基于弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型研究綜述

尹茂生,喻　月,邵駿煜

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.浙江第七地質(zhì)大隊，浙江 杭州 310030)

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基于弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型研究綜述

尹茂生1,喻月1,邵駿煜2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.浙江第七地質(zhì)大隊，浙江 杭州 310030)

摘要：越流含水層系統(tǒng)由于分布廣泛、開發(fā)潛力大等特點而被大量開發(fā)利用，針對其溶質(zhì)運移模型的研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型經(jīng)歷了純對流模型、對流彌散模型和考慮水-巖相互作用的對流彌散模型的發(fā)展歷程，近年來由黏土構(gòu)成的弱透水層中的溶質(zhì)運移問題受到持續(xù)關(guān)注，建立考慮弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型成為溶質(zhì)運移領(lǐng)域的研究熱點。對目前基于弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型方面的研究進行了綜述，重點分析了弱透水層中的彌散作用、水-巖相互作用、固結(jié)作用、非達西滲流等對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移的影響，并指出弱透水層中溶質(zhì)運移規(guī)律定量描述、非達西滲流與溶質(zhì)運移模型的耦合、水動力彌散系數(shù)的測定及其尺度效應(yīng)等方面的研究還需要進一步加強，是未來該領(lǐng)域的重要研究方向。

關(guān)鍵詞：越流含水層系統(tǒng)；溶質(zhì)運移模型；弱透水層影響

越流含水層系統(tǒng)指包含主含水層、弱透水層、相鄰含水層的含水層組合[1]。在我國越流含水層系統(tǒng)分布廣泛，特別是在堆積平原和堆積盆地中普遍分布著由河流沖積形成的多層含水層復(fù)合結(jié)構(gòu)[2]。越流含水層系統(tǒng)因其賦水能力強、水質(zhì)有保障、易于開采等特點而被廣泛開發(fā)利用，成為生產(chǎn)生活的重要水源。前些年由于人們環(huán)保意識的缺乏以及我國環(huán)保體制的欠缺，淺層地下水受到了來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)、海水入侵等多方面的污染威脅，水質(zhì)逐步惡化，難以繼續(xù)滿足生產(chǎn)生活的需要，供水功能退化。在淺層地下水供水功能不斷退化的情況下，深層地下水由于水質(zhì)較好，開采利用強度逐步增大。然而由于深層地下水資源補給條件較差，深層地下水的超采問題突出，這使得我國許多地區(qū)均出現(xiàn)了深層地下水降落漏斗。據(jù)《全國地下水污染防治規(guī)劃》(2011—2020年)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2009年全國共監(jiān)測到地下水降落漏斗240個，其中淺層地下水降落漏斗115個，深層地下水降落漏斗125個，華北平原東部深層地下水降落漏斗面積超過7萬km2，部分城市地下水水位累計下降達30～50 m，局部地區(qū)地下水水位累計下降超過100 m。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國生產(chǎn)生活需水量不斷增加，地下水超采問題越來越普遍和嚴重，深層地下水降落漏斗面積在不斷擴大，使得淺層地下水與深層地下水之間的水力聯(lián)系不斷增強，淺層地下水中的污染物在越流的作用下進入深層含水層，進而對深層地下水的水質(zhì)造成極大的威脅。深層地下水一旦受到污染，由于其水流交替緩慢，污染治理將非常困難。越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移規(guī)律的研究是開展地下水污染預(yù)測防治的基礎(chǔ)，具有重要理論價值和現(xiàn)實意義。

越流含水層系統(tǒng)由于包含了多個相鄰含水層以及含水層之間的弱透水層，溶質(zhì)運移規(guī)律相對于單一含水層而言更為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①弱透水層的彈性釋水、滲透固結(jié)、非達西滲流對溶質(zhì)運移的影響；②弱透水層中的水-巖相互作用對溶質(zhì)運移的影響；③相鄰含水層水頭變化、巖性差異對溶質(zhì)運移的影響。這些問題是越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移規(guī)律研究的難點，同時也是近年來該領(lǐng)域的研究熱點。

本文系統(tǒng)總結(jié)了越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，進一步分析總結(jié)了越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的主要研究方向和目前面臨的主要問題，并對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型未來的研究方向進行了展望。

