地下水中污染物运移过程数值模拟算法的比较

数值模拟已成为目前地下水有机污染现场中,预测和评价溶解相有机污染物运移的主要手段。自从MT3D问世以来,它在地下水溶质运移的模拟中得到了广泛的应用。MT3D中包含有4种不同的数值算法——MOC,MMOC,HMOC和UFDM。利用Processing MODFLOW Pro.7．0.5建立了均质一维流动的地下水数学模型,考虑溶解相有机污染物在地下水中运移时的4个主要影响因素——对流、弥散、吸附和降解,设定了14种代表性的情形,模拟了等浓度污染源条件下污染物的运移,并将不同数值算法的计算结果与理论解进行比较,从而研究不同数值算法的优缺点,为实际数值模拟时算法的选择提供依据。     

GMS在焦化厂地下水环境影响预测中的应用研究

通过对焦化厂酚氰废水来源、主要污染因子及污染景象分析,确定酚氰废水池为主要污染源,给出污染因子排放源强;根据某焦化厂水文地质条件和地下水特征,采用GMS模拟软件对地下水环境影响进行预测,模拟区地下水流场采用Modflow进行模拟,污染物运移采用MT3D模拟.预测结果表明,污染物泄漏到潜水含水层后,污染物检出面积和超标面积随着时间增长逐渐扩大,在预测期30年时略微超出厂界,但影响范围较小.     

PTA生产废液在包气带中迁移的模拟研究

以一工厂PTA生产废液为研究对象,选择COD为PTA生产废液特征污染因子,通过静态吸附及土柱淋滤实验确定包气带土层粉质粘土对PTA生产废液中污染物质的吸附、生物降解及弥散系数,利用Hydrus-1D软件建立污染物在包气带中迁移的对流-弥散模型,预测其在包气带土层中的迁移规律.结果表明:包气带中粉质粘土对PTA生产废液中污染物质有吸附、降解等阻隔作用,但吸附、降解系数均很低,分别为0.256cm3/g 和0.0077d-1.因此当PTA生产废液的COD浓度为4000mg/L,蓄水池中废液深5m,定水头持续淋滤厚为10m的包气带时,11.76年潜水面处地下水中COD含量超标.     

京津冀典型区域地下水污染风险评价方法研究

地下水污染风险评价是开展京津冀地区地下水污染防控工作的基础,对于保障京津冀地下水环境安全至关重要.为了有针对性地开展京津冀地区地下水污染防控工作,以京津冀地区内某典型区域为研究区,提出了一种基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,并以研究区内特征污染物硝酸盐为对象进行地下水污染风险评价.结果表明:①研究区内地下水污染荷载主要受垃圾填埋场分布影响,其次为工业源和农业面源;②包气带结构类型不变的情况下,污染源荷载的变化只会导致进入含水层中的污染物浓度不同,不会改变包气带硝酸盐折减系数;③污染源类型、包气带介质岩性及厚度是造成研究区内地下水硝酸盐污染风险评价存在差异的主要原因.研究显示,采用基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,能够有效地降低地下水污染评价过程中的主观性,对于确定京津冀地区地下水污染重点防控区域,提高地下水环境管理水平具有重要的参考价值.      

石油类污染物在包气带中的迁移预测——以兰州西固商业石油储备库为例

包气带在地表石油类污染物下渗到地下水的过程中扮演着重要角色,同时包气带受到污染必然会对周围环境,特别是植物的生长造成影响,从而影响人类自身。主要使用HYDRUS软件预测了兰州西固商业石油储备库的渗漏对包气带的影响,分正常工作状况和非正常工作状况两种情况。在正常工作状况下,从5000天到10000天,污染物浓度呈线性增加,到50年左右,包气带底部(下边界)污染物浓度接近0.1mg/cm3。在非正常工作状况下,包气带底部(下边界)浓度增加的速度要远远大于正常工作状况,到50年左右,包气带底部(下边界)浓度达0.5mg/cm3。预测结果可以为相应工作状况下饱和带的溶质迁移模型提供参考依据,对确定饱和带污染物的浓度具有重要的参考意义。     

Hydrus-1D模型在推导基于保护地下水的土壤风险控制值中的应用

为合理推导基于保护地下水的土壤风险控制值和风险控制土方量,以珠三角某企业的电镀车间为研究区域,采用Hydrus-1D耦合地下水稀释模型构建水流和溶质运移方程,模拟六价铬和镍在包气带的迁移过程,并将计算结果与土壤-水分配耦合地下水稀释模型进行比较.结果表明,考虑包气带吸附作用下,Hydrus-1D耦合地下水稀释模型计算六价铬和镍的土壤风险控制值分别为41. 6 mg·kg~(-1)和619. 1 mg·kg~(-1),与土壤-水分配耦合地下水稀释模型的计算结果相比,其风险控制值分别提高了近10倍和45倍,风险控制土方量分别减少1 804 m3和44 590 m3.对于地下水位埋深较浅、水力联系密切的污染场地,可进一步开展水文地质调查,完整考虑污染物在包气带的迁移过程,采用Hydrus-1D耦合地下水稀释模型推导基于保护地下水的土壤风险控制值,以节约后期治理修复或风险管控成本.     

