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。     

基于数值模拟的企业地下水重金属污染的环境影响预测评价

随着我国经济的发展,制造业废水造成的地下水重金属污染已成为一大环境问题。本文以福建某饰品加工企业的新建项目为研究对象,通过构建评价区地下水渗流模型,耦合污染物运移方程,建立了地下水溶质运移模型,并利用此模型对废水处理车间发生泄漏情况下地下水重金属污染情景进行了数值模拟与环境影响预测评价。结果表明:在废水处理车间发生泄漏情况下,孔隙含水层中重金属Ni、Ag、Cu的污染晕均未迁移出厂区范围,且污染晕在150~570d之内完全消散;裂隙含水层中Ni、Ag、Cu重金属浓度较低,不形成污染晕。该研究对帮助企业和当地环保部门从源头上防治和管理潜在的地下水重金属污染、保护地下水环境具有重要的意义。     

黏土介质地下水非达西渗流的研究进展

Darcy定律自从诞生以来已经被广泛地运用于多项工程技术领域。然而,越来越多的研究表明黏土介质地下水中存在着非达西渗流现象,而且这种现象不可忽略。本文综述了近几十年来黏土介质地下水非达西渗流的研究进展,重点概述了黏土介质地下水非达西渗流的存在性、非达西渗流的本构方程、非达西渗流的产生机理以及非达西渗流临界点转化判据等方面的研究成果,并对黏土介质地下水非达西渗流研究存在的问题进行了讨论,对今后的前沿研究方向进行了展望。     

封洞库低渗介质地下水渗流场数值模型的参数反演

在地下水数值模拟工作中,模型参数是影响数值模型计算准确度的关键因素。对于低渗裂隙介质场,传统的参数分区方法很难准确地刻画低渗裂隙介质场的非均质性,因此需要利用有效的方法优化数值模型参数,使其计算结果更加准确、可靠。建立了烟台某地下水封洞库的低渗介质地下水渗流场数值模型,并对模型中的关键参数——岩体渗透系数进行了参数反演,得到了模型中两个关键层位的岩体渗透系数场。结果表明:研究区岩体渗透系数表现出强烈的非均质性,丁烷洞库在-94～-100m深度上形成了强渗透带,造成丁烷洞库地下水涌水量偏大。参数优化后的数值模型的计算精度进一步提高,能够准确地刻画地下水封洞库的运行状态。     

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

基于多尺度方法研究微生物生长对多孔介质渗透率的影响

建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多孔介质中流场,CA模型描述微生物生长。宏观尺度部分采用通用渗流模型描述流体在多孔介质内的流动。结果表明：由于流体和营养物的优先渗流性,微生物生长在空间上呈明显的非均匀性。多孔介质进口处微生物生长最快,远离进口的多孔介质骨架上微生物生长量与上下游位置关系不大,而与优势流直接相关。将不同营养物进口浓度工况下的局部当量孔隙率动态变化曲线用于REV计算,发现REV尺度的营养物进口浓度每增加1倍,多孔介质开始发生堵塞的时间可缩短18.0%～30.7%。     

Fe0-PRB修复地下水硝酸盐污染数值模拟

基于地下水对流-弥散作用,采用数值分析方法,构建了GMS地下水渗流和硝酸盐污染物迁移三维耦合模型.在污染物迁移过程中,不考虑吸附降解和考虑吸附降解两种工况下,分析了污染物在地下水中的迁移特征.结果表明:地下水和土壤存在天然净化污染物的能力,但不显著,必须采取有效措施控制污染.以零价铁作为PRB墙体介质,并用GMS软件模拟Fe0-PRB修复地下水中硝酸盐的效果.PRB存在时能显著控制污染物的污染范围并降低污染物浓度.PRB厚度为4m时,污染物经过550d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别1.712,0.011,0.018mg/L,PRB下游污染羽拖尾明显;PRB厚度为6m时,污染物经过850d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别0.52,0.004,0.005mg/L,与4mPRB相比浓度分别降低69.6%、63.6%和72.2%,PRB下游污染羽拖尾仍存在但不明显.污染物迁移数值模拟是评价PRB修复污染地下水效果及确定PRB参数的重要手段.     