1越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究現(xiàn)狀

溶質(zhì)在越流含水層系統(tǒng)中的遷移主要受到對流作用和水動力彌散作用的影響，根據(jù)是否考慮彌散作用對溶質(zhì)運移的影響可將越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型分為純對流模型[3]和對流彌散模型[4]。純對流模型只考慮對流作用對溶質(zhì)運移的影響，可以借鑒地下水滲流理論的成熟研究成果，同時避免了彌散系數(shù)等復(fù)雜參數(shù)的求取困難，適用于研究對流作用占主導(dǎo)的大區(qū)域越流含水層系統(tǒng)[5]，在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型研究初期應(yīng)用較多。隨著水動力彌散理論的發(fā)展和溶質(zhì)運移模型研究的深入，綜合考慮了水動力彌散作用和對流作用的對流彌散模型成為建立越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的主流。然而，對流彌散方程在應(yīng)用中需要確定彌散系數(shù)，而彌散系數(shù)在實際研究區(qū)域很難得到準確值，且隨著溶質(zhì)運移范圍的增大有明顯增大趨勢，即存在尺度效應(yīng)[6]。

越流含水層系統(tǒng)中存在弱透水層，由于弱透水層的較大比表面積和低滲透性，地下水在弱透水層中的水-巖相互作用較普通多孔介質(zhì)更加強烈且持續(xù)時間更長，因此水-巖相互作用對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移有重要影響。越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型?？紤]的水-巖相互作用有吸附-解吸作用、陽離子交換作用；對于放射性溶質(zhì)，放射性衰變需要著重考慮[7]；對于有機溶質(zhì)，生物或非生物降解作用會對溶質(zhì)運移產(chǎn)生主要影響[8]。對于不同的溶質(zhì)和多孔介質(zhì)，所需考慮的反應(yīng)也有所不同，在建立溶質(zhì)運移模型時首先要根據(jù)具體情況確定所需考慮的化學(xué)反應(yīng)類型，然后再將化學(xué)反應(yīng)中溶質(zhì)濃度的控制方程耦合入溶質(zhì)運移模型[9]。

越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的求解方法可分為解析法、半解析法、數(shù)值法。解析解可以準確刻畫出越流含水層系統(tǒng)中溶質(zhì)濃度在時間、空間上的分布特征，可用于參數(shù)的反演，具有計算結(jié)果穩(wěn)定、計算效率高等優(yōu)點。在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型解析解求解過程中，Laplace變換是常用的求解方法，例如Zhan等[10]和Liu等[11]使用Laplace變換求出了考慮含水層與弱透水層中對流與彌散作用的二維溶質(zhì)運移模型的解析解。然而，大多數(shù)溶質(zhì)運移模型解析解的求解非常困難，甚至以現(xiàn)有手段無法求出對應(yīng)的解析解，因此在一些模型中采用了半解析求解方式，例如Chen[12]在含注水井的越流含水層系統(tǒng)污染物運移模型中求出了模型的半解析解，模型考慮了生物降解作用和線性吸附作用對污染物運移的影響。解析解和半解析解雖然有諸多優(yōu)點，但對于模型邊界條件的限制較多，在實際問題中很難得到滿足。數(shù)值法是目前溶質(zhì)運移模型中最廣泛使用的求解方式，求解越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的數(shù)值法可分為歐拉法、拉格朗日法和混合歐拉-拉格朗日法。歐拉法包括有限差分法、有限元法、邊界單元法和有限分析法，該法采用固定的坐標系和網(wǎng)格，可有效處理彌散反應(yīng)占主導(dǎo)的問題，然而對實際的對流占優(yōu)問題卻容易受到數(shù)值彌散和人工波動問題的影響[13]。拉格朗日法包括特征線法和隨機步長法，該法采用運動的坐標系或可變形網(wǎng)格，可以有效解決對流占優(yōu)的問題，消除數(shù)值彌散和人工波動的影響，但是此種基于離子追蹤的方法面臨由一維向多維擴展的困難，且并不能很好地滿足質(zhì)量守恒。歐拉-拉格朗日法[14]試圖結(jié)合歐拉法與拉格朗日法各自的優(yōu)點，是目前應(yīng)用較多的一類數(shù)值求解方法，如向前追蹤特征值法(MOC)、向后追蹤修正特征值法(MMOC)和兩種方法的混合(HMOC)，以上方法也被MT3D溶質(zhì)運移模擬軟件采用，但歐拉-拉格朗日法可能會對計算量帶來較大壓力，因此計算效率并不如單純的歐拉法或拉格朗日法。

