基于有限体积法的土壤重金属污染物运移模拟

针对重金属污染物在土壤中的运移扩散问题,采用有限体积法对二维稳态水流中污染物运移的基本方程进行离散,获得污染物在饱和土壤中运移的有限体积法计算模型.运用Matlab模拟不同条件下重金属污染物运移的动态过程,研究污染物运移规律.研究表明,当污染源始终存在时,随着时间的推移,质量浓度等值线近似由中心抛物线形渐变为外围椭圆形,水平向和竖直向浓度均不断减小;当污染源存在10天后移除时,随着时间的推移,质量浓度等值线呈椭圆形,污染范围逐渐变大,浓度不断减小,椭圆中心处浓度最大.     

非饱和-饱和区域中重金属污染物运移数值模拟

为了定量整体描述非饱和-饱和区域内水流及溶质迁移过程,在基于非饱和流动理论及溶质运移理论基础上,建立了非饱和-饱和区域内水流方程与重金属污染物运移方程耦合的数学模型。采用V-G模型来描述土壤水分特征函数.用Lagrange-Quadratic方法进行求解并给出模拟结果:分析结果表明,在非饱和-饱和区域内的压力水头、饱和度以及污染物阻滞因子等参数均随含水率的变化而改变,这是区别于饱和流的主要特点。     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

基于Visual Modflow的重庆某工业园区地下水污染物运移模拟

【目的】预测重庆市江津区某工业园地下水污染情况,模拟主要污染物在地下水中的运移过程和分布特征。【方法】通过对研究区进行水文地质调查和查阅文献资料得到相关参数,利用Visual Modflow数值模拟软件建立地下水流概念模型,以化学需氧量(COD)和氨氮质量浓度做为污染物运移模拟研究的主要指标,对污水处理站发生泄漏后进入地下水中的主要污染物进行溶质运移模拟。【结果】在非正常状况下,污水处理站地下排污管道破裂导致废水持续下渗,污染羽沿水流方向扩散,COD和氨氮质量浓度在此过程中缓慢增加,第7300天时污染物影响范围和迁移距离达到最大,向东南方向迁移最远距离均达到808m。【结论】模拟结果显示第7300天时污染物影响范围已超出园区并进入长江,为防止污染物对当地生态环境造成威胁,需及时发现问题并采取控制措施。     

基于Visual Modflow的重庆某工业园区地下水污染物运移模拟

【目的】预测重庆市江津区某工业园地下水污染情况,模拟主要污染物在地下水中的运移过程和分布特征。【方法】通过对研究区进行水文地质调查和查阅文献资料得到相关参数,利用Visual Modflow数值模拟软件建立地下水流概念模型,以化学需氧量(COD)和氨氮质量浓度做为污染物运移模拟研究的主要指标,对污水处理站发生泄漏后进入地下水中的主要污染物进行溶质运移模拟。【结果】在非正常状况下,污水处理站地下排污管道破裂导致废水持续下渗,污染羽沿水流方向扩散,COD和氨氮质量浓度在此过程中缓慢增加,第7300天时污染物影响范围和迁移距离达到最大,向东南方向迁移最远距离均达到808m。【结论】模拟结果显示第7300天时污染物影响范围已超出园区并进入长江,为防止污染物对当地生态环境造成威胁,需及时发现问题并采取控制措施。
     

影响污染物在土壤中运移的因素分析

本文使用包含了土壤固相吸附解吸作用的对流—扩散方程的解析解,模拟在不同参数条件下,污染物在土壤中的迁移过程,分析了各个参数对污染物运移过程的影响。结果发现,土壤含水率,土-水分配系数,达西速度和扩散速度对污染物在土壤中的运移均有影响,其中土-水分配系数的影响最大。     

水质耦合模型在农药对土壤包气带污染中应用

在综合考虑农药类污染物在非饱和土壤环境中的水动力弥散、吸附解吸及微生物降解等环境行为的前提下,建立土壤中农药类化学污染物迁移的耦合动力学模型,模型中充分考虑了溶质在土壤固体骨架上非平衡吸附作用,并对农药阿特拉津在土壤中的运移过程进行了数值模拟,对模型中的几个重要参数(含水率、吸附速率和水动力弥散系数)进行了灵敏度分析;结果表明,土壤水分含量变化对农药类污染物质在环境介质中迁移转化起着重要作用.这对于定量化分析农药类污染物在土壤中迁移对地下水污染的潜在性影响提供了可靠的理论根据,同时可为现场农药环境污染评价提供技术支持.     