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。     

低浓度铀污染地下水的生物还原矿化修复研究进展

随着核能资源的开发利用,低浓度铀污染地下水引起的环境问题日益突显,如何高效低耗地处理低浓度铀污染地下水成为当今的研究热点。生物还原和生物矿化是修复低浓度铀污染地下水的2种有效方法,而相关研究主要集中在单一机制上,生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的研究还缺少系统报道。文章简述了生物还原和生物矿化的机制、参与微生物以及反应产物的稳定性,论述了生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的优势、作用机制,同时从微生物和环境因子2个方面总结了耦合机制修复低浓度铀污染地下水的影响因素,提出生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的强化方法,并对该技术的应用前景进行了展望。     

基于BP神经网络的粤北某地区地下水脆弱性评价及其风险管控

针对传统DRASTIC模型在参数权重确定过程中主观性强问题,以粤北某地区浅层地下水为研究对象,利用采集的地下水相关数据和新增土地利用类型参数,在优化BP神经网络算法和构建DRASTICL模型基础上,借助地下水NO^-₃浓度进行模型验证,建立耦合BP神经网络算法的BP-DRASTICL模型,进而根据地下水脆弱性空间分布特点提出了地下水污染风险管控对策。结果表明：训练函数为trainlm、学习率为0.1、隐含层神经元节点数为6时,BP神经网络算法效果最好,相应地获得的最优BP-DRASTICL模型参数权重依次为0.1420(地下水埋深,D)、0.1151(净补给量,R)、0.0791(含水层介质,A)、0.1833(土壤介质,S)、0.0908(地形,T)、0.1574(包气带介质影响,I)、0.0891(渗透系数,C)和0.1433(土地利用类型,L)。D、S、T和L对评价结果的影响最大。与DRASTIC模型、DRASTICL模型相比,BP-DRASTICL模型的Pearson和Spearman相关系数最高,分别达到0.615和0.656,表明硝...     

在不同地质条件下污染河水对其附近流域地下水化学环境的影响

河水污染会对河道两侧的地下水造成污染。选定泰安市的 2条主要河道 ,其中一处河床主要是由透水性较差的粉土组成 ,去除污染物能力较强。而另一处河床主要是由中粗砂组成 ,透水性较强 ,去除污染物能力较差。得出了不同地质条件下河水对附近地下水的影响规律、河床附近地下水的化学变化特征和河水与地下水之间的水力联系 ,同时也为河道污染带的确定提供了一定理论依据。     

基于敏感性分析的危险废物填埋场工程和地质屏障参数优化

为优化危险废物填埋场地下水污染风险控制的工程/地质屏障参数,基于过程模型模拟-参数敏感性分析-参数优选的系统框架和方法,分析关键参数对于地下水中渗滤液所携带污染物浓度的影响和敏感性,基于分析结果推荐技术参数的取值区间和最低的技术参数要求.结果表明:①各参数对地下水污染风险的敏感性排序依次为导排支管间距>含水层厚度>导排层坡度>天然衬层渗透系数>导排层渗透系数>地下水流速.②当导排支管间距>25 m、导排层坡度 < 2%、导排层渗透系数 < 0.000 1 cm/s、天然衬层渗透系数>1×10-6 cm/s时,地下水污染风险急剧增大;反之,当导排支管间距 < 10 m、导排层坡度>3%、导排层渗透系数>0.01 cm/s、天然衬层渗透系数 < 5×10-7 cm/s时,对地下水污染风险的管控并无明显影响.③导排支管间距最低为25 m,但不宜 < 10 m,导排层坡度最低为2%,但不宜>3%,导排层渗透系数最低为0.01 cm/s,天然衬层渗透系数最低为1.0×10-6 cm/s.研究显示,现有标准中给出的参数取值具有合理性,但范围较广,应结合水文地质参数与填埋场参数确定.      