隨著計算機軟件的發(fā)展和不斷成熟，計算機模擬在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移研究和實際工程應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。MT3D[15]和FEFLOW[16]是兩款分別基于有限差分法和有限元法的地下水溶質(zhì)運移模擬軟件，它們能較好地對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移問題進行模擬。FEFLOW軟件可以對飽和與非飽和帶的地下水水量、水質(zhì)、水溫進行模擬，具有強大的可視化功能，但由于FEFLOW軟件難以處理復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，故在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移問題的研究中應(yīng)用較少[17]。MT3D軟件是專業(yè)的地下水溶質(zhì)運移模擬軟件，能夠模擬地下水系統(tǒng)中的對流、擴散、衰減、溶質(zhì)化學(xué)反應(yīng)、線性與非線性吸附作用等現(xiàn)象[18]，在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移[19]、海水入侵[20-21]、垃圾填埋場污染物運移[22]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。MT3D軟件求解模塊包含4種主流算法，對對流占優(yōu)問題與彌散占優(yōu)問題都能進行較好的模擬。

在越流含水層系統(tǒng)中，弱透水層對溶質(zhì)在含水層之間的運移有重要影響，但由于以低滲透介質(zhì)為主的弱透水層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和微觀性，在以往越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型中往往只將弱透水層簡單處理成過水通道或處理成低滲透性的普通多孔介質(zhì)。然而，弱透水層對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移的影響要復(fù)雜得多，其中的滲透固結(jié)、非達西滲流等作用都對溶質(zhì)運移產(chǎn)生重要影響，而且弱透水層中的水流緩慢，導(dǎo)致水-巖相互作用相對于普通多孔介質(zhì)更加強烈。隨著弱透水層中溶質(zhì)運移研究的發(fā)展，對考慮弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究也成為熱點。

2基于弱透水層影響的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型

弱透水層特殊的結(jié)構(gòu)特征和物理化學(xué)性質(zhì)使其具有以下特性：①弱透水層本身的低滲透性和低彌散度使得弱透水層中的對流作用和彌散作用強度很難確定，導(dǎo)致很長一段時間相關(guān)模型中對弱透水層對流彌散的處理都相當(dāng)概化；②弱透水層有較大的比表面積，水-巖相互作用較強，對溶質(zhì)有很強的阻滯能力；③以黏性土為主的弱透水層易壓縮變形，在相鄰含水層水頭差增大條件下易發(fā)生固結(jié)和彈性釋水；④弱透水層孔隙微小，水流運動規(guī)律難以用達西定律進行描述。

2.1弱透水層中的彌散作用

在以往的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究中，對于弱透水層的處理方法是僅在相鄰含水層對流彌散方程中加載越流項，即只考慮弱透水層中的對流作用，而弱透水層中的彌散作用常常被忽略。然而Zhan等[10]研究發(fā)現(xiàn)，夾有弱透水層的越流含水層系統(tǒng)中的溶質(zhì)運移應(yīng)考慮弱透水層中對流、彌散作用的影響，并建立了考慮弱透水層垂向?qū)α鳌浬⒌娜苜|(zhì)運移模型。Abolfazl等[23]在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型中設(shè)置了不同厚度的弱透水層，并將Zhan等[10]建立的模型作為標準模型與所建模型進行對比，研究發(fā)現(xiàn)含水層與相鄰弱透水層的厚度之比、弱透水層的Peclet數(shù)和孔隙度是影響兩種模型差別的主要因素。Liu等[11]研究了弱透水層Peclet數(shù)對上下相鄰含水層濃度變化的影響，結(jié)果表明下含水層中的濃度變化與弱透水層Peclet數(shù)之間具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。

