溶质运移理论的发展

关于土壤或地下水受到污染的问题,其实质是可溶性污染物在水流作用下在土壤或含水层中的运移结果,研究此问题而兴起的一门学科就是溶质运移理论。介绍了溶质运移模型、溶质运移的室内外试验研究成果和溶质运移数值模拟方法的研究现状。     

不同数学模型模拟非均质土壤溶质大尺度运移的对比分析

利用长度为1250cm的非均质土柱中NaCl运移的试验资料,分别应用对流-弥散方程(CDE)、两区模型(TRM)、对流对数正态传递函数模型(CLT)、分数微分对流-弥散方程(FADE)和连续时间随机游走理论(CTRW)等数学模型对长土柱中溶质的运移过程进行模拟,对比各个模型的模拟结果,并从模型机理上分析模拟结果差异的原因,探讨各种模型描述非均质土壤中溶质大尺度运移的适用性。结果表明:CDE、CLT和FADE难以描述非均质土柱中的不规则穿透曲线,但FADE对穿透曲线尾部的模拟精度比CDE和CLT有所提高;与CDE、CLT和FADE相比,两者的模拟结果与实测值吻合更好,在穿透曲线尾部CTRW的模拟值略大于TRM的模拟结果;两者不仅较好地描述了穿透曲线的提前穿透和拖尾等不规则特征,而且捕捉到了非均质土柱中溶质不规则运移程度随着尺度增加而减弱的变化趋势。尽管TRM和CTRW均能很好地模拟长土柱试验所研究的饱和非均质土壤中保守性溶质的一维运移问题,但对于复杂的溶质运移问题的模拟,TRM和CTRW各有其优缺点。     

非稳定流条件下非饱和均质土壤溶质运移的传递函数解

根据溶质运移的传递函数模型Tromsfer Function Model, TFM理论，研究了非稳定流条件下非饱和均质土壤中表施和原有NO-3 N及原有Cl-的运移。由极大似然法估算了模型参数μ和σ2，求出了溶质运移的概率密度函数，计算了NO-3 -N的淋失量，并利用土壤中原有Cl-的动态，对NO-3 N的迁移过程进行了模拟，同时还估算了溶质的中值迁移时间tm和均值迁移时间相应的运移体积θst和θst。     

植物根系对重金属在土壤中运移影响的数值模拟研究

土壤重金属污染是全球面临的一个重要环境问题。本文通过数值模拟,探讨了低吸收植物、普通植物和超富集植物3种植物根系对重金属在土壤中运移的影响。污染初期,有植物土柱的污染程度均高于无植物土柱。随着污染的持续,超富集植物土柱污染程度最先低于无植物土柱,然后普通植物土柱污染程度也开始低于无植物土柱。超富集植物土柱重金属浓度分布很快达到稳定,而普通植物土柱重金属浓度分布范围和峰值仍随时间而增大。低吸收植物土柱污染程度最为严重,重金属浓度峰值会超过污染源输入浓度,且峰值下移。     

济宁市湖东平原浅层地下水溶质运移数值模拟

以济宁市南四湖湖东平原区为例,选取Cl-和SO42-两种有代表性的离子作为典型污染物,借助于FEFLOW软件对研究区内浅层地下水的溶质运移进行了数值模拟。结果表明:整个研究区内污染物浓度呈升高趋势,局部地区呈下降趋势;地下水超采是造成研究区内浅层地下水污染加剧的主要原因,且对深层地下水造成了一定程度的污染。     

典型污染场地含水层天然净化能力溶质模拟研究

根据典型石油类污染场地岩性、水文地质等特征,在长期观测、抽水试验及弥散试验等资料搜集与分析基础上,通过水流模型验证,构建了地下水水流运动及溶质迁移的数值模型。选取苯系物(BTEX)作为模拟因子,运用GMS软件中MT3DMS模块模拟地下水对流-弥散溶质迁移过程,运用RT3D模块模拟研究了地下水中移动、非移动的多种微生物共存的有机污染物生物降解过程。结果表明,生物降解化学反应具有明显的降低污染物峰值的作用,而研究区存在大量的好氧微生物作用和反硝化作用,据此提出可以采用原位生物修复技术来治理石油污染。     

地下水源热泵含水层热量运移数值模拟

应用数值模拟方法对地下水源热泵采能条件下地温场的演化及含水层贮能效率进行了研究.以某水源热泵工程为例,通过对渗流影响区的温度输运方程、地下水渗流方程的耦合求解,得出了温度场分布,分析了不同工况下的地下含水层温度变化,并计算了含水层的热存储效率.结果表明:温度场中等温线的变化趋势可反映出贮能含水层因贮能水抽取和回灌温度不同导致的温度场的变化.     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

考虑弥散尺度效应的溶质径向运移动力学模型及半解析解

将弥散度概化为径向距离的线性函数,并考虑溶质的动态吸附和一阶降解,建立了考虑弥散尺度效应的注水井附近反应性溶质径向运移动力学模型(SDM, Scale-dependent Dispersion Model),采用Laplace变换和de Hoog数值反演方法对模型求解,并与弥散度为常数的溶质径向运移模型(CDM, Constant Dispersion Model)进行对比,分析弥散尺度效应与吸附和降解对溶质运移的影响.结果表明:随着弥散尺度效应的增强,溶质穿透曲线分布范围越广,浓度峰值越小且达到浓度峰值所需的时间越短,浓度分布曲线也有类似的变化规律,但弥散尺度效应对浓度分布曲线中浓度峰的运移过程没有显著影响;当CDM的弥散度为SDM弥散度最大值的4/5时,CDM和SDM模拟的穿透曲线近似一致,但是这种近似的精确程度会随着SDM弥散度与距离比值的增大而有所降低;由于吸附和降解的存在,溶质在运移过程中会出现损耗和滞后的现象.为检验模型的适用性,本文还应用SDM和CDM模拟室内的径向弥散实验.结果表明,与CDM相比,SDM能更好地描述非均质介质中溶质径向运移过程.     

