近日，我院孫杰教授課題組及水文團(tuán)隊(duì)牛宏老師在國(guó)際知名期刊《Journal of Cleaner Production》（2022-2023最新影響因子11.1）發(fā)表題為《Laboratory observations of solute transport in groundwater basins》的研究成果。論文第一作者為牛宏老師，合作單位包括黃河水利委員會(huì)、海軍工程大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）。

該論文基于單元盆地和復(fù)雜盆地，通過(guò)地下水流系統(tǒng)演示儀介紹了一種識(shí)別地下水污染源的方法。在補(bǔ)給區(qū)分別以及同時(shí)通過(guò)階躍式輸入鹽分，在排泄區(qū)得到穿透曲線(xiàn)。對(duì)于單元盆地，由于降水補(bǔ)給沒(méi)有布滿(mǎn)整個(gè)地表，導(dǎo)致穿透曲線(xiàn)顯示兩個(gè)小階梯的逐步上升，得到了與數(shù)值法和解析法不同的結(jié)果。復(fù)雜盆地，由于區(qū)域水流系統(tǒng)、中間水流系統(tǒng)、局部水流系統(tǒng)的地下水到達(dá)排泄區(qū)的時(shí)間不一致，導(dǎo)致了穿透曲線(xiàn)出現(xiàn)三個(gè)階梯。

通過(guò)聯(lián)合求解溶質(zhì)質(zhì)量平衡方程和水量平衡方程，計(jì)算出了各流動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)速率，定量解釋了實(shí)驗(yàn)中遇到的現(xiàn)象，突出了中間和區(qū)域水流系統(tǒng)對(duì)整個(gè)地下水循環(huán)的重要貢獻(xiàn)。

把階躍式結(jié)果對(duì)時(shí)間求導(dǎo)即可得脈沖式輸入結(jié)果，也就是地下水滯留時(shí)間分布。脈沖輸入的穿透曲線(xiàn)具有峰和拖尾的特征，峰值對(duì)應(yīng)于不同級(jí)次地下水流系統(tǒng)。傾斜的尾部表示溶質(zhì)被沖出或污染物消失的速率。即可通過(guò)滯留時(shí)間分布的峰值，識(shí)別地下水的補(bǔ)給來(lái)源，在野外只有排泄區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，顯示出該方法的優(yōu)越性，通過(guò)滯留時(shí)間分布曲線(xiàn)的特征，可以識(shí)別補(bǔ)給區(qū)由多少個(gè)不同級(jí)次的地下水流系統(tǒng)補(bǔ)給，從而為污染源的正確識(shí)別提供指導(dǎo)。

溶質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)注入自來(lái)水進(jìn)行自?xún)艋瘜?shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)輸入曲線(xiàn)和自?xún)艋€(xiàn)的形狀是對(duì)稱(chēng)的。由于自?xún)艋瘜?shí)驗(yàn)受外界干擾較小，因此可以利用自?xún)艋€(xiàn)對(duì)地下水流系統(tǒng)進(jìn)行表征和識(shí)別。降低識(shí)別成本，也可為已經(jīng)污染的地下盆地調(diào)查提供指導(dǎo)。

特別感謝2017級(jí)本科生龔俊超和彭彪在實(shí)驗(yàn)中的付出。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138832

作者：牛宏   編輯：徐志高   審核：劉子元   上傳：劉瑾