《地下水污染与地下水质模拟》一书即将出版

我国环境科学与水文地质界所关注的《地下水污染与地下水质模拟》一书即将由中国环境科学出版社出版。《地下水污染与地下水质模拟》(理论与方法)一书共十六章,约六十万字,主要内容包括:地下水污染的研究现状;地下水污染与地下水质模拟研究的主要工作方法;与地下水污染有关的水质评价标准;弥散理论地下运动及地下水污染的基本方程;典型弥散问题的分析解及其应     

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。     

零价铁PRB修复2,4-DNT污染地下水模拟研究

研究了零价铁(Fe0)作为PRB墙体介质材料去除地下水环境中2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)可行性.通过室内试验研究地下水环境中Fe0去除水相2,4-DNT效果以及降解动力学参数,并结合一假设地下水受2,4-DNT污染的场地,采用Visual Modflow模拟Fe0墙体材料PRB(Fe0-PRB)修复地下水中2,4-DNT降解效果并评价其可行性.结果表明:在模拟过程中,PRB能有效控制并减少污染羽面积,降低污染浓度;污染4a后,污染地下水的2,4-DNT总质量约1.46×104kg,可推知PRB修复达标耗用Fe0材料为8.76×104kg;渗透系数增大导致地下水速率增大,2,4-DNT与墙体Fe0材料接触时间不充分,污染物污染下游地下水,同时也加速PRB上游污染羽面积减少.因此,结合数值模拟是有效的评价PRB介质材料修复地下水污染效果及确定PRB参数的重要手段之一.     

固废填埋场地土壤-地下水的砷污染反应运移模拟与源强识别

污染场地土壤-地下水系统中污染组分源强的精准识别是实现地下水污染高效治理与有效防控的根本前提.针对某固废填埋场地1号、3号地块地下水As(Ⅲ)浓度出现高值异常,采用统计相关分析方法分析了地下水中As(Ⅲ)与其他检出特征组分的相关关系,确定了As(Ⅲ)与PO₄^3-之间的竞争吸附反应是地下水中As(Ⅲ)污染的主要原因;随后采用表面络合模型(SCM)模拟竞争吸附反应,并建立了基于TOUGHREACT的场地土壤-地下水系统As(Ⅲ)污染组分反应运移模型;最后利用粒子群优化(PSO)算法构建了污染地块As(Ⅲ)污染的源强识别的模拟优化模型.结果显示:(1)固废中存在的磷酸盐能解释污染地块土壤不同深度As(Ⅲ)含量较背景值偏高的现象;(2)构建的土壤-地下水系统As(Ⅲ)运移模型可较好地模拟As(Ⅲ)与PO₄^3-竞争吸附反应;(3)优化识别出1号和3号地块的As(Ⅲ)污染源强分别为187.25μg·L^-1和192.49μg·L^-1.研究表明,基于PSO算法的模拟优化模...     

基于灵敏度分析和替代模型的地下水污染风险评价方法

采用蒙特卡洛方法,借助随机模型进行地下水污染风险评价,模型中随机变量利用灵敏度分析的方法确定,使地下水风险评价结果更为可靠,并借助一个假想例子来说明评价过程.结果表明,模拟输出数据符合正态分布规律,对正态分布概率密度函数积分可以得到污染风险,井1、井2和井3的污染风险分别为0%、78.52%和100%;根据整个模拟区的污染风险分布图可以划分出具有不同污染风险程度的子区域,藉此能够定量评价模拟区不同子区域的污染风险程度.     

