上海是一个工业化高度发达的城市,是全国的经济金融中心。在过去工业化高速发展的几十年里,上海的经济发展取得了可喜可贺的成绩,与此同时,上海地区也面临着比较严重的土壤重金属污染问题。但是,目前上海地区土壤重金属污染的研究多停留在表层的耕作层或者路边的灰尘方面,而对重金属污染在上海地区不同地层不同类型的原状土中迁移扩散的规律基本空白。因此,本文从地质学角度出发,以上海浅部地层中的粉质粘土和粉砂土为研究对象,以镉为例,采用室内土柱模拟试验和化学定量分析等方法,研究了重金属镉离子在上海浅层粘性土和砂性土中的吸附及扩散迁移规律,分析了其内在机理,并运用Geostudio软件对镉在粉质粘土中的迁移试验进行了数值模拟,得出了以下主要结论:(1)上海这种低渗透系数粉质粘土中水对溶质的对流迁移作用很小,重金属迁移主要依赖于水动力弥散和分子扩散作用。低渗土中重金属迁移与渗流不同步,且可认为关系很小,试验中不同的渗流情况却得到了极为相近的迁移结果,推断分子扩散是其迁移的主要方式。(2)重金属镉在粉质粘土中迁移是按照浓度呈阶梯状自上而下非线性递减的模式进行的。在某段或多段深处会出现浓度相等或相近的阶段,这反映了浓度扩散的极限趋势及迁移和吸附作用的平衡。由于粘性土的吸附滞留和机械阻挡等作用,重金属污染在粘性土迁移扩散不能顺畅自由地很快进行,而是会在浓度差的作用下一点点以分子扩散的方式迁移下去,自上而下、由密及疏地呈现出不同的浓度梯度,浓度梯度也以数量级递减的趋势变化。(3)重金属镉在强碱性的粉砂土中的迁移没有在粘性土中那样明显的分子扩散和解吸过程,而主要是对流迁移-机械弥散过程和吸附过程。镉的运移被土强烈的化学吸附滞留作用所主导,水的对流迁移作用又因强碱性粉砂的强吸附作用而表现微弱。粉砂土迁移试验中溶质99%在表面,极少量到达了1-3厘米的深处,可见,水的渗流对重金属Cd在上海强碱性砂性土中的迁移影响也不大。(4)通过镉在粉砂土中的吸附穿透试验得到,上海地区强碱性粉砂土对镉的吸附饱和值约为2566mg/kg。土壤对离子的吸附饱和值体现了土壤对离子的吸附能力,土壤pH是影响吸附饱和值的重要因素。粉砂土对重金属镉的吸附能力与其单位质量接触的溶质质量成负指数函数关系,即随着单位质量接触的溶质质量的增大,粉砂土单位质量吸附的溶质质量也跟着增加,增加的速率不断减小,直到增加的速率为零达到吸附饱和。(5)应用Geostudio对粘性土柱迁移试验进行数值模拟,通过稳态渗流、对流-弥散和粒子示踪分析,得到的渗流结果与污染物迁移距离与试验结果相符,证实了用Geostudio软件进行数值模拟预测土壤污染物迁移的可行性。(6)在场地调查前,应充分搜集原场地使用类型、可能污染物的类型、场地使用的年限、污染物排放管道的布置、排放途径、污染物的排量等资料,方便在详细调查之前更好地分析、模拟和预估,减少盲目的工作量。