【正文】 5）代入（44），得： （46）式中：——參考水頭，量綱為；——滲濾液中Cl的參考密度；——相對密度；——濃度的函數(shù)，(C)；——表示水流方向的符號，代表水平方向，當(dāng)代表垂直方向。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(huì)導(dǎo)致其與地下水（低密度）之間的水動(dòng)力混合進(jìn)一步增強(qiáng)。本部分運(yùn)用地下水動(dòng)力學(xué)、多孔介質(zhì)流體力學(xué)學(xué)等多學(xué)科相關(guān)理論，依據(jù)滲濾液中的Cl在地下水環(huán)境中的遷移機(jī)理，在考慮上述對流、水動(dòng)力彌散、吸附條件下，建立滲濾液中的Cl在地下水中遷移的耦合數(shù)學(xué)模型。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(yùn)動(dòng)，也可以隨水分子濃度擴(kuò)散做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。遲滯因子（Rd）是具體測量地下水滲濾液中Cl滯后現(xiàn)象的量度。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。Cl遷移能力高，不易被吸附。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)。如果污染物被吸附的速度比較快（相對于水流速度來說），很快達(dá)到吸附平衡，則其液態(tài)污染物平衡時(shí)的濃度（）與固態(tài)吸附污染物平衡時(shí)的濃度（）有如下關(guān)系： （320）式中Kd定義為分配系數(shù)，即達(dá)到吸附平衡時(shí)固相和液相污染物的分配情況,其值可用實(shí)驗(yàn)的方法測得。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(shí)間。 滲濾液中Cl遷移的滯后現(xiàn)象及吸附作用[8][13]Cl隨著水流進(jìn)入包氣帶，進(jìn)而進(jìn)入含水層的水動(dòng)力場的過程中，由于產(chǎn)生各種物理、化學(xué)及生物作用，使得Cl遷移與其周圍地下水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生差異，出現(xiàn)前者比后者滯后的現(xiàn)象。溶質(zhì)與水流合起來流動(dòng)可用一個(gè)水動(dòng)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(dòng)方向的水動(dòng)力彌散系數(shù)；——垂直于主軸流動(dòng)方向的水動(dòng)力彌散系數(shù)；、——分別為縱軸和橫軸水動(dòng)力彌散度；——分子擴(kuò)散系數(shù)。實(shí)際上，機(jī)械彌散和分子這兩個(gè)過程之間的劃分完全是人為的。Dd　的值當(dāng)溫度為25 ℃時(shí)在1109至2109 m2/s之間，但當(dāng)溫度為5 ℃時(shí)其值減少約50%。 式中負(fù)號表示溶質(zhì)從高濃度向低濃度方向擴(kuò)散。Fick第一定律可表示為: （314）式中：F——單位面積單位時(shí)間通過的溶質(zhì)；——擴(kuò)散系數(shù)()；C——溶質(zhì)濃度()；——溶質(zhì)濃度梯度(即使在地下水處于靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，如地下水與污水在不發(fā)生相對流動(dòng)時(shí)，污水中的污染物質(zhì)亦會(huì)因?yàn)橛蟹肿訑U(kuò)散作用而進(jìn)入地下水中。在多孔介質(zhì)中的分子擴(kuò)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(kuò)散離子的電價(jià)等綜合影響，變化十分復(fù)雜，亦存在縱向擴(kuò)散和橫向擴(kuò)散兩種形式。 圖35水質(zhì)點(diǎn)的散布 The dispersion of the water particle 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散是物理化學(xué)作用的結(jié)果，是分子布朗運(yùn)動(dòng)的一種現(xiàn)象，亦稱物理化學(xué)彌散。例如軸向機(jī)械彌散系數(shù)，其中為主流動(dòng)方向平均線性速度(L/T)，為主流動(dòng)方向的動(dòng)態(tài)彌散率(L)。圖35中的圓點(diǎn)表示流體質(zhì)點(diǎn)在t時(shí)刻到時(shí)刻的位置，由于孔隙中微觀流速的這種不均一性，使得開始時(shí)彼此靠近的地下水質(zhì)點(diǎn)群在地下水流動(dòng)過程中不是一律按照平均流速運(yùn)動(dòng)，而是不斷的被細(xì)分，進(jìn)入更為纖細(xì)的通道分支，使得地下水質(zhì)點(diǎn)逐漸擴(kuò)展，超出僅按平均流動(dòng)所預(yù)期的擴(kuò)散范圍。上述3個(gè)現(xiàn)象是引起機(jī)械彌散的原因。由此我們可以看到地下水質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際流速與平均流速是完全不同的兩個(gè)概念。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(diǎn)在多孔介質(zhì)中發(fā)生的流動(dòng)。2)不同孔隙中地下水質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際流速也是不同的(圖34)。一般可以分為三種情況:1)同一孔隙中，地下水質(zhì)點(diǎn)流速不等于實(shí)際平均流速。對機(jī)械彌散的研究多采用示蹤劑的方式進(jìn)行，通過觀察示蹤劑所看到的水動(dòng)力彌散是一種宏觀現(xiàn)象，但是用Darcy水流的平均流速是不能解釋觀察到的觀測資料，而必須從微觀水平上，也就是從孔隙的內(nèi)部去考察所發(fā)生的現(xiàn)象。