地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》（简称“《导则》”）中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:①BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe（Peclet数）为0.25×10-3时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1.8倍,存在高估污染风险的可能.②相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0.1 mg/L的时间延迟了390 d.③当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.      

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.     

垃圾渗滤液层状砂箱参数拟合试验及模拟

基于相似模拟条件,研究了垃圾渗滤液污染物在层状含水层中运移规律,通过数值模拟方法拟合了层状含水层的渗透性及弥散度,利用拟合参数分析了阜新垃圾填埋场有机污染物在地下环境中的迁移和时空分布规律,该实验和数值模型较好地反映了层状土中污染物渗漏的基本特征,对预测、控制渗滤液污染地下水提供了一种有效的方法。     

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。     

观测数据权重对地下水有机污染物生物降解模型参数估计的影响

地下水多组分反应运移模型是刻画解释微生物降解地下水有机污染物的水文地质、生物地球化学耦合过程并对各组分分布特征进行预测的重要工具.反应运移模型往往包含多个参数,并含有多种不同生物化学组分的观测数据,高维参数和观测数据类型的多样性给模型参数的反演带来了极大的困难.因此,本文以反应运移软件PHT3D模拟某污染场地地下水中有机污染物生物降解的理想正问题为例,对比讨论了不同观测数据权重对反应运移模型参数估计的影响.结果表明:未考虑观测数据权重时参数估计结果与真实值相差较大,而采用反映观测误差的权重时参数估计值与真实值更接近.敏感性分析表明,参数对于不同观测组数据的敏感度有明显差异.对于本例,生物降解模型中的降解反应参数最敏感,其次是溶解速率迁移常数,多相溶解度摩尔分数敏感度较小.     

垃圾渗滤液对地下水水质影响的数值模拟预测——以冕宁县漫水湾生活垃圾填埋场为例

垃圾填埋场的渗滤液渗漏是周围地下水环境的主要威胁之一。以冕宁县漫水湾垃圾填埋场为例,预测垃圾渗滤液对浅层地下水环境的危害程度,通过Modflow和MT3D模拟分析了正常工况和事故工况条件下渗滤液中COD和NH_3-N在地下水中的运移过程。结果表明:在垃圾场运行中,地下水中污染物浓度增加并向下游扩展。正常工况下,污染物NH_3-N的最大迁移距离为141 m,最大浓度为3.5 mg/L;事故工况下,污染物NH_3-N的最大迁移距离为290 m,最大浓度为7.0 mg/L。随着污染物迁移距离的扩大,污染物浓度开始下降。垃圾场封场20年后,渗滤液中ρ(COD)和ρ(NH_3-N)分别为0.06,0.006 mg/L。     

土壤和地下水耦合数值模拟研究进展

土壤和地下水在水分运移、污染物迁移转化等方面高度相关,基于数值模拟预测土壤和地下水耦合污染趋势可以为土壤与地下水污染协同防治工作提供定量化技术支撑。文章综述了土壤和地下水数值模拟方法,总结了土壤和地下水中水流和溶质运移的耦合数值模拟研究进展,并对耦合数值模拟研究的未来发展趋势进行了展望。     

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。     

简易垃圾填埋场渗滤液地下水溶质运移数值模拟

简易垃圾填埋场防渗措施薄弱,渗滤液易发生渗漏污染土壤,随着时间的累积通过包气带进入含水层对地下水水质安全构成威胁。以西南山区凉山州某简易垃圾填埋场为研究对象,利用Visual MODFLOW软件建立了该简易垃圾填埋场及其周围地下水渗流场和溶质运移数值模型,通过MT3DMS模块模拟垃圾渗滤液在不同渗漏工况下地下含水层中高锰酸盐指数(COD_(Mn))和氨氮(NH~+_4-N)的运移规律,并预测垃圾填埋场封场5年和10年后地下水中COD_(Mn)和NH~+_4-N浓度的变化情况。结果表明:该简易垃圾填埋场在HDPE土工膜上漏洞率为0.5、GCL黏土出现轻微开裂现象时,填埋场区下方地下水中COD_(Mn)在5年后的超标范围为972 m~2,中心污染物浓度为4.0 mg/L,地下水中NH~+_4-N在10年后的超标范围为12 500 m~2,中心污染物浓度为1.0 mg/L;在HDPE土工膜上漏洞率为1.0、GCL黏土出现严重开裂现象时,填埋场区下方地下水中COD_(Mn)在5年后的超标范围为36 261 m~2,中心污染物浓度为20 mg/L,地下水中NH~+_4-N在10年后的超标范围为19 083 m~2,中心污染物浓度为3.5 mg/L。该研究可为渗滤液污染的有效防治以及地下水监测方案的制定提供理论依据。     

地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.     