2.2弱透水層中的水-巖相互作用

地下水在弱透水層中的流動十分緩慢，溶質(zhì)與介質(zhì)之間可以進行充分的水-巖相互作用，因此弱透水層的這一特性常被應(yīng)用于阻止尾礦庫廢液、垃圾滲濾液、海水入侵等污染源的擴散[24-27]。目前弱透水層中主要考慮的水-巖相互作用有吸附-解吸作用、陽離子交換作用、生物降解作用。

吸附-解吸作用是弱透水層中溶質(zhì)運移普遍存在和需要考慮的水-巖相互作用，其中等溫吸附模型是描述弱透水層吸附行為最普遍的吸附模型[28]，如Xia等[29]在研究有機污染物在弱透水層中的運移規(guī)律時，提出了Polanyi-Based等溫吸附模型；朱峰等[4]建立了考慮弱透水層吸附作用的越流含水層系統(tǒng)污染物運移模型，模型以汞離子為例將含水層與弱透水層對離子的吸附作用分別考慮，所得模型用于模擬太原盆地重金屬污染物運移發(fā)展趨勢。陽離子交換作用在研究海水入侵、咸水下移等問題時需要普遍考慮的因素，如韓非等[30]在處理山東省萊州灣南岸海水入侵問題時建立了考慮陽離子交換作用的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型，模型考慮了海水入侵過程中Na+與Ca2+和Mg2+之間的交換作用。生物降解作用是有機污染物或重金屬污染物運移過程中需要考慮的重要影響因素，如Mecarthy等[31]將生物降解作用分為好氧降解和厭氧降解兩種方式，并分別給出了描述生物降解過程中有機污染物濃度變化的控制方程。生物降解作用受酸堿度、溫度、氧化還原性等條件的影響較大，如Wang等[32]對As在弱透水層中的轉(zhuǎn)化遷移進行了大量的試驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FeRB(Fe-Reducing Bacteria)以及不同的有機基質(zhì)對As的遷移轉(zhuǎn)化有重要影響。目前，有機污染雖然比較普遍，但由于有機污染物的附著性強以及疏水性弱，使得有機污染物的遷移能力較弱，很少涉及穿越多層含水層的情況，因此對考慮生物降解作用的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究相對較少。

2.3弱透水層中的固結(jié)變形

弱透水層巖性常以黏土為主，當(dāng)上下兩含水層水頭差增大時(如深層含水層的水資源開發(fā)利用使得深層含水層水頭降低，出現(xiàn)降落漏斗)，弱透水層有效應(yīng)力也隨之不斷增大，從而使原本固結(jié)穩(wěn)定了的弱透水層再次進入滲透固結(jié)變形階段[33-34]。弱透水層的固結(jié)變形對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移的影響主要體現(xiàn)在兩個方面:一方面，土體固結(jié)變形將導(dǎo)致滲透系數(shù)減小、儲水率降低，進而影響溶質(zhì)運移的速率。黏性土固結(jié)作用對溶質(zhì)運移的影響程度受到介質(zhì)固結(jié)速度、承載率、導(dǎo)水系數(shù)等因素的影響[35]，如Zhang等[36]、Smith[37]建立了一維可變形孔隙介質(zhì)中溶質(zhì)運移模型，用以研究溶質(zhì)在變形介質(zhì)中飽和、非飽和條件下的運移規(guī)律；崔莉紅等[38]對華北平原“上咸下淡”復(fù)合含水系統(tǒng)的咸水下移過程進行數(shù)值模擬，對比分析了考慮滲透固結(jié)作用對咸水下移速度的影響，結(jié)果表明咸水下移前期，不考慮固結(jié)過程時其運移速度更快，而在中后期，情況相反。另一方面，因所受有效應(yīng)力增大而引起的弱透水層壓縮變形將導(dǎo)致弱透水層的彈性釋水[39]，弱透水層壓縮釋水對相鄰含水層水流以及越流系數(shù)都有重要影響[40]，進而影響越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移。

2.4弱透水層中的非達西滲流

達西定律是地下水動力學(xué)中描述地下水滲流規(guī)律的基本定律，然而達西定律本身有一定的適用范圍，一般認為水流在低速和高速滲流時流動規(guī)律難以用達西定律進行刻畫，稱為非達西現(xiàn)象。弱透水層通常由低滲透介質(zhì)構(gòu)成，低滲透非達西現(xiàn)象的提出與不斷證實[41-45]，對以往達西定律條件下建立的越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型提出新的挑戰(zhàn)，因此建立非達西條件下越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。

