岩溶-裂隙含水層地下水重金屬遷移機理研究

《岩溶-裂隙含水層地下水重金屬遷移機理研究》是依託昆明理工大學，由曹廣祝擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩溶-裂隙含水層地下水重金屬遷移機理研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：曹廣祝
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

岩溶-裂隙含水層的高度非均質性是控制地下水流和污染物遷移的關鍵因素，岩溶介質中地下水滲流和污染物遷移機理成為岩溶含水層研究的熱點和難點。本申請結合我國西南地區岩溶發育特徵及地下水重金屬污染特點，以雲南瀾滄鉛礦為研究基地，通過對生產礦山進行岩溶裂隙及坑道分布調查，對礦區凝灰岩岩樣進行滲透試驗、對流彌散和化學吸附解吸附試驗，在此基礎上對試驗岩心進行高解析度CT掃描，從而獲取凝灰岩基質的滲透性特徵及凝灰岩細觀孔隙變化特徵，分析重金屬污染物在岩溶-裂隙非均質含水層中的遷移機理。同時對礦區岩溶裂隙分布、裂隙填充情況及其連通性進行專項調查，在此基礎上套用分形理論建立不同尺度下的坑道及岩溶裂隙的分形幾何模型，最後套用數值模擬方法模擬再現重金屬污染物在坑道、凝灰岩基質、岩溶裂隙中的遷移轉化過程。為此類含水層重金屬礦山污染修復提供理論依據。

結題摘要

岩溶-裂隙含水層地下水重金屬污染防治及修復成功與否受岩溶-裂隙含水層高度非均質性的控制。本項目研究採用現場調查、模型研究與室內試驗相結合的方法針對岩溶區地下水重金屬污染遷移機理及修復技術方面開展研究。研究基於大量野外水文地質調查數據，分析岩溶管道發育分布特徵，基於岩溶管道發育分布規律套用分形理論和3D列印技術相結合，建立了典型岩溶管道截面的二維分形幾何數學模型，分析了分形維數、尺度係數、採樣長度對於粗糙面的關係，使用分形維數反演岩溶管道截面，計算管壁粗糙度與分形維數定量關係；結合西南岩溶區存在大量冶煉廢水潛在對地下水造成污染影響，對含高濃度重金屬（鋅、鎘和錳）的模擬廢水和實際冶煉廢水在電絮凝處理過程中的處理參數最佳化，同時也對電能消耗、污泥產量和相應的去除機制進行了研究；通過采自西南地區不同灰岩樣品進行重金屬吸附試驗，結果表明，碳酸鹽岩基質本身對重金屬具有一定的吸附容量，碳酸鹽岩對重金屬離子的吸附作用及天然吸附去除能力；通過試驗研究分析裂隙的相關特徵及其對溶質遷移的影響，根據試驗設計的不同裂隙物理模型，針對裂隙連通性以及裂隙交角的大小對溶質遷移的規律性研究，根據對不同試驗結果進行對比分析，結果顯示不同交角對溶質在岩溶裂隙管道中的遷移擴散影響很大。上述研究結果為我國西南岩溶山區地下水污染防治、修復及風險管理提供重要基礎數據，同時本次冶煉廢水在電絮凝處理過程中的處理參數最佳化研究成果為電絮凝滲透性反應牆地下水重金屬污染修復技術研究奠定理論基礎。