污染场地地下水数值模拟的关键问题探讨

针对地下水数值模拟中重模型软件技术、轻水文地质条件分析的问题,结合我国污染场地地下水数值模拟工作日渐增多的实际,通过收集资料和总结经验,对污染场地地下水数值模拟中模型维数、边界条件、源汇项及不确定分析等关键问题进行了探讨。研究认为:1污染场地地下水数值模拟应尽可能建立三维或准三维流模型;2通用水头边界在污染场地地下水模拟中应用较广,尤其是处理源汇项变化问题时效果较好;3参数敏感性与模型不确定分析及后续检查验收在相关工作中不可忽视。正确认识和处理污染场地地下水数值模拟中的关键问题,可为污染场地地下水调查评估、修复与治理工作的有效开展提供科学保障。     

空气注射修复苯污染地下水模拟研究

空气注射是原位修复地下水中挥发性污染物的有效方法之一,但是因为缺乏现场数据,目前系统设计主要依据经验.为了获取合理设计参数,以北京某焦化厂地下水苯污染区域为例,结合现场试验,采用Petrasim中的TMVOC模块对空气注射进行了设计参数优化与修复模拟研究.现场试验得出最佳注气速率为23.2 m3.h-1,影响半径为5 m.模型对现场试验过程中地下水压力变化进行了模拟,模拟结果与实测结果吻合较好.模型对注气位置进行优化,最佳为底部注气;以底部注气方式对注气速率进行优化,得出最佳注气速率为20 m3.h-1,与现场试验结果相近;在最佳注气位置与注气速率下,影响半径为3m,现场测试结果比该值偏大,这主要是因为现场测试参数主要指示地下水上部与非饱和带中气流变化,而气流范围在接近地下水面处开始迅速增大,比地下水中实际气流范围要大.依据场地地质参数,利用优化参数,对修复过程进行了模拟研究,结果表明,修复过程中逐渐将污染物浓度已经达标区域的注射井关停的修复方式比修复过程中所有注射井一直开启的修复效果要好.采用注射井逐个关停的修复方式注气90 d后,该场地污染物浓度从371 000μg·L-1下降到1μg·L-1.     

地下水原位化学修复数值模拟研究进展

数值模拟是地下水原位化学修复设计的主要方法。从地下水原位化学修复过程的物理和化学作用出发,分析了土体平衡方程、流体相连续性方程和溶质运移方程等基本控制方程,比较了常用地下水原位修复数值模拟软件的特征,指出土体变形对地下水渗流和溶质运移的影响以及现有地下水原位化学修复模拟中存在的问题,需考虑以下3个方面:1)原位注入化学修复模拟时应考虑土体变形、地下水渗流和溶质运移的三维耦合模型和模拟计算;2)药剂注入方式以及药剂注入引起的土体变形和破坏及其对土体渗透性的影响;3)药剂注入对土体固结变形和强度的影响。     

地下水污染的数值模拟及污染预测研究——以迁安市某项目的Cr~(6+)污染为例

针对地下水污染的数值模拟及污染预测问题,以迁安市某项目为例,建立了厂区及邻近地区地下水渗流模型和溶质运移模型,选用该项目的特征污染物Cr6+作为模拟因子,介绍了研究区水文地质条件,包括厂区位置及地形地貌、场地水文地质条件和场地水文地质试验,给出了建立地下水渗流数值模型,主要有地下水渗流数值模型和数值模型构建及识别验证,对地下水污染模拟预测,包括源强设定及模拟预测原则、地下水污染模拟预测和对地下水中Cr6+的浓度变化。     

地下水修复的技术不可达性及美国管理对策对我国的启示

由于地下水文地质条件的非均质性、污染物环境行为的多样性、修复技术应用的局限性等原因,地下水修复过程存在较大的不确定性,导致出现修复时间和资源的消耗与修复预期不匹配等问题,对地下水修复效果评估和场地再开发利用带来压力. 美国提出了地下水修复技术不可达性的概念,推行了技术不可达豁免政策,将技术不可达评估纳入地下水修复管理程序中,并提出适应性管理、低风险结案、长期监测等一系列管理要求,以保障场地修复后的健康风险和环境风险. 我国尚未建立技术不可达情景的应对措施和技术体系,在复杂污染场地地下水修复中仍存在修复目标、修复周期、修复效果评估周期等各方面的挑战. 本文围绕地下水修复的技术不可达性,借鉴美国污染场地管理经验,提出了修复技术不可达情景下的应对策略,包括建立修复过程跟踪管理技术体系、适时开展残留污染物风险评估、严格落实污染场地后期管理等建议,以期为保障修复后场地再开发安全利用提供理论依据和技术支撑.      

