近日，我院孙杰教授课题组及水文团队牛宏老师在国际知名期刊《Journal of Cleaner Production》（2022-2023最新影响因子11.1）发表题为《Laboratory observations of solute transport in groundwater basins》的研究成果。论文第一作者为牛宏老师，合作单位包括黄河水利委员会、海军工程大学、中国地质大学（武汉）。
该论文基于单元盆地和复杂盆地，通过地下水流系统演示仪介绍了一种识别地下水污染源的方法。在补给区分别以及同时通过阶跃式输入盐分，在排泄区得到穿透曲线。对于单元盆地，由于降水补给没有布满整个地表，导致穿透曲线显示两个小阶梯的逐步上升，得到了与数值法和解析法不同的结果。复杂盆地，由于区域水流系统、中间水流系统、局部水流系统的地下水到达排泄区的时间不一致，导致了穿透曲线出现三个阶梯。
通过联合求解溶质质量平衡方程和水量平衡方程，计算出了各流动系统的循环速率，定量解释了实验中遇到的现象，突出了中间和区域水流系统对整个地下水循环的重要贡献。
把阶跃式结果对时间求导即可得脉冲式输入结果，也就是地下水滞留时间分布。脉冲输入的穿透曲线具有峰和拖尾的特征，峰值对应于不同级次地下水流系统。倾斜的尾部表示溶质被冲出或污染物消失的速率。即可通过滞留时间分布的峰值，识别地下水的补给来源，在野外只有排泄区监测数据的情况下，显示出该方法的优越性，通过滞留时间分布曲线的特征，可以识别补给区由多少个不同级次的地下水流系统补给，从而为污染源的正确识别提供指导。
溶质实验结束后，通过注入自来水进行自净化实验。发现溶质输入曲线和自净化曲线的形状是对称的。由于自净化实验受外界干扰较小，因此可以利用自净化曲线对地下水流系统进行表征和识别。降低识别成本，也可为已经污染的地下盆地调查提供指导。
特别感谢2017级本科生龚俊超和彭彪在实验中的付出。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138832
作者：牛宏 编辑：徐志高 审核：刘子元 上传：刘瑾