Visual MODFLOW在松散岩孔隙储水介质中的应用——以某社会加油站溶质MTBE运移为例

利用Visual MODFLOW对某一存在渗油现象的社会加油站进行场地模拟分析,根据地质与地表构筑物的实际情况,合理将区域划分为5个亚区,调整水文参数并进行数值模拟,联用跟踪模拟(MODPATH)和运移模拟(MT3D)子模块,建立了基于松散岩孔隙水介质的加油站特征污染物甲基叔丁基醚(MTBE)的扩散迁移规律,验证了砂砾卵石层的相关水文参数,为污染防控以及场地修复提供依据。     

重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术

针对地下水重金属污染的不可预见性、污染范围广、持续时间长、污染浓度高、应急处理困难等特点,本文设计了一种混合介质可渗透反应器对受重金属污染的模拟地下水进行处理试验,研究了这种混合介质可渗透反应器对地下水中重金属的去除效果。结果表明:由磷灰石和电石渣组成的混合介质可渗透反应器对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)都有很好的去除效果,其中对Cu(Ⅱ)的去除率为95.10%,对Cr(Ⅵ)的去除率为95.78%,处理后的地下水pH值也提高到8.5左右,说明采用这种混合介质的渗透反应墙技术对修复地下水重金属污染是可行、有效的。     

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。     

基于数值模拟和风险筛查的地下水污染动态风险评估

针对传统污染地块地下水污染风险评价忽略污染扩散风险的问题,以湖南某地下水污染地块及周边为研究区,开展风险评估和动态变化趋势评估。采用定量-定性结合的方式,通过指标筛选和确定,建立了耦合数值模拟预测和风险筛查静态风险评估的污染地块地下水污染动态风险评估方法。模拟预测结果表明,地块土壤和地下水中的污染物随时间逐渐向下游扩散,地下水中Cr(Ⅵ)在38 d时浓度达到最大值1239.5 mg/L,585 d时迁移至河流,917 d时地下水污染羽面积达到最大。基于风险筛查的地下水污染风险评估,和基于数值模拟和风险筛查的地下水污染动态风险2种方法计算得到的地块地下水污染风险总分分别为76.2和72.4,风险分级均为高风险地块,但后者略低于前者,表明针对污染物在包气带和饱水带中的迁移情况,定性分析结果相比定量分析结果可能趋于保守。动态风险评估结果显示,该地块始终为高风险地块,地下水污染风险先上升再下降,在500～700 d时达到最高风险95.2分。建议污染地块应尽快开展地下水风险管控或修复,避免污染扩散导致风险进一步增大。     

某制药厂废水排放对地下水污染的数值模拟预测研究

制药工业是我国经济发展的支柱产业之一,但制药废水含有诸多的污染组分,其排放可能会对地下水造成严重的污染,因此在制药厂建设前须对废水排放可能造成的地下水污染范围进行预测与评价。运用GMS软件对拟建的某制药厂废水排放过程中污水管道发生渗漏可能造成的地下水污染范围进行了数值模拟预测研究。结果表明:①该制药厂废水排放过程中管道渗漏发生100 d后,地下水中污染物COD_(Cr)的最大运移距离为238 m,渗漏发生730 d后,地下水中污染物COD_(Cr)的最大运移距离为250 m,渗漏发生1 825 d后,地下水中污染物COD_(Cr)的最大运移距离为362 m;②研究区地下水中污染物COD_(Cr)的污染晕随地下水的流向而扩散,其扩散方向与地下水的流向一致,且地下水中污染物COD_(Cr)的运移距离随时间的增加而增加,但在预测区内地下水中污染物COD_(Cr)的运移距离仍处在该制药厂的建设区范围内,不会对区域地下水造成明显的污染。建议加强药厂范围内及其周边地下水的监测。     

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。     

地下油罐泄漏区污染源的自动识别

地下油罐泄漏隐蔽性大,不易被及时发现,而且泄漏出的烃类化合物毒性强,对地下水会造成严重污染.为了对某一地下油罐污染源位置和强度进行准确识别,本研究结合现场调查结果,建立了该地下油罐泄漏区的石油污染物反应运移模型.在基本确定污染源泄漏区范围的前提下,进一步建立地下油罐泄漏区污染源的识别模型,并利用遗传算法对泄漏区污染源的位置和泄漏强度进行了自动识别,进而通过参数敏感性分析来评价和比较不同参数对污染物运移结果的影响.结果表明,运移模型中与地下水流场变化相关的特征参数（如开采量、水力坡度、渗透系数等）对污染物运移结果的影响相对比较明显.对于污染源来说,研究不同污染组分在含水层中的化学和生物化学变化显得尤为重要.     