叶尔羌河流域平原区地下水污染风险评价

地下水污染风险评价是管理地下水资源和预防地下水污染的有效方法,采用DRSTIW模型对叶尔羌河流域平原区地下水脆弱性进行评价;采用因子分析对污染源解析量化,进行地下水污染负荷评价;采用兼顾开采价值和原位价值来估算地下水功能价值.采用熵权法和层次分析法确定综合权重,基于ArcGIS加权叠加功能生成地下水污染风险图.结果表明,研究区地下水脆弱性整体较高,地下水污染负荷和地下水功能价值整体较低,地下水污染风险整体偏低,高污染风险和较高污染风险区占研究区总面积的20.7%,主要分布在莎车县、泽普县、麦盖提县、图木舒克市和巴楚县西部等区域,含水层渗透能力强、地下水径流条件弱、地下水补给量模数大、植被覆盖率低和水岩相互作用强等自然条件加之频繁的人类活动如农业化肥的施用和工业、生活污水的排放等使得这些区域地下水污染风险较高.地下水污染风险评价为地下水监测网络的优化和地下水污染防治提供有力的数据支撑.     

巴里坤-伊吾盆地平原区地下水污染风险评价

开展地下水污染风险评价研究是地下水污染防控的重要环节.以巴里坤-伊吾盆地平原区地下水为研究对象,构建DRSTIW模型进行地下水脆弱性评价;根据污染场地调查资料和土地利用类型划分点源和面源污染,进行地下水污染荷载评价;考虑地下水的原生价值、经济价值和生态价值进行地下水功能价值评价;利用ArcGIS的地图代数功能生成地下水污染风险评价图,采用ROC曲线验证地下水污染风险评价结果,通过计算G指数得到地下水污染风险空间冷热点分布,结合重心和标准差椭圆对热点变动情况进行定量分析.结果表明,研究区地下水污染风险整体较低,高污染风险区和较高污染风险区仅占研究区总面积的6.8%,主要位于伊吾县的淖毛湖镇、盐池镇,巴里坤县的奎苏镇、石人子乡、花园乡和兵团红山农场,该区域内地下水埋深较浅,土壤表层和包气带介质透水性能较强,吸附能力较差,加之污染源分布较集中,使得污染物易于迁移富集,在地下水高脆弱性和高污染荷载的双重作用下导致局部区域地下水污染风险升高.受人类活动影响,地下水污染风险在空间上存在一定的集聚现象,整体表现为由西北向东南演变的趋势.地下水污染风险评价结果为划分地下水污染防治区提供重要参考.     

基于SSA-BP与SSA的地下水污染源反演识别

应用基于SSA-BP神经网络替代模型的模拟-优化方法和SSA研究了地下水污染源位置及释放历史的反演识别问题。并在建立地下水水流模型时,应用Cholesky分解方法建立含水层渗透系数连续场,该方法相比于普通的参数分区方法更好地描述了水文地质参数的非均质性。结果表明:SSA-BP神经网络替代模型对模拟模型具有较高的逼近精度,其平均相对误差仅有3.21%。应用SSA求解优化模型,能够快速准确地识别出点污染源的位置及释放历史。SSA对污染源位置的反演识别相对误差在10%左右,对污染源源强的反演识别相对误差不超过4%。因此,本文所提出的方法是一种有效的地下水污染源识别方法,可为污染责任认定及污染修复方案的优化提供参考。     

地下水源地污染源危害性评价方法研究

基于GIS技术平台、层次分析方法,构建了涵盖污染源特性与污染物属性两大方面的8项指标的污染源危害性评价的参数体系,建立了污染源特性指标评价与污染物属性指标评价的耦合模型,解决了地下水源地污染源的量化评价问题.应用所建方法评价了某地下水源地污染源对地下水的危害性.结果表明, 研究区的排污沟、石化公司周边的渗坑群及南部和东部某河滩的渗坑对地下水的潜在危害程度最高,石化公司的潜在危害性中等,其余区域危害性较低.这为污染源的有效监管提供技术支撑.     

