Перенос загрязняющих веществ в подземных водах

Перенос загрязняющих веществ описывает, как растворённые и несмешивающиеся поллютанты перемещаются и распространяются в подземных водах посредством адвекции, дисперсии, а также химических и биологических процессов.

Definition

Перенос загрязняющих веществ в подземных водах — это движение и судьба растворённых или несмешивающихся поллютантов в недрах, регулируемые адвекцией с потоком воды, гидродинамической дисперсией, а также химическими и биологическими реакциями, которые замедляют или трансформируют их.

Scope

Эта тема охватывает физический перенос растворённых веществ путём адвекции и дисперсии, замедление и деградацию загрязняющих веществ посредством сорбции и реакции, поведение неводных фазовых жидкостей, а также основы прогнозирования ореолов загрязнения и методов ремедиации. Она применяет принципы движения подземных вод к перемещению растворённых и несмешивающихся загрязняющих веществ.

Core questions

• Как адвекция и дисперсия контролируют движение ореола загрязняющего вещества?
• Как сорбция и деградация замедляют и ослабляют загрязняющие вещества?
• Как неводные фазовые жидкости ведут себя иначе, чем растворённые вещества?
• Как прогнозируются ореолы загрязнения и проводится ремедиация водоносных горизонтов?

Key concepts

• Адвекция и скорость просачивания
• Гидродинамическая дисперсия и диффузия
• Уравнение адвекции-дисперсии
• Сорбция и коэффициент ретардации
• Биодеградация и естественное затухание
• Неводные фазовые жидкости (НФЖ)

Key theories

Уравнение адвекции-дисперсии

Перенос растворённых веществ моделируется путём объединения адвекции со средней скоростью подземных вод с гидродинамической дисперсией и диффузией, что приводит к уравнению адвекции-дисперсии, которое предсказывает, как ореолы распространяются со временем.

Ретардация и затухание

Сорбция на твёрдых частицах водоносного горизонта замедляет реактивные загрязняющие вещества относительно воды, в то время как биодеградация и другие реакции ослабляют их; эти процессы являются центральными для прогнозирования длины ореола и для естественной и инженерной ремедиации.

Mechanisms

Растворённое загрязняющее вещество переносится средним потоком подземных вод (адвекция), при этом распространяясь за счёт механической дисперсии, поскольку пути потока варьируются в поровой сети, и молекулярной диффузии. Реактивные загрязняющие вещества сорбируются на твёрдых частицах водоносного горизонта, что замедляет их движение относительно воды (ретардация), и могут трансформироваться в результате химических или микробных реакций; несмешивающиеся жидкости образуют отдельные фазы, которые действуют как долгосрочные источники загрязнения.

Clinical relevance

Понимание переноса загрязняющих веществ имеет решающее значение для оценки рисков для источников питьевой воды, определения и прогнозирования ореолов загрязнения от разливов, свалок и сельскохозяйственной деятельности, проектирования сетей мониторинга и систем ремедиации, а также оценки естественного затухания как стратегии очистки.

History

Теория переноса загрязняющих веществ основывалась на адвекционно-дисперсионной модели, формализованной Беаром и другими в 1970-х годах; растущая обеспокоенность загрязнением подземных вод с 1970-х годов сделала гидрогеологию загрязняющих веществ крупной областью, распространяющейся на сорбцию, биодеградацию и сложное поведение плотных и лёгких неводных фазовых жидкостей.

Debates

Масштабная зависимость дисперсивности

Дисперсивность, измеренная в полевых условиях, имеет тенденцию увеличиваться с масштабом наблюдения из-за гетерогенности водоносного горизонта, что вызывает дебаты о том, адекватно ли классическое уравнение адвекции-дисперсии с постоянной дисперсивностью представляет перенос в полевом масштабе.

Key figures

• Jacob Bear
• John A. Cherry
• C. W. Fetter

Seminal works

• freeze1979
• bear1979
• fetter1999

Frequently asked questions

Почему ореол загрязняющего вещества распространяется по мере движения?

Помимо переноса средним потоком, загрязняющее вещество распространяется потому, что вода следует по множеству извилистых путей с разной скоростью через поры (механическая дисперсия) и из-за молекулярной диффузии, поэтому ореол увеличивается в размерах, а его концентрации разбавляются ниже по течению.

Что такое НФЖ?

Неводная фазовая жидкость — это загрязняющее вещество, такое как нефть или хлорированный растворитель, которое плохо смешивается с водой; НФЖ перемещаются как отдельная фаза и могут сохраняться десятилетиями, медленно растворяясь и действуя как долгосрочные источники загрязнения подземных вод.