重金属砷在饱和土壤中迁移过程模拟

重金属污染预测和评估是土壤与地下水修复的重点与难点,土壤中重金属迁移过程模拟能够为污染防治和水资源保护提供科学指导。本文基于有限元方法,建立了三维地下水重金属溶质运移模型,考察南京某化工场地重金属As(V)的迁移运动规律。数值模拟通过改变渗透系数、弥散度、分配系数、孔隙率,对比分析不同参数条件下,重金属As(V)溶质在土壤中的迁移规律。引入敏感性指数作为量化指标,比较各参数对重金属砷迁移的影响。数值分析结果表明：污染晕中心砷质量浓度随污染物持续通入逐渐增加到7.12 mg/L,污染范围不断扩大,纵向迁移距离远大于横向;七年后污染物不再注入,污染范围在水流的作用下整体往下游迁移,污染晕中心浓度不断下降,第40年污染晕中心往下游迁移6.5 m,浓度已下降为0.33 mg/L。连续注入污染物10年情况下,增加渗透系数与弥散度都会导致污染晕中心As(V)浓度下降,纵向迁移距离增加;分配系数增加则出现污染晕中心浓度与纵向迁移距离都减少的情况;由于土壤对重金属As(V)的吸附较强,在参数±50%的变化中,分配系数对重金属的迁移距离影响较大,与渗透系数、弥散度的影响程度相当,敏感性指数分别为18.0%、18.0%与16.3%;孔隙率敏感性指数为0.006%,在本文模型下对重金属As(V)迁移的影响几乎可忽略。     

基于改良渗透系数的尾矿库污染物运移模拟

 采用Fredlund解析关系式描述渗透系数与基质吸力之间的关系,对渗透系数取值进行函数方式改进,探讨了渗流条件下重金属运移过程。基于渗流理论建立起尾矿库污染物迁移的二维数值渗流场模型,应用有限元方法进行运算求解,将计算得到的渗流场结果作为母模型,引入溶质迁移子模型进行耦合运算。计算结果表明,尾矿库服役期间周围土壤中重金属离子污染物的迁移范围不断扩大,污染物浓度随着迁移距离的增大而逐渐变小。计算显示,从第2750天开始重金属污染物在渗流的作用下开始在土壤边坡中显露,并对周围环境产生影响,并得出污染源在渗流条件下的迁移路径。渗透系数经改良之后的计算结果与该尾矿库重金属污染监测情况相符,在模型误差允许的情况下其计算结果可靠。     

饱和土体热-水-力-化全耦合一维溶质运移模型

基于孔隙流体质量守恒、能量守恒和溶质质量守恒,综合考虑力学固结、热固结与化学渗透固结对土体结构的影响,并结合黏土颗粒对溶质吸附、半透膜效应作用及耦合流、耦合扩散效应,建立了单一溶质在饱和土体中运移的热-水-力-化全耦合分析模型,采用COMSOL软件重点模拟了渗滤液环境温度对溶质运移行为的影响.数值结果表明,温度会显著影响溶质浓度随时空的分布,热扩散作用加速溶质运移进程,热渗透与热固结机制对溶质运移具有阻滞作用,模拟时间为50年时黏土垫层上下边界温差70 K比无温差工况溶质运移深度减缓87.6%.所建全耦合模型能够为填埋场防渗隔污屏障优化设计及服役性能评估提供理论参考.     

非饱和土壤中重金属污染物迁移机理分析

视土壤为非饱和多孔介质,将描述非饱和多孔介质中多种迁移场量耦合的热质传递模型,结合土壤中溶质迁移的对流-弥散规律,并考虑土壤固体骨架对重金属污染物的吸附特性,建立非饱和土壤中重金属污染物迁移的数学模型.数值分析了非饱和土壤不同深度处和土壤含湿量不同时,污染物在土壤中的迁移状况.随着土壤深度的增加,污染物在土壤中的迁移呈现滞后性;湿含量较高的土壤,在迁移状况趋于稳定时,污染物沿土壤深度的增加其浓度梯度相对较小,数值分析所得污染物在土壤中的迁移规律与文献已有试验结果相一致.因此,所建立的数学模型和数值分析结果,可为分析重金属污染物在土壤中的迁移状况和修复重金属污染的土壤提供一定的理论指导.     