寒武系中上统地层工业场址地下水污染研究

通常情况下在碳酸盐岩分布的地区,由于地下岩溶管道的发育,地下水主要赋存在大尺度的管道和裂隙中。地下水的流速和流向在空间上具有很大的差异性。以上问题造成在碳酸盐岩地区难以对地下水的流动和溶质运移问题进行数值模拟评价。但在实际工作中发现,某些白云岩裂隙水中地下水的运动符合孔隙水中的运动规律,溶质的运移符合弥散理论的基础条件。以松桃县某工业场地为例,研究该白云岩地层中地下水水质弥散参数的获取和参数特征,并以此为基础建立数值模型对污染情况进行模拟,采用现场试验对数值模型进行验证。数值模型采用Visual MODFLOW计算机辅助软件建立。通过验证表明,以泥质白云岩为主的碳酸盐岩地区的地下水流动及溶质运移适用于数值法进行模拟。     

台兰河流域地下水系统数值模拟

地下水数值模拟是地下水在多孔介质中分布过程机理的模拟,以流域水量均衡为基础,应用ArcView GIS与FEFLOW专业地下水模拟软件,根据研究区水文地质勘探资料、抽水试验及地下水水位长期观测资料,建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型。采用Kringing、Aki-ma插值方法和Galerkin有限元三角形网格剖分技术,求解模型,模拟了台兰河流域地下水运动特征。从模拟结果可以看出,所建立的水文地质概念模型和数学模型是正确的,选取的水文地质参数和计算的源汇项基本合理,模拟结果与实测数值比较吻合,符合台兰河流域地下水的实际情况,能够进行该区域地下水的动态预报,可为研究区水资源的合理开发提供科学依据和技术指导。     

某钼矿尾矿库地下水污染的随机模拟

为分析参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以某钼矿尾矿库地下水污染问题作为研究实例,选取钼离子作为模拟因子,建立该钼矿尾矿库地下水污染数值模拟模型,对输出结果进行不确定性分析.为降低替代模型的维数,运用灵敏度分析法筛选出对模拟模型输出结果影响较大的2个参数作为模型中的随机参数.为减少反复调用数值模拟模型产生的计算负荷,分别运用克里格方法和支持向量机法建立模拟模型的替代模型,并比较二者的精度,选择精度较高的替代模型完成蒙特卡罗随机模拟.最后,对随机模拟的输出结果进行统计分析与区间估计,对地下水污染超标的风险进行评价.结果表明：置信度为80%时,井1,2,3浓度值的置信区间分别为0.71~2.29,0.28~1.02,1.55~3.25mg/L.此外,结合《地下水质量标准》以及污染物浓度分布函数曲线,井1,2,3中水质达到地下水质量标准Ⅴ类的概率分别为99.7%,97.1%,99.6%.本研究可为地下水污染防治提供更科学、全面的参考依据.     

地下水中氯代烃污染原位生物修复精细模拟研究

原位生物修复技术是修复地下水中挥发性氯代烃（VCHs）污染的重要手段之一.精细模拟修复过程是实现高效修复的关键.然而以往多数模拟VCHs修复过程的研究并未全面考虑VCHs自然衰减性质,势必会造成预测误差.因此,本研究针对当前VCHs原位生物修复模型的局限性,提出考虑VCHs自然衰减性质的原位生物修复Monod-Natural attenuation（M-Na）模型.该模型主要将自主开发的M-Na模型的源代码以用户自定义反应模块的形式嵌入到RT3D中.通过注入乳酸提供氢气进行原位生物修复含水层中四氯乙烯（PCE）污染,验证M-Na模型的精确性,并分析了修复过程参数变化（包括乳酸的注入浓度和速率）对修复效果的影响.算例分析结果表明,VCHs的自然衰减作用可以将修复产物乙烯（ETH）浓度提高10%左右,这在VCHs污染修复模拟过程中不可忽略;同时算例中乳酸的最佳注入浓度为30 mg·L^-1,最佳注入速率为200m³·d^-1.本研究成果有望为地下水VCHs污染原位生物修复精细模拟及高效修复提供模型参考.     