低滲透非達西現(xiàn)象雖然得到大多數(shù)學(xué)者的認可，但由于低滲透介質(zhì)滲流尺度較小以及試驗觀測精度問題，低滲透非達西滲流的滲流方程的具體表達式以及啟動壓力梯度、臨界壓力梯度等參數(shù)的取值都沒有確定的標準，如崔莉紅等[38]在模型中采用了Hansbo公式來描述低滲透介質(zhì)中的滲流規(guī)律；侯杰等[46]在所建模型中則根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合結(jié)果采用了三段式函數(shù)對非達西滲流進行描述；朱長軍等[47]將啟動壓力梯度等參數(shù)視為未確知變量，并以灰參數(shù)的形式表示，建立了低滲透介質(zhì)中的地下水水質(zhì)模擬的灰色數(shù)學(xué)模型。

綜上所述，對考慮弱透水層影響的越流含水層溶質(zhì)運移模型的研究成為目前地下水溶質(zhì)運移的主要研究方向，并取得了一些研究成果，為越流含水層污染預(yù)測與防治等實際問題提供了可靠的理論依據(jù)，也為越流含水層溶質(zhì)運移模型的進一步深入研究積累了寶貴的經(jīng)驗。然而，目前越流含水層溶質(zhì)運移模型的研究還遠未成熟，依然存在一些問題需要展開進一步的研究。

3越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究展望

弱透水層對越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移的影響已引起足夠的重視，成為溶質(zhì)運移模型研究的熱點。然而，目前對污染物在弱透水層中運移規(guī)律的描述都是借鑒普通多孔介質(zhì)的研究成果，針對污染物在弱透水層中運移規(guī)律的研究主要停留在對試驗結(jié)果的定性分析上[48-51]，而對污染物運移機理以及定量描述的研究相對較少。以黏性土為主要成分的弱透水層相對于普通多孔介質(zhì)有明顯的特殊之處，其微觀結(jié)構(gòu)、顆粒表面電場以及黏土孔隙液中離子之間相互作用對弱透水層中的溶質(zhì)運移都會產(chǎn)生重要影響[52-53]。目前，受到試驗條件的限制，在粒子微觀特征觀測、結(jié)合水準確測定、顆粒表面電場測定等方面的研究存在技術(shù)困難，需要在觀測儀器或觀測方法的研究上尋求突破；針對不同溶質(zhì)在弱透水層中運移規(guī)律的定量描述應(yīng)進行大量的室內(nèi)試驗和模擬研究；弱透水層溶質(zhì)運移規(guī)律的研究成果應(yīng)及時應(yīng)用于越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移模型的研究中，并結(jié)合一維、二維越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移試驗對模型進行驗證與改進。

弱透水層中的非達西滲流對越流含水層系統(tǒng)地下水流動與溶質(zhì)運移有重要的影響。目前低滲透非達西現(xiàn)象已被普遍認可，然而非達西滲流規(guī)律的具體表達式尚未形成統(tǒng)一意見，針對低滲透非達西滲流的研究主要集中于室內(nèi)試驗，且試驗材料以黏性土為主。黏性土介質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀復(fù)雜，粒徑級配、礦物成分組成、孔隙度等因素都對滲流特征有重要影響，雖然影響?zhàn)ば酝翝B流的各項因素均可定量評價與描述，但以現(xiàn)有試驗條件，在試驗過程中做到單一變量的控制有一定難度，因此如何提高低滲透滲流試驗的觀測精度，以及對各影響因素進行定量評價和準確控制是低滲透非達西研究的突破口。

在越流含水層系統(tǒng)溶質(zhì)運移過程中，弱透水層對溶質(zhì)遷移具有極強的阻滯能力，但當(dāng)越流含水層系統(tǒng)中存在密封性不足的穿透井或弱透水層天窗時[54]，就會為溶質(zhì)的運移提供高速通道，進而加速溶質(zhì)在越流含水層系統(tǒng)中的運移速度[55]。Mejia等[56]研究了越流含水層系統(tǒng)中弱透水層滲透系數(shù)和穿透井對硝酸鹽運移行為的影響方式，研究結(jié)果顯示較低的弱透水層滲透系數(shù)將加速溶質(zhì)經(jīng)穿透井流入相鄰含水層，對含水層進行抽水會對硝酸鹽濃度的分布產(chǎn)生明顯影響。Lacombe等[57]通過建立有穿透井包含上下兩層含水層及中間弱透水層的有限元溶質(zhì)運移模型，研究了穿透井性質(zhì)、弱透水層垂向水力梯度、穿透井位置等對溶質(zhì)濃度分布的影響。

