重金属随泥沙迁移过程的数学模型

为更加准确地模拟重金属随泥沙迁移的过程,避免传统模型在描述重金属的吸附解吸时只能片面地考虑简单物理过程的不足,在水沙输移模拟的基础上,同时考虑了重金属随泥沙迁移的物理和化学过程,建立了完整的水动力-泥沙-重金属迁移数学模型。模型利用泥沙颗粒表面复杂形貌与电荷的关系来修正表面络合模型并以此分析了水体中的重金属与泥沙颗粒表面基团间的化学成键作用,同时根据化学反应的不同条件,并结合床面冲淤,将床面泥沙分为有氧层和无氧层分别考虑重金属的沉积与再释放。模型模拟了水槽试验中重金属Ni随泥沙迁移的情况,计算结果与实测数据的对比表明了建立的模型可以合理地反映重金属随泥沙的迁移过程。     

重金属随泥沙迁移过程的数学模型

为更加准确地模拟重金属随泥沙迁移的过程,避免传统模型在描述重金属的吸附解吸时只能片面地考虑简单物理过程的不足,在水沙输移模拟的基础上,同时考虑了重金属随泥沙迁移的物理和化学过程,建立了完整的水动力-泥沙-重金属迁移数学模型。模型利用泥沙颗粒表面复杂形貌与电荷的关系来修正表面络合模型并以此分析了水体中的重金属与泥沙颗粒表面基团间的化学成键作用,同时根据化学反应的不同条件,并结合床面冲淤,将床面泥沙分为有氧层和无氧层分别考虑重金属的沉积与再释放。模型模拟了水槽试验中重金属Ni随泥沙迁移的情况,计算结果与实测数据的对比表明了建立的模型可以合理地反映重金属随泥沙的迁移过程。     

河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究进展

河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体,研究河道内污染物迁移转化过程以及水沙运动对其影响对于治理日益恶化的河流水环境非常重要。结合国内外研究最新动态,对水沙运动作用下污染物迁移转化的试验研究、作用机理、理论模式和数学模型等进行了总结和概述,重点对几种典型的理论模式和数学模型进行了比较分析。目前河流水沙运动对污染物迁移转化效应相关研究存在试验方法比较局限、作用机理存在分歧、理论模式和数学模型不完备等问题,需要进一步进行室内和野外试验技术创新、颗粒界面动力学的微观探索以及污染物在上下覆水和界面上迁移转化理论研究。对河流水沙运动对污染物迁移转化效应研究的研究方向提出了展望。     

水环境污染物迁移转化研究与泥沙运动

从三个方面,即泥沙颗粒本身的性质,污染水体中泥沙运动特点如污水氧化塘中的泥沙运动、河口段的泥沙运动,天然水体中污染物如重金属、难降解有机污染物、营养性污染物和油污染物迁移转化、归宿现象,阐述了将环境科学主要是水环境化学、环境地球化学、水化学和水利工程科学主要是水力学、泥沙运动力学结合起来研究水环境问题的重要性和必要性。     

考虑泥沙影响的污染物输运年龄数值模拟

自然水体中污染物的迁移、转化规律与经泥沙吸附后的沉降、再悬浮等泥沙过程密切相关,其机制尚不明确。采用污染物输运年龄对泥沙影响进行了量化分析,并应用于南黄海辐射沙脊群西洋海域。基于水体中泥沙-污染物模型,推导了考虑泥沙影响的污染物输运年龄的计算方程,通过数值模拟分析了污染物分配系数KD对污染物输运年龄空间分布的影响。研究成果表明:计入泥沙影响后,污染物浓度显著减小,污染物输运年龄随之增大,表明泥沙对污染物扩散起阻碍作用;污染物分配系数KD表征泥沙吸附能力,污染物输运年龄与其呈一定的正相关性,当该系数达到一定值(KD=10^3L/g)时,泥沙吸附能力趋于饱和,污染物输运年龄不再发生显著改变。     

洞庭湖镉迁移转化的马尔可夫模型评价

讨论了在现时泥沙、水体、鱼类、藻类的含镉状态下洞庭湖的输入输出通量；并以其为例，在简要介绍马尔可夫链数学方法的基础上，建立了湖泊生态系统中镉迁移转化的马尔可夫链数学模型，初步评价了当洞庭湖不断有镉加入、系统到达状态稳定时各种介质中的镉总量及镉的迁移转化趋势。     

