(tǒng)(WATSTORE)于 1971 年開始運轉(zhuǎn),下設(shè)上百個終端,用戶直接從終端獲得資料。劉建國等人對垃圾填埋場水分運移進行了室內(nèi)模擬實驗,研究了蓋層滲透性較強而襯層滲透性較弱和蓋層、襯層滲透性均較弱的兩種不同防滲配置下系統(tǒng)內(nèi)的水分運移規(guī)律,為填埋場防滲系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。針對垃圾填埋場滲濾液污染地下水這一具體問題,國內(nèi)研究較多的是有關(guān)垃圾滲濾液的處理及防滲問題,而對評價垃圾填埋場滲濾液中對地下水環(huán)境、土壤污染的影響研究還處于初期,到目前為止,也有一些研究成果。北京市環(huán)境保護研究所等單位建立了我國第一個地下水質(zhì)模型,采用食鹽熒光染料及放射性示蹤劑在野外實測了彌散系數(shù),取得了國內(nèi)首批彌散系數(shù)野外觀測資料。通常整體研究地下水污染問題，再研究滲濾液的污染。嚴(yán)重的還可能誘發(fā)心臟病及各種癌癥。Cl進入地下水之后會發(fā)生下列3種變化：①稀釋——在通常情況下含水層中的地下水水體要遠比含Cl的下滲水大得多，因為含水層厚度可由幾米到幾十米，所以Cl進入地下含水層之后會由于稀釋作用使其濃度大大地降低；②轉(zhuǎn)化——含水層的顆粒一般比較粗大，比表面積小，只有較小的吸附能力；③遷移——當(dāng)Cl進入地下水之后，會產(chǎn)生沿地下水的縱向彌散和垂直于流向平行于地下水面的橫向彌散以及沿含水層厚度的豎向彌散。滲濾液中Cl對地下水的污染程度僅次于NO3。這個過程主要包括：①在垃圾填埋場中，降水一部分以地表徑流形式流失，另一部分通過滲透進入填埋場表層；②滲透到填埋場表層的水量，一部分直接蒸發(fā)或通過表層植被蒸發(fā)，一部分仍留在覆土層中；③覆土層中水分達到飽和度后，將直接進入填埋場，與垃圾進行能質(zhì)交換，滲透到填埋場底部后最終形成滲濾液；④填埋場中垃圾的自身降解，形成一定量的滲濾液；⑤非衛(wèi)生填埋場中，可能有部分地下水進入填埋場形成滲濾液。滲濾液通過垃圾時，通過淋溶、吸附解析等方式帶下垃圾中各類化合物，從而形成形態(tài)各異的滲濾液。垃圾填埋場產(chǎn)生大量的滲濾液。監(jiān)測表明，我國城市地下水已普遍受到不同程度的污染，其中受到較重污染的城市占64%，輕污染的城市占33%。本文通過垃圾填埋場滲濾液中Cl對地下水污染規(guī)律的研究，了解地下水污染的污染特點，掌握污染物進入地下水含水層的方式和途徑；掌握彌散理論的機理、遷移模型在不同條件下的表示形式和求解以及遷移模型中各參數(shù)的確定方法。生活污水以及制革、屠宰、醫(yī)院等廢水污染水體，?？梢鸺?xì)菌性腸道傳染病和某些寄生蟲病，如傷寒、痢疾、腸炎、霍亂、傳染性肝炎和血吸蟲病等。2）致癌作用。有些地區(qū)的地下水污染已到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度，對生產(chǎn)建設(shè)，尤其是對人體健康造成了很大威脅?？刹少Y源量多年平均值為3527億立方米。在我國，水資源時空分布不均勻，南方占81%，而北方僅為19%。位居世界第四位，而人均僅2100平方米，僅為世界人均占有量的四分之一，屬于聯(lián)合國公布的13個嚴(yán)重缺水的國家之一。目前，約占水資源總量的30%。然而，正是由于生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，產(chǎn)生的固體、氣體及液體廢物越來越多，地下水的污染越來越重。這是水污染對人體健康危害的主要方面。3）發(fā)生以水為媒介的傳染病。因此研究地下水的污染狀況，預(yù)測其發(fā)展方向，制定相應(yīng)的控制措施以及凈化已污染的地下水體，已成為環(huán)境保護工作的重要內(nèi)容之一。