场地地下水1,2-二氯乙烷污染的修复实验与数值模拟研究

为筛选适宜的地下水中1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)污染的修复方法,本文开展原位修复包括化学氧化清除技术、监测自然衰减技术及其集成技术的有效性研究。首先通过室内实验,研究高铁酸钾和过氧化氢这两种不同氧化剂对1,2-DCA化学清除的效率以及清除过程中对地下水化学环境的影响。结果表明,高铁酸钾和过氧化氢均能有效的进行化学清除工作,且在60 d后对1,2-DCA的去除率都超过了95%。在反应最佳作用时间内,菌落总数会急速下降,随着时间推移和氧化剂的消耗,菌落总数重新大幅度的回升,这表明即使在化学氧化清除效果减弱之后,依旧可以进行自然降解修复。在此基础上,利用野外水文地质资料与水化学监测资料,建立地下水污染修复数值模拟模型,并通过数值模拟结果分析评价监测自然衰减、化学氧化清除和化学氧化-自然衰减三种不同修复技术的可行性及效果差异,为场地地下水有机污染修复技术的筛选提供不可或缺的依据。     

某矿山地下水污染分区治理效果的数值模拟

本文在查明某矿山水文地质条件与地下水污染特征的基础上,采取分区治理的方案,对地下水污染进行了治理,并采用有限元法对其治理效果进行了数值模拟检验,结果表明数值模拟预测结果与实际监测值较为接近.该研究可为类似矿山地下水污染治理提供借鉴.     

基于生态视角的我国地下水水源地开发与保护：现状、问题与展望北大核心CSCD

地下水是宝贵的水资源,又是重要的生态环境因子,我国因地下水水源地开发与保护不当引发了一系列的生态环境地质问题。从保护地下水水源地生态安全的角度出发,介绍了科学划分地下水水源地保护区及评价地下水可开采量的方法,总结了地下水水源地潜在污染源识别及原位修复技术的研究进展。提出了应基于生态水位合理评价地下水可开采量,充分考虑生态脆弱性并建立地下水水源地生态脆弱保护区;应加强地下水水源地生态安全的预防性和保护性工作,识别地下水的潜在污染源,完善污染物的生态风险评价和地下水水质的监测预警机制,建设地下水水源地生态保护工程;应使用生态环境友好型地下水污染修复技术,防止修复过程对地下水造成次生污染。该研究为保障我国地下水水源地的供水安全和生态安全提供了基础和借鉴。     

某染料化工厂地块苯系物分布特征分析

为掌握长江中游某染料化工污染地块土壤中苯系物分布特征,对地块17个地下水样品和343个土壤样品进行了测定。结果表明:地下水和土壤苯系物分布区域一致,污染具有同源性;地块地势平坦,土壤水平渗透性差,污染物扩散范围有限。受土壤防污性能影响,苯,间、对-二甲苯及邻-二甲苯主要在7.2 m深度以上土壤中检出;3种物质在土壤中主要以轻质非水相液体（LNAPL）存在,在地下水水位附近出现聚集,在饱和带以溶解态继续向下迁移扩散。土壤中氯苯主要以重质非水相液体（DNAPL）存在,其浓度大,迁移深度深,与氯苯在土壤中存在形态、迁移时间以及地质条件有关。后续修复工程中,建议浅部污染土采用异位常温解吸和化学氧化联合修复技术,深部污染土和受污染地下水一同采用原位化学氧化修复技术。     

地下水污染监测网设计模拟的优化技术研究

地下水污染具有修复困难、存在隐蔽等特点,监测过程中地下水流速、污染介质含量等条件也会对地下水污染监测网的实际监测效果造成影响。基于此,当考虑到地下水渗透率、污染物排放速率等不确定性对监测网的稳定产生的影响时,结合模拟优化法与蒙特卡罗法对地下水污染监测网运行过程中的不确定参数进行求解,推导最优监测网设计方案。同时,考虑到蒙特卡罗法计算负荷过大的问题,构建XGBoost替代模型,代替模拟模型与优化模型进行耦合计算,用以全面提升监测网对实际地下水污染物的监测精度,助力地下水监测与治理工作的升级发展,期望能为各地地下水污染防治工作者提供一定的参考。     