向前彌散的溶質(zhì)峰面也會(huì)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(jī)械彌散，橫向彌散大概可以波動(dòng)一個(gè)顆粒直徑大的范圍。 機(jī)械彌散由于溶質(zhì)地下水流的速度不完全一致，因而在其流動(dòng)過程中發(fā)生混流現(xiàn)象，這種混流稱為機(jī)械彌散，它主要為純力學(xué)作用的結(jié)果。流體動(dòng)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(yùn)動(dòng)。就是說，這一過程是隨時(shí)間變化的，并且不可能用逆轉(zhuǎn)流動(dòng)來返回到初始分布。含示蹤跡的水超前于平均流速達(dá)到的位置，它們之間有一個(gè)流體動(dòng)力彌散導(dǎo)致的示蹤跡濃度漸變的過渡帶。圖31 流體動(dòng)力彌散現(xiàn)象 圖32 彌散過程的穿透曲線 Hydrodynamic dispersion phenomenon The diffusion process of penetrating在注入點(diǎn)下游某點(diǎn)測量示蹤跡的濃度變化ct，繪出示蹤跡相對濃度對時(shí)間t的曲線，稱為穿透曲線，見圖32。在流動(dòng)區(qū)域某點(diǎn)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(diǎn)周圍示蹤物質(zhì)逐漸散布開，并不斷占有流動(dòng)區(qū)域中越來越大的部分，超出了僅按平均流動(dòng)所預(yù)測占據(jù)的范圍。一維溶質(zhì)對流傳輸方程為： （310）式中為平均線性速度，它表示通過單位面積孔隙流線的速率，可表示為 （311）式中：——有效孔隙度；K——水力傳導(dǎo)()；——水力梯度()；一維狀態(tài)對流傳輸下的溶質(zhì)矢線Fx可表示為： （312）式中：——溶質(zhì)濃度()。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。多孔介質(zhì)不論是否飽水，都可采用上述方法研究。滿足上述條件的假想水流稱為滲透水流。2）用一種假想水流代替在孔隙中流動(dòng)的真實(shí)地下水。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。 連續(xù)介質(zhì)方法[11][12]由于多孔介質(zhì)骨架的表面幾何形狀是極不規(guī)則的，因此，Cl在其中的遷移狀況，就不可能從分子水平用拉格朗日方法進(jìn)行研究，事實(shí)上是不必要的。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。從滲流力學(xué)的觀點(diǎn)來看，只有那些相互連通的孔隙才能允許流體通過，對研究才具有意義，而和其他孔隙不相連通的孤立的孔隙是無效的?？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。 多孔介質(zhì)的基本性質(zhì)1）多孔介質(zhì)的孔隙性多孔介質(zhì)是指“帶有孔洞的固體”，所以它具有孔隙性。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。2）在多孔介質(zhì)所占據(jù)的范圍內(nèi)，固體遍及整個(gè)多孔介質(zhì)。在孔隙空間中存在氣相和（或）液相。在多相物質(zhì)中至少有一相不是固體，如氣體或液體。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(gè)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。對于環(huán)境科學(xué)而言，重點(diǎn)研究污染物在環(huán)境多孔介質(zhì)中的遷移規(guī)律，即促使污染物遷移的動(dòng)力（流體流動(dòng)）。 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）。在試驗(yàn)室的柱狀試樣條件下，滲濾液中的Cl穿過均勻孔隙介質(zhì)的移動(dòng)可采用擴(kuò)散方程來描述，該方程能夠反映對流和擴(kuò)散現(xiàn)象。另一種傳輸方式是對流(Convection)，溶質(zhì)借地下水的流動(dòng)而移動(dòng)。擴(kuò)散(Diffusion)是指溶質(zhì)沿濃度梯度方向運(yùn)動(dòng)，即從高濃度向低濃度方向移動(dòng)，即使地下水不流動(dòng)，溶質(zhì)仍會(huì)遷移。反之，當(dāng)流入水量小于流出水量時(shí)，貯存水量則減少，水頭降低。在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，流入含水層某一地段(均衡單元)中水的質(zhì)量m入，從該地段中流出水的質(zhì)量m出及貯存于該地段中水的質(zhì)量變化量△m貯 之間，遵循著一定的平衡關(guān)系──水量均衡原理。它與介質(zhì)的種類、介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)的密實(shí)度、滲透液體的動(dòng)力粘滯系數(shù)及溫度等有關(guān)。對于非均質(zhì)、各向異性介質(zhì)中流體的三維運(yùn)動(dòng)，通過實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)都可以得到: （32）其中： （33） （34）式中:——地下水流的Darcy速度；——實(shí)際水頭，量綱為；——多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)張量；——多孔介質(zhì)的滲透率張量；——液體的動(dòng)力粘滯系數(shù)；——笛卡爾坐標(biāo)，是重力方向上的坐標(biāo)。1856年,，研究水穿過垂直砂體過濾塔時(shí)，得到著名的Darcy定律: （31）式中是水頭損失，它反映流體運(yùn)動(dòng)過程中與顆粒發(fā)生摩擦，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，從而造成水頭損失。