岩溶地下河污染物运移模型对比研究

两区模型（TRM）和暂时存储模型（TSM）为两种常用的岩溶地下河（管道）污染物运移模型,为了更好表征岩溶地下河污染物运移过程,开展模型对比研究.采用两种模型拟合室内管道示踪实验穿透曲线,从概念模型框架、模型优缺点、参数校正过程和物理意义、参数敏感性等方面对比分析两种模型的异同.结果表明,OTIS软件提供TSM的数值解,而CXTFIT软件提供TRM的解析解,但两者均能通过下游不同位置的穿透曲线分段表征地下河不同阶段的污染物运移过程.两种模型的物理意义相近,均可近似描述岩溶地下河中溶质的暂时性存储现象,较好地拟合溶质运移曲线.采用TSM可校正得到暂时存储区的横截面积,但采用TRM只能获得非流动区所占的比例.两种模型中弥散系数和传质/交换系数的敏感度较低,并且弥散系数的变化对穿透曲线拖尾无显著影响.研究结果为岩溶地下河污染物运移模型的选取与应用提供了依据.     

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.     

垃圾渗滤液变组分浓度污染物运移耦合模型

基于非饱和溶质运移理论,建立了水分运移和溶质对流-扩散的动力学耦合模型,通过室内土柱试验拟合了垃圾有机污染物衰减曲线,在充分考虑垃圾污染物浓度衰减,土壤水环境吸附解吸、生物降解作用基础上,进行了污染物运移的数值模拟,模拟结果较真实地反映了污染物的运移规律,该模型可为定量预测垃圾场土壤中有机污染物的时空分布提供一定的理论依据。     

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.     

污染物运移模型在兰州市污水处理工程中的应用

选用渗漏和溶质运移模型,采用有限单元法对污水中主要污染物——酚进行了预测,以此阐明兰州市拟建的污水处理厂对水源地产生的影响.结果表明,污水处理工程的正常渗漏不会导致水源地酚含量超过饮用水标准.     

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。     

关闭搬迁企业地块风险筛查方法评估——基于EPACMTP模型的研究

通过污染物迁移转化多介质模型-EPACMTP模型,使用区域灵敏度分析、全局灵敏度分析与实证案例验证等方法,对风险筛查指标体系的指标完备性、权重与赋分合理性及判断可靠性进行了研究.结果表明,除渗滤液浓度外,风险筛查指标涵盖了所有灵敏度显著的参数（13个）;对于大部分灵敏度或重要性较高的参数给予了较大权重,对重点区域面积、离最近敏感目标的距离等两项指标的赋分整体合理;对低污染场地的判断结果较为可靠.最后,本文建议风险筛查过程中进一步提高对污染物迁移过程的关注,对指标内部分级与赋分进行调整,并重点关注中高风险场地与砷污染场地.     

流作用下泥沙悬浮释放污染物的数值分析

基于一维垂向模型(1DV模型),建立了波流共同作用下泥沙悬浮释放污染物的数学模型,模型通过验证可较好的描述床面附近紊动特性、水流结构、泥沙垂向分布及污染物解吸释放规律. 利用数学模型,通过设置不同的模拟情景,分析计算了波流共同作用下泥沙悬浮特征、污染物释放动态过程及时空分布特征. 研究表明: 波流共同作用下,吸附态污染物及总污染物垂向分布与悬浮泥沙分布一致,波浪底部边界层的周期性振荡限制了从底部悬扬的泥沙向上部水体的扩散,在近床面存在梯度较大的高浓度层,在悬浮释放的初期,溶解态污染物的垂向分布规律与吸附态污染物一致,达到平衡后,沿垂向均匀分布.水流流速和波浪强度对泥沙悬浮释放污染物有着不同程度的影响,水流对泥沙及污染物的垂向分布影响明显,波浪的影响主要体现在床面附近形成高浓度含沙层和污染物层.