Visual MODFLOW在露天矿地下水模拟中的应用

用Visual MODFLOW建立了某露天矿地下水数值模型,运用其跟踪模拟(MODPATH)子模块及溶质运移模拟(MT3D)子模块对该露天矿地下水的水质点示踪和三维污染羽进行了模拟,模拟结果有助于识别该矿露天开采对地下水污染的污染源及污染途径,为预测露天矿开采期间地下水位及水质的变化,采用的监测与预保护措施提供了决策依据。     

发达国家地下水修复技术现状及对我国的启示

随着经济社会的发展,我国地下水污染已经成为严重的环境问题,亟须构建地下水污染修复体系,为地下水污染修复实施提供保障。文章概述了国外地下水修复体系研究进展和我国地下水污染修复体系现状及存在的问题,提出了地下水修复技术建议,旨在推进我国地下水环境管理与修复产业化发展。     

地下水氯代烃污染修复技术研究进展

氯代烃作为重要的化工原料被广泛应用,使用过程中的跑冒滴漏已使其成为地下水中最常检测出的有毒有害污染物之一,严重影响人体健康与生态环境安全.为更清楚地了解地下水中氯代烃污染特点与修复技术发展现状,首先对地下水中氯代烃迁移转化特征进行梳理,分析并总结氯代烃多相态、多介质赋存状态以及影响其迁移转化的因素;其次,归纳阐述不同赋存状态下氯代烃适用的修复技术,包括试验研究与实际场地修复方面的研究进展以及修复过程中存在的问题;最后,结合当前研究现状,对氯代烃修复技术的发展方向进行展望.调查研究表明,PRB技术墙体新介质、缓释氧化剂及污染物靶向修复材料的开发、高抗性且生存能力强的工程菌培育以及修复技术之间的联用将是地下水氯代烃污染治理的发展方向;同时,在修复技术的选择与联用上,必须遵循技术与场地水文地质条件相适应的修复思路.      

我国地下水污染修复试点对策建议——对《水污染防治行动计划》的解读

《水污染防治行动计划》中明确提出了开展地下水污染修复试点工作,我国地下水污染的严重性正引起广泛关注,也面临着迫切的修复需求,因此启动地下水污染修复已经刻不容缓。文章介绍了发达国家的地下水污染修复经验,主要包括具备完善的法律制度、实施地下水污染源分类管理、形成完善的指南和规范。为应对我国地下水污染修复基础薄弱,落实水污染防治行动计划、全国地下水污染防治规划等国家政策需求,建立地下水污染分类管理体系,按照修复目标确定、修复方案筛选、修复工程设计、实施、监测和终止等规范程序要求开展工作,实施地下水污染修复示范工程,为全面推进地下水污染修复和改善地下水环境质量提供支撑。     

数值模拟减压集流式可渗透反应墙技术修复地下水

使用可渗透反应墙（PRB）技术修复受污染地下水,当地下水污染羽宽度和深度过大时,PRB的开挖、填料与安装成本较高.为打破PRB技术这一局限性,开发了减压集流式可渗透反应墙技术,通过集流井、输水管道和布水廊道的共同作用缩小污染羽范围并将受污染地下水输送至PRB,通过非完整井减压吸水方式捕获较深的受污染地下水.首先采用地下水井流公式计算减压集流井的关键初始参数,随后进行数值模拟优化参数并确定其它重要参数.在MODFLOW中通过改变减压集流井的井径、井数量、井间距及井与PRB的距离等参数,探究不同参数变化对减压集流效果的影响规律.模拟结果表明在合理的减压集流参数设置下,该设施可有效调控PRB上游的地下水流场,缩小污染羽的范围,在设定条件下受污染地下水断面减小了约50%.该技术显著降低了PRB的规模,拓宽了PRB的应用范围,使其可以处理污染羽范围较大、污染深度大的地下水.     

小清河沿岸地下水污染强度及发展速度预测的研究

对小清河流域工业废水污染源，河水，地下水进行了监测分析和综合评价，重点进行了有机化合物的监测，研究了距河一定距离内地下水的污染强度现状。在对小清河沿岸水特征。地质钻孔资料和水质监测结果综合分析基础上，以Ｉ作示踪剂模拟污染物质，进行了潜水不质污染野外模拟，得出小清河沿岸潜水纵向弥散系数，建立了水质污染测数学模型，预测了地下水污染的发展速度。