地下水三维数值模拟及其优化开采

通过总结地下水三维数值模拟及其优化开采的研究方法，本文建立了地下水概念模型、数学模型、三维数值模拟模型和优化模型的耦合模型，最后提出了联合运用地理信息系统软件Arc View、地下水模拟软件FEFLOW和最优化软件Lindo或Lingo的实现方案。     

岩溶区地下水位下降致塌的数值模拟研究

文章运用三维数值模拟的方法对复杂的岩溶塌陷机理及过程进行了系统性研究,探讨了Flac3D三维数值模拟应用于岩溶塌陷的模拟技术及方法,为岩溶塌陷的客观评价及预测开辟了有效途径。在研究中成功地应用数值模拟的方法时地下水面以上的土洞塌陷机制进行了模拟,并对岩溶区的典型地质概化模型的致塌机理进行验证。     

考虑边界条件不确定性的地下水污染风险分析

为分析边界条件不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,运用Monte Carlo方法对一算例进行阐明,并从污染风险预报方面对模拟结果进行分析.为减少重复调用模拟模型产生的大量计算负荷,将边界条件（第一类边界条件-水头值）作为随机变量,建立地下水污染质运移数值模拟模型的Kriging替代模型,在保证较高精度的同时,实现了Monte Carlo模拟.结果表明：边界条件的不确定性,对地下水污染质运移数值模拟模型预报的结果有很大影响,考虑与未考虑边界条件不确定性得到的研究区污染羽分布差别较大.对地下水污染质运移数值模拟模型的Monte Carlo模拟结果进行统计与分析,可以评估研究区观测井1,2,3污染物浓度预报结果的可靠程度,并且可以预报出研究区观测井1,2,3遭受不同程度污染的风险.     

四川雅砻江官地水库岩溶渗漏研究

官地水库的库首由雅砻江自身河弯形成了一个近东西向的单薄分水岭,该分水岭南北方向上长仅1 880m,沿南北向展布的石炭系-二叠系碳酸盐岩贯穿了水库内外,构成了潜在的库水外渗通道.笔者在现场地质、水文地质调查和观测资料综合分析的基础上,构建了该地区的水文地质概念模型,运用数值模拟方法对天然和水库正常蓄水条件下的地下水流场特征进行了模拟,通过对不同条件下地下水流场特征的分析研究,认为天然条件下地下水分水岭已经消失,水库正常蓄水条件下存在水库渗漏问题.水库正常蓄水条件下地下水渗流场的模拟结果表明,其水库渗漏量约3 670 m3/d,其中通过平川组上段、马坪组中段和阳新组上段地层渗漏的水量约占总渗漏量的77%,因此防渗的关键是封堵这三套地层.     

层状非均质各向异性含水层中抽水井对污染物迁移影响数值模拟研究

为研究层状非均质含水层中渗流与污染物迁移问题,本文以大理冲洪积扇盆地典型层状非均质各向异性含水层为例,建立垂向剖面二维层状非均质各向异性含水层水文地质数值模型,利用MT3DMS溶质迁移模拟程序模拟分析抽水井抽水率、深度、位置不同条件下污染物迁移特征。结果表明,抽水率大小对污染物运移速率影响较大,深层抽水井对污染物运移影响较明显,透镜体的存在使污染物出现拖尾现象,弱透水层厚度使污染物运移时间延迟,且降低污染物浓度。     

地下水中污染物的迁移传输及排泄通量研究

以辽宁某化工污染场地为研究对象,结合场地调查结果,应用地下水模型系统软件(GMS)中的MODFLOW和RT3D模型,建立了地下水中污染物的数值模型,探讨其迁移传输及排泄通量。根据模拟结果,地下水中苯、二氯苯和三氯苯的污染羽约在20年后达到动态平衡,污染羽不再随时间变化,污染物的自然衰减速率与污染源释放速率达到平衡。排泄通量估算表明:地下水向河流排泄的量在20年时达到稳定,地下水中苯、二氯苯和三氯苯向河流的排泄通量分别为每天180 g、6 100 g和5.5 g。由于污染物会导致污染生态环境和健康风险,建议从控制污染源、实施污染源区修复和切断迁移传输途径等多种措施控制风险。     

傍河地下水源地数值模拟与评价研究——以沈阳市浑河李官堡水源地为例

傍河水源地以其水量稳定、水质洁净等优点在我国北方普遍应用,地下水资源的准确评价为其良性运行的关键。结合实例,运用VisualM odflow对傍河水源地进行模拟,并在此基础上对其地下水资源进行评价及优化开采模拟分析。通过研究发现:①傍河水源地的模拟对河流的敏感性最强,其次为人工开采,而表征地下水系统特征的K、μ、a等参数的影响却不明显;②傍河水源地的模拟关键在于河流的处理。对非完整河流,在河床底部设置一层弱透水的缓冲区可取得满意效果;③傍河水源地的地下水资源量丰、枯年份相差不大,比较稳定;同时,地下水的资源量是个变量,随开采量增大而增大,且与开采井到河流的距离有关;④运用建立的水源地模型,可方便直观地对地下水开采进行优化调整,以更充分地袭夺地表水资源,从而促进水源地的良性生产。     

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。     

地下水六价铬运移的仿真及场地修复限值探讨

根据渗流理论,考虑地下水中水头变化的影响,利用COMSOL软件,对六价铬在地下水中的运移进行数值模拟,得到地下水压力水头和六价铬在地下水中的迁移变化规律,为六价铬对地下水的污染研究和预测提供重要的分析数据。并借此计算得出场地地下水的修复指导限值为3.17 mg/kg。