所以在研究地下水的流速時(shí)，只能是在一定容積的土層中取其流速的全部平均值來進(jìn)行研究。 Darcy定律[9]地下水運(yùn)動(dòng)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(gè)方向上相通的。 地下水運(yùn)動(dòng)的基本原理地下水在含水層中的運(yùn)動(dòng)條件及特征盡管千變?nèi)f化，但都遵循兩條基本定律，這就是質(zhì)量守恒定律和能量守恒或轉(zhuǎn)換定律。在研究意義中，我們提到Cl進(jìn)入地下水之后會(huì)發(fā)生下列三種變化：1）稀釋——Cl進(jìn)入地下含水層之后會(huì)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(jìn)入地下水之后，會(huì)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。地下水在天然狀態(tài)下都有其特定的流場，而在開采地下水資源的水源附近又會(huì)形成人工流場與天然流場的疊加狀態(tài)，因此，Cl在地下水的運(yùn)移其水力條件往往很復(fù)雜。當(dāng)Cl穿透下包氣帶土層之后就會(huì)直接進(jìn)入含水層之中遷移。Cl彌散作用繼續(xù)進(jìn)行。Cl在這一單元中運(yùn)移時(shí)水力條件是比較復(fù)雜的。Cl在耕作層中的運(yùn)移，可以在飽水條件下，也可在非飽水條件下進(jìn)行。由于耕作層和犁底層具有這些特點(diǎn)，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。表土層經(jīng)播種翻耕土質(zhì)比較均勻疏松、有較多的蟲孔和根系孔隙，透水性能較好。我們這里主要研究在Cl在第一個(gè)循環(huán)中的轉(zhuǎn)化及遷移過程。保守性污染物在地下水中的遷移過程主要是由對流和水動(dòng)力彌散引起的。Cl在包氣帶土層及地下水中的遷移速度和濃度的時(shí)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。 滲濾液中Cl在地下水污染系統(tǒng)中的遷移過程[8]Cl在包氣帶土層及潛水層中的遷移轉(zhuǎn)化是十分復(fù)雜的。在實(shí)際研究中，彌散作用是通過密度、濃度和速度這三個(gè)物理量和彌散系數(shù)來描述的。滲濾液Cl在地下水中的運(yùn)移是一個(gè)理論性較強(qiáng)的問題，經(jīng)典彌散理論是研究這一問題的基礎(chǔ)，彌散理論是建立在對自然彌散現(xiàn)象研究基礎(chǔ)上的。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(yùn)動(dòng)特性參數(shù)，Cl的對流及水動(dòng)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。另外,污染物在非飽和帶運(yùn)移時(shí),還會(huì)發(fā)生各種復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng),導(dǎo)致各種物質(zhì)濃度發(fā)生變化,因此對污染物在非飽和帶的遷移機(jī)理研究則應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。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。但是Kd僅僅是一個(gè)操作常數(shù),它綜合了發(fā)生于固液界面的所有化學(xué)反應(yīng),卻無法揭示發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的機(jī)制,且這一類模型僅適用于以吸附解吸反應(yīng)為主, Kd 值變化不大、地球化學(xué)環(huán)境較均勻的地區(qū),而實(shí)際這種條件比較少見。③由于孔隙介質(zhì)的存在,使地下水中的污染物同時(shí)受到固液兩相的影響。②污染物在地下水中遷移機(jī)理的理論研究、彌散系數(shù)的確定方法以及彌散“尺度效應(yīng)”存在原因的分析研究工作還有待進(jìn)一步開展。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。4)評價(jià)垃圾填埋場滲濾液泄漏對地下水環(huán)境、土壤污染的影響,對污染作出針對性的預(yù)防和預(yù)測,跟蹤檢測,作出預(yù)警預(yù)報(bào),并提出改善及防止擴(kuò)散的措施。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(dá)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(dá)到投資經(jīng)濟(jì)的目的。而對于防滲措施不當(dāng)引起滲濾液污染地下水這一具體問題,盡管國內(nèi)外許多科研人員進(jìn)行了地下水水質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的研究,但是由于地下水中污染物運(yùn)移具有太多的不確定因素,且垃圾滲濾液對土壤、地下水環(huán)境的影響研究尚處于初期,對污染物在地下水中的彌散機(jī)理、各種吸附反應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)的過程和程度都了解不夠,因此對垃圾填埋場滲濾液控制、填埋場防滲措施及地下水中污染物運(yùn)移還有許多需要進(jìn)一步研究探索的地方。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。為嚴(yán)格防止環(huán)境污染,它應(yīng)建有垃圾滲濾液的收集和處理系統(tǒng)、填埋場廢氣的排除或回收系統(tǒng)、垃圾降解過程中產(chǎn)生的水、氣和附近地下水源污染情況的監(jiān)測系統(tǒng),還必須滿足一定的防洪標(biāo)準(zhǔn),并便于封場后的生態(tài)恢復(fù)。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VISU