水動力彌散系數(shù)是溶質(zhì)運移模型的核心參數(shù)，由于水動力彌散機理的復(fù)雜性，該參數(shù)的準確確定一直是溶質(zhì)運移領(lǐng)域的研究熱點。越流含水層系統(tǒng)中包含多個含水層、弱透水層和多個介質(zhì)界面，彌散系數(shù)的準確性對模型的模擬精度影響很大。目前準確確定彌散系數(shù)的方法主要依賴于室內(nèi)試驗[58-59]，然而受到尺度效應(yīng)的影響，實驗室所測彌散系數(shù)與野外實際值往往相差一個或數(shù)個數(shù)量級。彌散系數(shù)的尺度效應(yīng)一直嚴重影響著溶質(zhì)運移模型的實際應(yīng)用，近些年來，隨機游走模型[60-62]和分數(shù)階對流彌散模型[63-64]的提出與發(fā)展，為這一問題的解決提供了突破口。

綜上所述，針對弱透水層溶質(zhì)運移規(guī)律的深入研究是該領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。筆者認為在未來的研究中需要著重從宏觀和微觀兩個尺度層面展開研究。在宏觀方面，應(yīng)根據(jù)溶質(zhì)在弱透水層中發(fā)生的不同物理化學(xué)作用，開展針對性較強的不同維度和尺度的試驗研究，對現(xiàn)有模型的模擬精度及適用條件進行分析，通過對現(xiàn)有模型和理論的不斷改進和完善，逐步揭示弱透水層中溶質(zhì)的運移規(guī)律；在微觀方面，應(yīng)基于弱透水層特殊的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，開展對各種水-巖相互作用機理的研究,由于微觀研究對觀測精度要求較高，因此要注重對新技術(shù)和新手段的應(yīng)用，比如電鏡掃描、同位素示蹤，同時在研究過程中要充分注重學(xué)科交叉，以求在試驗觀測、模型求解、機理探索等方面獲得突破。

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Reviews of Study on Solute Transport Model in Leaky Aquifer System Based on the Influence of Aquitard

YIN Maosheng1,YU Yue1,SHAO Junyu2

(1.SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China；2.TheNo.7GeophysicalPartyofZhejiangProvince,Hangzhou310030,China)

Abstract:With the characteristics of wide distribution and huge potentials,the leaky aquifer system is extensively exploited.The study on the model of solute transport in leaky aquifer system has important theoretical values and clear practical application prospects.The model of solute transport in leaky aquifer system has developed from the pure convection model and the convection-dispersion model to convection-dispersion model in consideration of water-rock interaction.In recent years,the research on solute transport in the clay aquitard has attracted increasing attention and triggered a new renovation in solute transport model for leaky aquifer system in view of the influence of aquitard.This paper reviews the research on solute transport model in leaky aquifer system based on the influence of aquitard,taking emphasis on analyzing the influence of dispersion,water-rock interaction,consolidation and non-Darcy flow in aquitard on the solute transport in leaky aquifer system.The paper points out that the most important development directions in future includes the research on quantitatively describing the rule of solute transport in aquitard,coupling of non-Darcy flow and solute transport model,measurement of the hydrodynamic dispersion coefficient and its different temporal and spatial scales,which need to be further strengthened.

Key words:leaky aquifer system;solute transport model;influence of aquitard

文章編號：1671-1556(2016)03-0010-07

收稿日期：2015-10-26修回日期：2016-01-29

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(51109192)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(CUGL100220)；巨正環(huán)保基金項目(201203904)

作者簡介：尹茂生(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向為水文與水資源。E-mail:ymstramp@163.com

中圖分類號：X143；P641.2

文獻標識碼：A

DOI：10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.03.002