多孔介质中反应性物质运移的量化研究是环境地质学科中的重点和难点问题之一,其研究成果对地下水污染防治、水环境管理和保护及地下工程建设等具有重要的指导意义。本文以亮蓝作为惰性溶质、硫酸铜（Cu SO₄）和乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）作为反应性溶质,分别开展了实验室大尺度的溶质运移实验和数值模拟研究;结合数字成像和图像处理技术对其运移过程进行动态监测和识别;建立对流-弥散方程（ADE）和考虑不完全混合的反应性对流-弥散方程（IM-ADRE）,分别对惰性和反应性物质运移过程进行数值模拟,探究多孔介质中溶质运移的尺度依赖性。得到的主要结论如下:（1）图像分析法可有效监测和识别多孔介质中显色溶质运移的浓度变化过程。灰度值和对应浓度的线性相关系数R²值大于0.989,说明图像分析法具有较高的识别精度,同时可以有效避免传统取样和传感器检测方法对运移过程的影响。（2）不同实验条件下多孔介质中水力梯度J与流速v存在明显的线性关系,符合达西定律,说明孔隙水流为达西流,且渗透系数K随着孔隙度增大而增大。（3）采用ADE模型对惰性溶质亮蓝的穿透曲线进行拟合分析,结果表明总体拟合精度较好,可以有效反映运移过程中的浓度变化趋势。同时穿透曲线存在早到、拖尾等非费克现象,且随着运移速度、介质粒径和运移尺度的增加较为明显。（4）采用IM-ADRE模型对双分子反应性物质运移的穿透曲线进行拟合,不同实验条件下实验与拟合结果的峰值误差均低于3.71%,拟合精度很高,改善了传统ADRE模型由于溶质间不完全反应而存在的拟合峰值“过度预报”问题,有效模拟物质在反应运移过程中浓度变化。IM-ADRE模型的参数D、m和β₀受到不同实验条件的影响。随着运移尺度的增加,参数D、m和β₀均增加;随着运移速度的增加,参数D和β₀值增加,m值减小;随着介质粒径的增加,弥散系数D增加,参数β₀和m值减小。基于敏感度分析可知模型受参数m影响最大,受参数D的影响最小。参数拟合结果和规律分析可为模型应用提供参考。（5）多孔介质中Peclet（Pe）数与纵向弥散系数与分子扩散系数的比值（D_L/D_d）,满足D_L/D_d=a Peⁿ的规律,符合孔隙介质水动力弥散研究的相关成果。（6）实验验证了多孔介质中弥散系数D在运移中存在尺度依赖性,与运移距离符合lg∝a lg L的分维理论经验公式,室内试验与场地弥散实验空隙介质的非均质差异,造成室内实验计算的分维数结果偏低。弥散系数的尺度依赖性还受介质粒径和运移速度的影响,随介质粒径和运移速度的增大,弥散系数均保持增加趋势。