氮类污染物在土壤中迁移转化规律试验研究

在分析氮物质迁移过程的基础上,借助于土柱物理模型试验装置,试验研究了氮类污染物在土壤中迁移转化规律,得到了NH₄+-N、NO₃--N在土柱内的时空变化过程。在分析实测资料后,建立了考虑氮的迁移和转化的数学模型。根据实测资料和数学模型的数值解,运用最优化技术率定模型参数,参数验证结果与独立的实测值吻合良好。     

土壤中挥发性污染物迁移转化的两区模型研究

分析了挥发性污染物在土壤中迁移转化机制以及耕作层土壤的特点,在考虑耕作层土壤大孔隙流的特点基础上,以质量守恒原理为基础,建立了挥发性污染物在土壤中迁移转化的两区数学模型,并给出了模型的数值解法。以典型的挥发性污染物为例,对其在土壤中的迁移转化的动力学行为进行分析,认为农药的挥发性以及不动水区含水率是农药在土壤中浓度分布的主要影响因素,验证了土壤中农药挥发性数学模型的应用更符合其发生机制以及所建立的两区模型的正确性。这对于预测挥发性污染物释放对环境污染的变化趋势和控制挥发性污染物对环境的污染具有重要意义,并为土壤中挥发性污染物的安全评价提供了手段。     

黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物运移的数值模拟

针对南昌市麦园垃圾卫生填埋场渗滤液防渗的实际情况,分析了重金属污染物在黏土固化注浆帷幕中的迁移转化特征,建立了地下水渗流模型和重金属污染物运移的耦合动力学模型。利用该模型对黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物的迁移行为进行了模拟研究。数值模拟结果表明,在填埋场设计使用年限内黏土固化注浆帷幕对重金属污染物的阻滞率可以达到94.5 %以上,重金属污染物在防渗系统中的浓度范围沿地下水水流方向逐渐扩展,同一位置的浓度值随时间的延续呈逐渐增大的趋势,但距离污染源越远,污染物的浓度越低。结合现场检测情况,证明了黏土固化注浆帷幕对重金属污染物具有较强的污染控制能力。     

城市地表径流-灰尘-污染物输移研究进展

城市地表"径流-灰尘-污染物"作为一个三相介质系统，相互作用机理十分复杂。分别从城市地表灰尘颗粒对不同种类污染物的吸附效应及时空分布规律、地表（坡面）降雨径流特性及过程模拟、地表径流-灰尘-污染物协同输移与削减等方面，总结与分析了现有的研究进展。从本质上来看，城市地表灰尘可视为由不同粒径泥沙颗粒组成的综合体，有必要基于泥沙运动力学理论加强对地表径流中灰尘颗粒运动规律的研究，并以灰尘颗粒对不同污染物的吸附、沉淀作用为纽带，探讨"径流-灰尘-污染物"的协同输移与削减机制。其中，如何有效扩展城市调查样本容量，比较研究不同下垫面径流动力特性，并从径流能量或功率角度出发，研究不同粒径灰尘颗粒的分组起动与输移规律，并建立在径流输送过程中的挟沙力方程，将是今后需要深入研究的问题。     

城市地表径流-灰尘-污染物输移研究进展

城市地表"径流-灰尘-污染物"作为一个三相介质系统,相互作用机理十分复杂。分别从城市地表灰尘颗粒对不同种类污染物的吸附效应及时空分布规律、地表(坡面)降雨径流特性及过程模拟、地表径流-灰尘-污染物协同输移与削减等方面,总结与分析了现有的研究进展。从本质上来看,城市地表灰尘可视为由不同粒径泥沙颗粒组成的综合体,有必要基于泥沙运动力学理论加强对地表径流中灰尘颗粒运动规律的研究,并以灰尘颗粒对不同污染物的吸附、沉淀作用为纽带,探讨"径流-灰尘-污染物"的协同输移与削减机制。其中,如何有效扩展城市调查样本容量,比较研究不同下垫面径流动力特性,并从径流能量或功率角度出发,研究不同粒径灰尘颗粒的分组起动与输移规律,并建立在径流输送过程中的挟沙力方程,将是今后需要深入研究的问题。     

Modeling the transport and distribution of lead in tidal Keelung River estuary

A vertical, two-dimensional heavy metal (lead) transport model incorporated into the hydrodynamic, salt, and sediment transport modules was developed to simulate the lead concentration in the tidal Keelung River estuary of northern Taiwan. We validated the developed model with measured data, including longitudinal velocity, salinity, suspended sediment, and heavy metal (lead) concentration, obtained in 1998. An exponential relationship relating the salinity and suspended-sediment concentrations was established to calculate the partition coefficient of lead in the estuary. The simulated results of dissolved, particulate, and total lead concentrations agreed well with the measured data. A model sensitivity analysis indicated that the partition coefficient plays an important role in the distribution of dissolved and particulate lead concentrations along the tidal Keelung River estuary.     

