在土地資源稀缺的沿海地區(qū)，經(jīng)常實施復(fù)墾項目以創(chuàng)造額外的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展空間（例如機場和碼頭）。由于砂資源嚴(yán)重短缺，河流和湖泊中的疏浚污泥已成為主要的填充材料（Wang等人，2017年；Yin等人，2024年；Chen等人，2025年）。2000年至2016年間，中國復(fù)墾了超過1860平方公里的新土地，其中超過80%使用了來自鄰近水域的疏浚污泥（Wang等人，2020年）。盡管受污染的疏浚污泥通常不作為填充材料使用，但實際上無法始終保證填充材料的質(zhì)量（Wang等人，2018年），從而導(dǎo)致復(fù)墾場地對周邊人群和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在的健康風(fēng)險（Li等人，2007年；Hamzeh等人，2013年；Zhu等人，2017年；Agah等人，2016年；Prajith等人，2016年；Jian等人，2023年）。如圖1所示，沉積物中的重金屬濃度普遍超過《中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618–1995）規(guī)定的環(huán)境背景值，特別是鎘，對環(huán)境和人類健康構(gòu)成了一個未被充分認(rèn)識但實質(zhì)性的威脅（Chen等人，2025年）。通常在疏浚污泥中安裝預(yù)制垂直排水管（PVD）以加速固結(jié)過程（Feng等人，2020年），而固結(jié)過程不可避免地會影響污染物的遷移（Qiu等人，2022年；Smith，2000年；Wang和Jeng，2025a）。在固結(jié)的作用下，PVD處理后的疏浚污泥中污染物分布不均，這對現(xiàn)場監(jiān)測提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。因此，有必要開發(fā)模型來研究復(fù)墾場地中的污染物遷移情況，并在批準(zhǔn)大規(guī)模土地復(fù)墾項目之前進(jìn)一步全面評估使用污泥是否會導(dǎo)致環(huán)境污染。

固結(jié)通過顯著改變多孔介質(zhì)的孔隙率和滲透性，對污染物遷移產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。實驗結(jié)果表明，固結(jié)引起的對流通量可能將突破時間縮短1.7倍（Lee等人，2009年；Lee和Fox，2009年）。同樣，Lewis等人（2009年）指出，在高壓縮性襯料中，固結(jié)-污染物遷移耦合將突破時間縮短一個數(shù)量級，在壓縮性較低的襯料中則縮短超過30%。因此，固結(jié)-污染物遷移耦合理論近年來成為了一個重要且關(guān)鍵的研究焦點。Smith（2000年）首次提出了一個適用于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)小應(yīng)變條件下的分析模型，用于研究具有線性吸附作用的可變形飽和土壤中的一維對流-擴散遷移。對于大變形條件，后續(xù)研究引入了大應(yīng)變理論，以考慮固結(jié)過程中孔隙率和滲透性的顯著變化（Smith，2000年；Meric等人，2017年；Pu等人，2020年；Wu等人，2025年）。同時，非線性吸附等溫線和動力學(xué)吸附也被納入模型，以描述污染物與土壤顆粒之間的復(fù)雜相互作用（Meric等人，2017年；Li等人，2022年；Han等人，2024年；Jiang等人，2024b）。結(jié)果表明，非等溫分布放大了固結(jié)對污染物遷移的影響，使突破時間縮短了45%以上（Li等人，2022年；Jiang等人，2024b）。這強調(diào)了考慮非等溫分布的重要性，盡管在污染物濃度較低和土壤性質(zhì)均勻的復(fù)墾場地中這一影響可能不太明顯（Han等人，2024年）。此外，非飽和介質(zhì)中的污染物遷移不僅受固液相互作用的影響，還與基質(zhì)吸力、非飽和水力性質(zhì)和氣相遷移過程密切相關(guān)。因此，也開發(fā)了適用于接近飽和和非飽和介質(zhì)的固結(jié)引起的污染物遷移模型（Wu等人，2020年；Cai等人，2024年；Wang和Jeng，2025a；Wang和Jeng，2025b）。這些進(jìn)展顯著提高了模型在市政垃圾填埋場（Li等人，2022年；Wang和Jeng，2025a）、低滲透性屏障系統(tǒng)（Paul和Fall，2025年）以及含水層-隔水層系統(tǒng)（Li等人，2025a）等環(huán)境中的污染物遷移預(yù)測能力。上述一維模型是針對沒有工程排水材料的常規(guī)條件開發(fā)的。當(dāng)應(yīng)用于安裝PVD以加速固結(jié)的現(xiàn)場修復(fù)場景時，模型的準(zhǔn)確性受到關(guān)鍵因素的忽略限制，包括井阻力效應(yīng)、涂抹區(qū)影響、自重固結(jié)引起的土壤異質(zhì)性以及不均勻的徑向滲流速度。

近年來，PVD被廣泛用于受污染場地的修復(fù)，并且通過納入對流、擴散、分散和吸附等關(guān)鍵影響因素，相關(guān)數(shù)值模型得到了顯著改進(jìn)（Jiang等人，2023年；Jiang等人，2024a；Wang等人，2016年；Zhou等人，2022年）。然而，這些模型仍然不完善，忽略了固結(jié)對污染物遷移的影響。為了填補這一空白，Huangfu和Deng（2024年）首次開發(fā)了一個PVD輔助的非線性固結(jié)引起的污染物遷移模型，并將其擴展到二維遷移評估。Li等人（2025b）進(jìn)一步通過納入真空壓力邊界、非均勻水流速度和涂抹效應(yīng)，擴展了固結(jié)引起的污染物遷移模型。然而，上述研究假設(shè)PVD-土壤邊界處的污染物濃度是恒定的。這一假設(shè)對于用于PVD增強沖洗修復(fù)分析的模型是合理的，因為注入的流體始終是清潔水源。與沖洗修復(fù)場景不同，復(fù)墾場地中PVD相關(guān)的井阻力會導(dǎo)致污染物在PVD內(nèi)部積聚，上述模型未能考慮這一過程。更重要的是，由于水分含量高，復(fù)墾場地經(jīng)常經(jīng)歷自重固結(jié)，從而導(dǎo)致土壤壓縮性和滲透性的深度依賴性。這可能導(dǎo)致土壤性質(zhì)表現(xiàn)出空間依賴性，從而在預(yù)測污染物遷移路徑和濃度分布時產(chǎn)生顯著偏差（Wang和Jeng，2025a）。Pu等人（2020年）將這一現(xiàn)實因素納入了一維污染物遷移模型，模擬了受污染疏浚污泥在受限處置過程中的污染物遷移，表明忽略自重固結(jié)會導(dǎo)致污染物釋放率被低估，尤其是在早期階段。然而，迄今為止很少有模型在模擬PVD處理疏浚污泥中的固結(jié)引起的污染物遷移時考慮自重固結(jié)。

鑒于此，本研究開發(fā)了一個軸對稱非線性模型，將污染物遷移和自重固結(jié)結(jié)合起來，以評估PVD處理疏浚污泥在固結(jié)過程中及固結(jié)后的污染物濃度變化。所提出的模型在PVD-土壤界面處納入了新的邊界條件，以確保通量守恒、涂抹區(qū)和井阻力。此外，該模型適用于涉及真空輔助預(yù)加載和多階段超載預(yù)加載的工程場景。該模型的性能已通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。這項工作旨在評估施工前受污染疏浚污泥的可用性以及PVD處理疏浚污泥的環(huán)境風(fēng)險，從而為工程實踐中的決策提供寶貴見解。