基于GMS的北京西郊垃圾场地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模型是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为地下水资源管理和地下水污染修复提供定量依据。以北京市西郊典型地段为研究区,利用GMS软件建立地下水溶质运移模型,在南水北调来水后,地下水开采方案改变条件下,预测了Cl-、NO23-和THD浓度场。结果表明:垃圾填埋场污染物浓度整体呈上升趋势,劣质水面积增大,需要对原有地下水开采方案进行调整,防止地下水污染范围扩大。     

Numerical modeling of wastewater transport and degradation in soil aquifer

1. INTRODUCTION The wastewater soil treatment system is an ecological treatment system where a self-adjustingand purification mechanism involving land soil– microorganism–plant ecology is formed to effectively treat the wastewater, meanwhile the nutrien…     

潮汐作用对河网区重金属输移的影响

根据相关文献,推导了只考虑溶解态和悬浮态输移过程的一维河流重金属输移模型的表达式。根据2005年12月北江镉污染事故背景资料,对该模型的参数进行率定,以分析珠江流域西、北江河网区潮汐对重金属输移的影响。设定北江上游突发污染事故与下游大、中、小潮相遭遇的情景,将情景资料代入重金属输移模型进行模拟,根据模拟结果评价了事故对佛山市水厂供水带来的影响。分析结果发现,潮汐作用造成河流内水流往复震荡,对污染物的迁移过程影响较大;不同的潮汐作用导致西江、北江的水流补给形式发生变化,进而影响污染物的传播途径;污染事故与大潮相遭遇时,对供水造成的危害要远大于与中、小潮相遭遇时。     

山东淄博裂隙岩溶水中污染物运移的数值模拟及治污措施

本文分别应用5种数值计算方法，模拟了山东淄博裂隙岩溶水中污染物的运移，结果表明总变异消减法(TVD法)和混合特征线法(HMOC法)求解该类水文地质条件比较合适。为了解影响污染物运移的主要因素，为污染物治理提供依据，文中将数值计算和敏感度分析结合起来。通过大量的计算，找出主要因素是污染源和水井抽水。因此治理的主要策略为在移去污染源的基础上采用水力截获法，且水力截获带的水井位置、间距、深度和抽水量等，必须充分考虑当地的水文地质条件。     

山西柳林泉局部区域溶质运移二维数值模拟

本文建立了用于描述柳林泉域地下水中氯离子运移行为的局部区域二维可混溶溶质运移模型。模型考虑了地下水中溶解盐分浓度变化引起的地下水密度的改变，及其导致的地下水水头的变化。该模型计算值与观测资料基本一致，说明所建模型可以用于实际。据此用所建模型预报了柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水位和水质的影响。     

闸控感潮河段重金属迁移转化规律研究

以长江感潮江段的某入江河道为典型案例,根据闸控条件下的水文特征、污染物迁移转化特性分别建立了由入江河道及长江相关河段构成的动态二维水动力及重金属数学模型,模拟分析了闸门控制下入江河道的水流运动规律、点源连续排放的重金属浓度随时间变化及二维平面分布特征。模拟结果表明:在长江潮汐、水闸控制影响下,入江河道内重金属浓度在一定范围内呈现周期性波动的现象,重金属浓度整体呈增大趋势,随着污水排放时间的推移,河道内各断面处重金属浓度最大值和波动区间均趋于稳定;典型超周期内,河道内落潮流污染带长度大于涨潮流。重金属在潮汐河道内的变化是一个非常复杂的过程,对这一过程的模拟,可以为河道水质治理和污染防治提供技术依据。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

一维地下水溶质运移模型多参数反演

以一维地下水溶质运移模型为基础,利用微分进化算法重点探讨监测频次、测量误差等因素对纵向弥散系数DL、有效孔隙度n以及水流速度u等参数联合反演结果的影响,并构造瞬时源和连续源两种工况的典型案例来验证该方法的可靠性。结果表明：微分进化算法具有收敛速度快、精度高等特点,能够运用于瞬时源和连续源地下水溶质运移模型水力、水质参数的反演问题。     

含水层非均质性对地下水蒙特卡罗模拟结果的影响

为研究含水层非均质性对地下水蒙特卡罗模拟结果的影响,对非均质性分区渗透系数最终随机场的产生采用对应充填和排列充填两种处理方法,并对两种处理方法的蒙特卡罗模拟结果进行了比较。结果表明:对于具有强烈非均质性的含水层,蒙特卡罗模拟的实现数对于对应充填至少要取至2 500次,排列充填至少要取至10 000次,所得结果才是合理的;在绝对实现数相同的情况下,对应充填处理结果优于排列充填,但当实现数达到22 500次以上时,两种处理方法所得结果就无明显差别。