含植物河道紊流结构研究进展

自然河流中,水生植物的存在改变了河道中的紊流结构.与普通明渠紊流相比,含植物河道水体掺混更剧烈,紊流结构更复杂.由于紊流结构直接影响河流中泥沙、污染物和营养物的输移,含植物河道紊流结构研究越来越受到重视.从紊流平均结构、紊动特性、拟序结构和紊流类型几方面归纳并总结了国内外研究进展,综合分析了影响紊流结构的因素,提出利用场与点相结合的综合分析方法,对拟序结构的形成及发展过程进行定量刻画,探究植物条件下紊流机理是今后的重要研究方向.     

不同粒径泥沙共存吸附动力学模式研究

天然水体中泥沙组成具有非恒定性和非均匀性,而不同粒径泥沙的吸附能力差异很大.因此.讨论天然水体中泥沙对重金属污染物的自净能力,必须研究不同粒径泥沙共存(即非均匀沙)的吸附模式.通过系统室内静态试验,研究了不同粒径泥沙共存吸附的吸附动力学模式.它表明,不同粒径泥沙共存吸附体系各粒径之间不存在竞争和干扰,共存体系单位重量泥沙的吸附量等于各粒径泥沙单独存在,在相同条件下单位重量泥沙的吸附量乘以其在共存体系中所占份额的和.这在一定程度上解决了天然河流水体泥沙吸附量的计算问题.     

港口环境镉和铅的迁移行为研究及模型的建立

港口矿产品堆场的重金属溶出作为港口土壤、水体的重要污染源不容忽视。本文在天津港口7个有代表性的矿产品堆场采集土壤和水体样品,确定重金属的污染状况;应用微宇宙系统模拟Cd和Pb在港口沉积物和水体生态系统中的迁移行为,通过建立多介质逸度模型对微宇宙系统的模拟情况进行拟合,探索Cd和Pb在沉积物和水体中的归趋和迁移规律。现场采样分析表明,矿产品堆场重金属污染较为严重,其中Cd污染显著,超过国家土壤三级标准。微宇宙系统试验表明,Cd的污染状况分析与现场采样分析结果一致;沉降是Cd和Pb在水环境中主要的迁移过程,在试验时长216 h内,Cd大约有61%保留在沉积物中,倾向于停留在水相中,容易通过水体的平流和扩散扩大污染范围,而Pb有99%保留在沉积物中,更容易吸附在悬浮物表面而向沉积物相沉积。研究表明,露天堆放的矿产品的影响是显著的,应尽可能采用集装箱堆放方式,减少矿石直接与雨水接触的机会,封闭污染通道,降低环境效应。     

Accumulation discrepancy of heavy metal and organic pollutants in three near-shore depositional environments, southeastern China

Heavy metal and organic pollutants in sediments along the coastal zone of southeastern China have been investigated. Sediment samples are retrieved from three depositional environments: coast, estuary, and tide-affected river mouth. The relative abundance of heavy metal and organic pollutants is related to their geochemical properties as well as depositional environments and anthropogenic discharge. Based on a sequential extraction method, it is revealed that anthropogenic Pb, Cr, Cu, and Cd are mainly bound to Fe–Mn oxides, suggesting that adsorption and co-precipitation of Fe–Mn oxides are in the control of their transfer processes from water column to sediment. Heavy metal bound to carbonates is also an important pool especially for Cd, Mn, and Pb. The main organic pollutants found in the study area include petroleum-related alkanes, phthalic acid ester, organic silicon, chlorophenol, phenyl ether, and amine. The accumulation of heavy metals and organics in surficial sediments has a decrease tendency from estuarine environment to coastal environment and to tide-affected river mouth.     

重金属污染物在黏土固化注浆帷幕中的运移规律

基于渗透和弥散作用,探讨了黏土固化注浆帷幕对污染物的阻滞机制,通过土柱试验,分析了注浆帷幕对重金属污染物的渗透性能和弥散性能,采用污染物运移过程数值模拟的一维对流-弥散计算模型,研究了重金属污染物在注浆帷幕中的运移规律。试验表明,不同的污染物质在黏土固化注浆帷幕中的渗透性能和弥散性能不同,镉的迁移速度大于铅。数值计算表明,注浆帷幕的厚度及其渗透性、弥散性和水力梯度等重要控制参数对重金属污染物在帷幕中的运移过程具有显著影响。