由于這種結(jié)構(gòu)，目前我國許多城市已形成了“垃圾包圍城市”的嚴(yán)重局面，垃圾填埋場普遍存在滲透問題，沒有一個能達到國家污染控制標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)于滲濾液[3]作為垃圾處理過程的副產(chǎn)品，滲濾液問題已嚴(yán)重影響我國垃圾處理事業(yè)的健康發(fā)展。這些來源中，相對而言，填埋場的外部水量（地下水）對于滲濾液產(chǎn)量具有關(guān)鍵性作用。我們有必要了解填埋場與地下水的的遷移過程。這里我們研究無機常量成分中的Cl，即地下水污染物中的無機污染物。而影響滲濾液中Cl的水量因素主要包括地形條件、滲入的地下水、垃圾成分、氣候條件和填埋技術(shù)等。還會刺激人的頭皮、皮膚及毛發(fā)細(xì)胞，造成脫毛、加速皮膚老化。2 研究現(xiàn)狀早在60年代，尤其是70年代以來國內(nèi)外已著手研究地下水中滲濾液污染問題。我國對地下水質(zhì)模型的研究起步很晚,直到 20 世紀(jì) 80 年代才開始這項工作。其中對流彌散模型是使用最多的數(shù)學(xué)模型,許多研究者將該模型加以修正以使模型適用于不同的工程情況。蔣惠忠等人通過對北京北天堂垃圾填埋場滲濾液污染組分在含水介質(zhì)中運移的室內(nèi)模擬實驗分析,揭示了有機污染物等污染組分在含水介質(zhì)中的運移轉(zhuǎn)化規(guī)律,為垃圾填埋場底部防滲層的設(shè)計和滲濾液對地下水污染程度的預(yù)報提供了依據(jù)。日、英、法等國也都建立了水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng),進行地下水資源污染情況的監(jiān)測工作。2)地下水水質(zhì)模型的研究。國外研究者將邊界元法應(yīng)用于截水流問題,它是將偏微分方程定解問題化為邊界積分方程求解,這個方法要比有限元法和有限差分法優(yōu)越。但鑒于它在研究地下水污染問題上有著廣闊的發(fā)展前景,已引起國外水文地質(zhì)研究者的高度重視。深入研究了污染物固相和液相濃度的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,吸附條件則由平衡等溫模式發(fā)展到考慮非平衡吸附模式。許多學(xué)者進行了有關(guān)垃圾滲濾液對地下水污染方面的試驗和理論研究,取得了很大成就。如Ellsworth(1996)在露天場進行了微區(qū)試驗，研究了Cl隨水流在非飽和土壤中的遷移規(guī)律。隨著計算機的普及及其性能的提高,出現(xiàn)了許多地下水污染物運移的比較成熟的模擬軟件。我國已建填埋場往往不重視控制地下徑流和地表水入滲,致使填埋場滲濾液Cl產(chǎn)生量過大,使與之配套的滲濾液處理系統(tǒng)不能滿足處理要求。主要有以下幾方面:1)切斷污染源頭是控制垃圾滲濾液污染地下水的根本途徑,因此今后應(yīng)研制新型的具有抗老化、耐腐蝕、抗撕裂等適合滲濾液防滲的材料,設(shè)計合理的防滲結(jié)構(gòu)形式,對各種防滲措施、防滲層滲漏檢測技術(shù)做進一步試驗研究,找出最優(yōu)的防滲策略。在這方面存在以下幾個方面的問題及需要進一步研究：①對垃圾滲濾液的污染重視不夠,尤其缺少對垃圾滲濾液的系統(tǒng)觀測以及垃圾滲濾液對地下水環(huán)境影響動態(tài)變化規(guī)律的觀測,嚴(yán)重阻礙了垃圾滲濾液對地下水污染的研究進展和防滲技術(shù)措施的制定?，F(xiàn)有模型從應(yīng)用角度來衡量,過分理想化,應(yīng)用時精度難以達到要求,因此計算模型有待向高效、準(zhǔn)確、實用的方向發(fā)展。因此各種條件下的固液相的吸附機理、吸附參數(shù)、地下水中存在的各種物理化學(xué)反應(yīng)的機理尚需進一步研究。3 滲濾液中Cl的遷移及其理論基礎(chǔ) 概述滲濾液中的Cl在地下水系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程是非常復(fù)雜的物理、化學(xué)及生物過程綜合作用的結(jié)果?？紫督橘|(zhì)中滲流的彌散作用是成分不同的兩種易混和的液體間的過渡帶發(fā)生和發(fā)展的現(xiàn)象，參與其過程