非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复

诸涛玲; 邓英尔; 李鹏杰

doi:10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.010

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非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复

综合 | 更新时间：2026-06-30

- 非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复
- Transport of Contaminants in Heterogeneous Fractured Network Aquifer and Contaminated Site Remediation
- 人民珠江 2026年47卷第6期页码：105-115
- 作者机构：
  
  地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室（成都理工大学），四川成都　610059
- 作者简介：
  
  诸涛玲(2000—），女，硕士研究生，研究方向为地下水、岩土工程。
  邓英尔(1967—），男，博士，教授，研究方向为地质工程、地下水、环境地质、岩土力学与渗流等。
- 基金信息：
  
  四川省科技计划项目(2023YFS0408)
- DOI：10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.010
  中图分类号： TV14
- 收稿：2025-09-16，
  
  修回：2025-11-10，
  
  录用：2025-11-25，
  
  网络首发：2025-12-04，
  
  纸质出版：2026-06-25
- 稿件说明：
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诸涛玲，邓英尔，李鹏杰.非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复［J］.人民珠江，2026，47（6）：105-115.

ZHU Taoling,DENG Ying'er,LI Pengjie.Transport of Contaminants in Heterogeneous Fractured Network Aquifer and Contaminated Site Remediation[J].PEARL RIVER,2026,47(06):105-115.
诸涛玲，邓英尔，李鹏杰.非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复［J］.人民珠江，2026，47（6）：105-115. DOI： 10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.010.

ZHU Taoling,DENG Ying'er,LI Pengjie.Transport of Contaminants in Heterogeneous Fractured Network Aquifer and Contaminated Site Remediation[J].PEARL RIVER,2026,47(06):105-115. DOI： 10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.010.

摘要

针对非均质裂隙网络含水介质中污染物快速迁移与污染场地修复控制难题，构建了裂隙网络-孔隙介质耦合三维模型，考虑瞬时“初始污染羽”和“持续源”输入，基于Navier-Stokes方程、对流-扩散方程，分析了地下水流场、溶质污染物运移化学场，比较了无抽水与极限抽水条件（井内恒定大气压）下的流场与化学场的响应。结果表明：裂隙优势通道显著加速前缘推进，并强化稀释，在相同迁移时刻，非均质模型的污染物平均浓度约为均质模型的20%；持续源且无抽水时，观测点浓度在短期内上升，并维持高位，100 d时污染物迁移至下游约100 m；采用抽出井（半径0.1 m，高度20 m）后，局部压力场被重塑，污染羽被有效控制与截获，观测点浓度稳定在源强的7.5%，且在10 a模拟期内，污染羽未越过抽出井；研究结果揭示了“快通道-慢基质”耦合作用下的快速传播-快速稀释机理；采取裂隙通道的优化布井与极限抽干可显著抑制下游扩散，为裂隙含水介质污染场地的风险识别与抽出-处理方案设计提供了方法与修复技术。

Abstract

Heterogeneous fractured aquifers are characterized by strong permeability contrasts between highly conductive fracture networks and the surrounding low-permeability rock matrix. These systems promote rapid and far-reaching contaminant transport

while simultaneously complicating hydraulic control and remediation. To address these challenges

we developed a fully three-dimensional coupled fracture network-porous medium model that explicitly represented both preferential flow channels in fractures and storage and diffusion in the rock matrix. The model incorporated two types of contaminant input: an instantaneous release that generates an initial contaminant plume and a continuous source that mimics persistent leakage. Groundwater flow was described by Navier-Stokes equations and solute transport by the advection-diffusion equation

and the governing equations were solved numerically in three dimensions. We systematically compared the responses of the flow field and concentration field under two contrasting scenarios: natural conditions without pumping and an aggressive remediation scenario with extreme pumping

in which constant atmospheric pressure is maintained in the extraction well.The results show that fracture-dominated preferential flow pathways markedly accelerate plume transport and enhance dilution relative to a homogeneous reference model. At the same travel time

the average contaminant concentration in the heterogeneous model is only about 20% of that in the homogeneous model

indicating strong dilution associated with rapid advection along fractures and mass exchange with the low-permeability matrix. Under continuous source input without pumping

concentrations at monitoring points rise quickly and remain at elevated levels

while the contaminant plume migrates approximately 100 m downstream after 100 days

forming an elongated and difficult-to-control contamination zone.When an extraction well with a radius of 0.1 m and a screened interval of 20 m is installed

the local pressure field is substantially reconfigured. The capture zone formed around the well effectively controls and intercepts the advancing plume: concentrations at observation points stabilize at about 7.5% of the source concentration

and the plume does not extend beyond the extraction well during the 10-year simulation period. These findings clarify the coupled "fast pathway and slow matrix" mechanism

in which fractures act as rapid transport conduits while the matrix serves as a reservoir that modulates dilution and long-term release. By explicitly resolving the interplay between fracture connectivity

matrix diffusion

and pumping-induced hydraulic gradients

the model reveals key process controls on remediation performance. The study demonstrates that optimized placement of extraction wells along dominant fracture pathways

combined with high-rate pumping

can significantly suppress downstream contaminant spread. The proposed modeling approach and insights provide a quantitative basis for risk assessment and for the design and optimization of pump-and-treat remediation strategies at contaminated sites in fractured aquifers.

关键词

Keywords

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