近日，我院孫杰教授課題組及水文團隊牛宏老師在國際知名期刊《Journal of Cleaner Production》（2022-2023最新影響因子11.1）發表題為《Laboratory observations of solute transport in groundwater basins》的研究成果。論文第一作者為牛宏老師，合作單位包括黃河水利委員會、海軍工程大學、中國地質大學（武漢）。

該論文基于單元盆地和復雜盆地，通過地下水流系統演示儀介紹了一種識別地下水污染源的方法。在補給區分別以及同時通過階躍式輸入鹽分，在排泄區得到穿透曲線。對于單元盆地，由于降水補給沒有布滿整個地表，導致穿透曲線顯示兩個小階梯的逐步上升，得到了與數值法和解析法不同的結果。復雜盆地，由于區域水流系統、中間水流系統、局部水流系統的地下水到達排泄區的時間不一致，導致了穿透曲線出現三個階梯。

通過聯合求解溶質質量平衡方程和水量平衡方程，計算出了各流動系統的循環速率，定量解釋了實驗中遇到的現象，突出了中間和區域水流系統對整個地下水循環的重要貢獻。

把階躍式結果對時間求導即可得脈沖式輸入結果，也就是地下水滯留時間分布。脈沖輸入的穿透曲線具有峰和拖尾的特征，峰值對應于不同級次地下水流系統。傾斜的尾部表示溶質被沖出或污染物消失的速率。即可通過滯留時間分布的峰值，識別地下水的補給來源，在野外只有排泄區監測數據的情況下，顯示出該方法的優越性，通過滯留時間分布曲線的特征，可以識別補給區由多少個不同級次的地下水流系統補給，從而為污染源的正確識別提供指導。

溶質實驗結束后，通過注入自來水進行自凈化實驗。發現溶質輸入曲線和自凈化曲線的形狀是對稱的。由于自凈化實驗受外界干擾較小，因此可以利用自凈化曲線對地下水流系統進行表征和識別。降低識別成本，也可為已經污染的地下盆地調查提供指導。

特別感謝2017級本科生龔俊超和彭彪在實驗中的付出。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138832

作者：牛宏   編輯：徐志高   審核：劉子元   上傳：劉瑾