污染地块土壤-地下水中DNAPL污染物迁移特点

在DNAPLs 污染地块的调查评估中，通过科学的判定调查手段摸清DNAPLs 的分布特点，对于后续修复或管控方案的制定具有重要意义。

1.DNAPLs 污染的成因。

一般将密度大于1.01g·cm－3且在水中溶解度小于20g·L－1 的有机污染物称为DNAPLs。通常，DNAPLs 发生泄漏后，会在重力作用下迁移进入土壤及地下水。若泄漏量较大，DNAPLs 可以穿过整个非饱和带到达饱和带，在迁移途中亦会残留在非饱和带土壤中。到达饱和带的DNAPLs 会缓慢溶解于地下水并随地下水流动而形成污染羽。由于密度比水大，DNAPLs 在饱和带中可继续向下迁移，但速度放缓，直至到达含水层底部。含水层底部的DNAPLs 较难发生垂向迁移，积聚后会向周边扩散。隔水层表面“走势”对DNAPLs 的迁移与分布至关重要。对于被DNAPLs 长期污染的地块，污染源及污染羽中弱透水介质内也会富集一定数量的DNAPLs。当地下水中溶解相DNAPLs 浓度下降时，这些富集DNAPLs 的弱透水介质会不断通过反渗透作用向地下水中释放污染物。

2.DNAPLs 污染的特点。

DNAPLs 进入地下环境后的行为主要包括迁移、相间分配(液相、吸附相、气相) 及自然降解3 个方面。由于其密度大于水，DNAPLs 主要在重力作用下发生以垂向向下为主的迁移。在迁移过程中，DNAPLs 会通过溶解进入液相和挥发进入气相而形成污染羽，污染范围显著扩大。对于未经人为调控的DNAPLs 污染地块，DNAPLs 的自然降解速度非常缓慢(如PCBs的半衰期约为40a)。在实际案例中，准确掌握污染地块的DNAPLs 分布特征有助于降低修复成本，提高修复手段的针对性，对修复方案的制定至关重要。

3.DNAPLs 的迁移。

DNAPLs 在地下的迁移主要受重力和地层性质影响，同时也会受到毛管压力和流体动压的共同作用，其中地下水流( 或流体动压) 影响相对较小。DNAPLs 和土壤水在土壤孔隙中接触时，在两相界面处会存在压力差，这种压力差称为毛管压力。此处的流体动压指DNAPLs 受到与其接触的流动地下水的作用力。当两者流动方向相同时，流体动压促进DNAPLs 迁移，反之起阻碍作用。在地下非饱和带中，DNAPLs 受重力作用向下迁移的同时也会发生横向迁移现象，受毛管压力以及地层性质〔例如可以影响毛管进入压力大小的土壤含水量和孔隙〕影响。DNAPLs 在向下的迁移过程中会优先通过根孔、裂缝等较大的孔隙形成的优势通道，并在界面张力的作用下在通道壁形成神经节状残留。若DNAPLs 泄漏量较小或地下水位较深，DNAPLs 会在迁移中被残留相“消耗掉”，不能到达饱和带。降雨时地下水位发生波动，部分残留的DNAPLs 可以直接溶解进入地下水，也可通过雨水的淋溶进入地下水，造成持续污染。

穿过非饱和带的DNAPLs 进入饱和带后会在重力作用下继续向下迁移。迁移中若遇到低渗透区，DNAPLs 会在其上积累并横向迁移(迁移方向由低渗透区表面坡度方向决定)，寻找向下迁移的路径继续下沉。少量DNAPLs 会克服Pce 进入低渗透区内。与在非饱和带类似，DNAPLs 会优先通过毛细管阻力较小的高渗透区，若泄漏量足够大，DNAPLs 可以到达并聚集在含水层底部或遇弱透水层形成DNAPLs 池。DNAPLs 池和迁移路径上的残留相会缓慢溶解于地下水，持续向地下水中释放污染物。

4.DNAPLs 的空间分布。

根据DNAPLs 在地下环境所处的位置，DNAPLs 空间分布做如下。

(1)DNAPLs 泄漏只到达非饱和带

如图1 所示，DNAPLs 泄漏至地表后，受到重力作用向下迁移。

由于泄漏量少，DNAPLs 大多被束缚在非饱和带的孔隙及裂缝中。随着地表水和雨水的淋溶，DNAPLs 中的污染物组分会不断溶解迁移，形成污染羽。此外，DNAPLs 挥发产生的气相污染物也可通过扩散作用及异重流(density flow)直接溶解进入地下水，在地下水位附近形成较浅的溶解相污染羽，或溶于降雨渗流进入地下水中。DNAPLs 挥发产生的气相污染物的迁移行为见图2。

(2)DNAPLs 穿过非饱和带沿弱透水层迁移

如图3 所示，泄漏量较大的DNAPLs 可穿过非饱和带，进入饱和带，随后继续向下迁移直到在隔水层或弱透水层表面形成DNAPLs 池。迁移过程中，部分DNAPLs 被毛管压力束缚在迁移路径中的土壤孔隙中。

DNAPLs 穿过非饱和带在第1 含水层中形成污染羽，同时也在不连续的弱透水层表面不断形成DNAPLs 池，溢出的DNAPLs 通过弱透水层边缘继续向下迁移，直至达到连续的弱透水层表面。若DNAPLs 溢出处距离污染源很远，追踪DNAPLs 迁移路径的难度将显著增加。

(3)多层污染

如图4 所示，DNAPLs 穿过非饱和带形成了污染羽，同时也在第1 含水层底部形成DNAPLs 池。DNAPLs 池通过含水层底部的裂缝继续向下迁移，到达第2 含水层，形成污染羽及污染池。

(4)DNAPLs 进入岩石或黏土层裂缝

如图5 所示，DNAPLs 进入岩石或黏土层裂缝后，其迁移分布由裂缝系统的性质(数量，密度，尺寸、方向等) 决定。由于裂缝可能延伸较广，因此DNAPLs 可在连通的裂缝中发生较长距离的迁移。裂缝系统具有较强的不可判性，进入其中的DNAPLs 会在死端缝隙被捕获或者残留在迁移路径上。残留在死端缝隙内及迁移路径上DNAPLs 是治理的难点，是地下水的长期污染源。

在DNAPLs调查工作中，需注意分层监测。监测时应立足于地下水，兼顾土壤，灵活运用各种调查技术，以达到摸清污染现状，锁定污染源的目的。结合DNAPLs 在地下分布特点，笔者认为在实际调查工作中应加强对于弱透水介质的调查，摸清污染源分布，避免修复结束后地下水中DNAPLs 浓度反弹。在采用地球物理技术时，反演的多解性会造成的分析结果的不确定性，可通过先验信息的约束及其他查方法结果验证来提高调查的准确度。此外，目前对于DNAPLs 在地下环境中的迁移行为研究大多忽视了时间尺度上DNAPLs 对与其接触土壤矿物表面性质的相互影响。在未来的研究中需关注地下孔隙、裂隙等通道表面在DNAPLs 存在的情况下，发生的性质改变及性质变化对DNAPLs 迁移行为的影响。