Hydrus-1D软件在地下水污染风险评价中的应用

以北京市东南郊再生水灌区为研究区域,应用Hydrus-1D软件构建水流、溶质运移模型,模拟再生水连续灌溉入渗过程中水流在包气带中的运动,并以再生水中的典型有机污染物多环芳烃萘、菲为研究对象,模拟其随灌溉水在包气带中的迁移衰减反应过程,结合MapGIS 6.7,将Hydrus-1D的点模拟结果应用于大面积、区域性的污染评价,通过与研究区地下水萘、菲的背景值进行对比,分级评估地下水污染风险.结果表明,经过50年连续灌溉后,再生水灌区整体地下水萘、菲污染风险较低,萘的污染风险高于菲,灌区内高污染风险区域主要位于凤港减河、红旗干渠与凤官沟交汇处以及东风干渠、永乐河与通大边沟之间.     

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。     

基于折减系数的地下水污染风险评价方法探究

地下水污染风险评价对地下水污染防治与地下水合理开发利用具有重要意义.目前国内外最常用的是基于DRASTIC模型结合污染荷载的地下水污染风险评价方法.本文对比总结了国内外地下水污染风险评价方法体系,针对目前方法体系的不足,提出基于折减系数的评价体系,通过引进"折减系数"来表征污染物在包气带中的迁移转化过程,最后以石家庄滹沱河冲洪积扇平原区为例进行了地下水污染风险评价.结果表明,研究区污染风险最高的地区多为工业区;其次是滹沱河河道及周边地区地下水污染风险较高,原因主要是该地区包气带基本以砂性土为主,且排污河污染物随河水常年下渗;农业污染源排放量较小,农田区污染风险最低.该方法体系实现了污染物由地表到达地下的衰减过程量化,且简便易操作.此外,该方法把污染物毒性与污染物到达地下水面的量放在同一层次,使得地下水污染风险评价的结果更具说服力.     

邻苯二甲酸酯在包气带土层中的迁移模拟研究

选择垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为特征污染物,通过室内实验确定了DMP和DBP在包气带土层的降解、吸附、弥散参数,建立了DMP和DBP在包气带迁移的对流-弥散数学模型.利用有限差分数值解方法,预测了DMP和DBP在包气带土层中迁移及其对饱水带地下水的污染风险.结果表明,DMP和DBP 的包气带污染距离分别可达6.5m和0.5m,DMP存在丰水期污染饱水带地下水的风险,而DBP的污染风险较小.     

溶质迁移模型在地下水有机污染源识别中的应用

采用现场调查与数值模拟的方法,借助RT3D(reactive transport in 3-dimensions),对我国北方某城市局部地区地下水中的四氯乙烯(PCE)和三氯乙烯(TCE)污染来源进行了识别,对污染输入强度进行了反演,并利用Matlab中的Stepwise函数,对影响污染物输入强度的因素进行了多元回归分析.研究结果显示,研究区地下水中的PCE和TCE主要来源于区内使用有机溶剂的工厂和企业.地下水中的PCE和TCE存在天然衰减,在173天中,3个点的PCE浓度分别衰减了93.15%、61.70%和61.00%;TCE分别为70.05%、73.66%和63.66%.通过模拟识别出的4个点状污染源在模拟期间共向含水层中输入0.910 6kg PCE和95.693 8 kg TCE.回归分析结果显示,大气降水与包气带厚度是有机物输入地下水的主要影响因素.35 cm深的包气带中PCE和TCE浓度介于0～5 mg.kg-1之间.以上结果表明,区内地下水中PCE和TCE来源于地表释放的有机污染物.有机污染物一部分在向下迁移过程中自然衰减了,一部分进入包气带,然后又进入了含水层.由于本区第四系以砂卵砾石为主,所以大气降水促进了PCE和TCE向含水层的迁移.     

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.     

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.     

奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.      

卡尔曼滤波方法在地下水污染源反演中的应用

采用卡尔曼滤波方法反演识别地下水污染源的个数和大概位置.借助一个假想算例,建立地下水系统水流和溶质运移模拟模型,利用灵敏度分析方法筛选出对模拟结果影响最大的参数作为随机变量,对该参数进行抽样,运用蒙特卡罗方法将抽样结果输入模拟模型,生成污染质浓度场.采用卡尔曼滤波方法构造迭代过程,逐个利用采样点处浓度的实测值不断更新综合浓度场.引入模糊集理论表示污染羽,对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集来更新各潜在污染源的权重,根据潜在污染源权重大小和综合污染羽收敛形状判断真实污染源的个数和大概位置.算例结果表明：采用卡尔曼滤波方法可以成功反演识别出地下水污染中真实污染源的准确个数和大概位置;引入模糊集理论表示污染羽,通过对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集,可以确定各潜在污染源的权重.