海积平原区某非正规垃圾填埋场地下水氨氮污染模拟研究

本研究结合天津市海积平原区水文地质条件,构建了某非正规垃圾填埋场地下水溶质运移模型,并将该模型用于预测分析垃圾填埋场地下水氨氮污染迁移规律.采用敏感性分析研究了渗透系数、孔隙度和弥散度等参数的变化对模拟结果的影响.模拟评价了地下水氨氮污染抽出处理效果.研究结果表明,氨氮污染羽在10年内最大迁移距离为648 m,污染面积达到368667 m~2,高浓度氨氮污染羽主要分布于南部浅层潜水含水层.抽出处理方案效果不佳,易导致氨氮污染羽的拖尾和反弹效应.本研究可为海积平原区地下水氨氮污染治理、修复提供理论参考和依据.     

地下水LNAPL层的原位曝气模拟研究

曝气法(Air sparging,AS)已经成为修复地下水、土壤有机污染的重要技术,与数值模拟技术相结合可优化修复条件。文章利用TMVOC多相流模型研究了地下水位处LNAPL层的迁移转化,并通过情景模拟比较曝气法对污染修复的贡献率。只考虑地下水水流的对流-弥散作用时,目标污染物苯并没有得到彻底去除,只是通过下边界流出。60 d苯的质量损失率仅为1.79%;而连续曝气30 d后苯的去除率就可达到31.4%,最终脉冲曝气苯的损失率为44.8%。增大曝气量能提高气相渗透率及气相-液相接触面积,扩大污染物修复范围;当超过某一值(12 m3/h),其增量对污染物修复影响甚微。当曝气点位于低渗透岩层下方时,低渗透岩层会阻碍气流的垂向迁移,位于低渗透岩层上方的污染物很难得到除去。曝气法适用于溶解、挥发性较好的污染物。     

北京平原区第四系地下水污染风险评价

简述了我国近年来在地下水污染调查与评价方面的工作进展,指出了存在的若干问题.探讨了地下水污染风险评价中的相关概念,并重点论述了地下水污染风险评价与污染评价、脆弱性评价及质量评价的异同.针对北京市平原区的特点,选取了地下水污染评价、地下水质量评价、地下水系统脆弱性评价、地下水系统污染源荷载这4个指标作为评价因子.采用专家打分法确定4个评价因子权重.北京平原区地下水污染风险高、较高、中等、较低、低污染风险区的面积分别为1 232.1、699.3、1 951.4、2 644、133.2 km2.平原区西部及近郊一带污染风险性较高,地下水系统较高的脆弱性和较强的地下水污染源荷载共同作用的结果.在平原东南通州地区,主要是由于历史污染源的存在使得地下水污染的风险较高.     

地下水污染风险区划方法研究

针对地下水易污性评价未考虑污染源要素,缺乏系统有效的地下水污染风险区划方法与参数体系等问题,基于对污染地下水的系统结构分析,污染源解析,构建了地下水脆弱性与污染源综合评价耦合模型,提出了针对地下水污染源的多指标评价方法,形成了地下水污染风险区划的多因素综合评价方法,建立了系统的地下水污染风险评价的参数体系.利用构建的多因素耦合评价方法,以我国北方某大型岩溶地下水源地作为案例进行了污染风险区划,确定了主要污染风险区域.结果表明,风险源与地下水易污性的共同作用决定了地下水高污染风险区分布.地下水污染风险区划方法的建立为地下水污染有效监管提供了必要的方法支撑.