盐渍土区生态水文过程及其盐渍化效应

盐渍土区生态、水文过程及其耦合作用机制是当前盐渍化、次生盐渍化产生的根源。目前的研究主要是从土壤水盐动态、地表水文格局及其生态效应、生态地下水位、生态需水等角度对盐渍土区生态水文过程进行研究和探讨,尚未能揭示清楚盐渍土形成和演化的生态水文学机制。未来需要就生态、水文过程及其耦合作用机制,地表水、地下水以及土壤水之间的相互转化关系及其生态效应,基于生态水文过程的生态需水,以及构建流域尺度盐渍化生态水文模型等进行深入研究,以便为盐渍土区生态环境的维护和恢复、生态与社会经济的和谐提供理论与实践指导。     

城市土壤特征对降雨径流控制的影响

城市范围土壤受到人为扰动而出现生态功能退化,总结了城市土壤的物理化学和水文生态特征,分析了城市土壤对降雨径流量和水质的影响,探讨了低影响开发(LID)工程土的要求,以期为改善LID措施控制降雨径流效果提供理论依据和参考。研究表明:以下渗为主的LID措施,土壤饱和导水率是重要参数;以去除污染负荷为主的LID措施,土壤质地、容重是重要参数,pH及本底养分、重金属含量也是影响因素;应以此为基础设计改良工程土配方;施工过程中,应避免场地土壤的机械人为压实;定期清理设施区域的垃圾,防止阻塞土壤表层;在污染严重区域,定期检测土壤污染物浓度,若超过土壤负载需更换土壤。     

广东东莞地区土壤-蔬菜系统重金属分布与富集特性分析

 对东莞地区常见的7种叶菜类蔬菜及其相应的土壤样品中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb等重金属元素的全量和稀盐酸可提取态进行了分析。结果表明,蔬菜存在明显的有毒金属元素Pb、Ni超标和有益金属元素Cu、Zn缺乏问题。蔬菜重金属含量与土壤重金属总量和可提取态重金属含量均无显著的相关性,但基于可提取态含量的富集系数与蔬菜重金属含量具有显著相关性。因此,在评价土壤重金属污染对作物的影响时,仅仅用土壤重金属可提取态含量仍不足以有效反应土壤污染的生态危害性。不同品种蔬菜对同一重金属元素的富集不尽相同,总体而言,叶菜类蔬菜对金属元素的富集具有较强的选择性,对Cr的富集能力最强,其次为Zn、Cu、Ni,Pb最弱。但因土壤中Cr、Zn、Cu的可提取态含量及可提取态系数均较低,故作物未出现超标,蔬菜中Pb含量超标的成因较为复杂,以大气污染为主要来源。     

川中丘陵土壤重金属元素潜在生态风险评价与预警

以《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)(pH>7.5)为评价标准,对四川省内江市双桥乡土壤重金属As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn的污染风险开展了评价工作:以一级标准(自然背景值)为计算依据,对研究区进行了土壤重金属潜在生态风险评价和生态风险预警.通过研究发现:依据国家二级标准(pH>7.5),研究区土壤重金属污染风险均处于无污染级;潜在生态风险评价结果显示,土壤较高水平的Cd在构成环境污染的同时,也构成了严重的生态危害;从生态风险预警评估综合评价指数来看,研究区的土壤重金属总体处在低警级别,但部分样点的单项风险指数级别稍高,应该加强对个别重金属的风险防治.     

特殊环境条件下复合重金属污染固化土中离子迁移特性分析

运用有限元软件建立二维轴对称分析模型,研究了重金属离子(Cu2+,Cd2+)在土壤中的迁移扩散规律,对比了单一重金属离子(Cu2+)和复合重金属(Cu-Cd)的迁移特性,分析了固化前后重金属的扩散规律,并考虑了温度和干湿作用的影响。结果表明:复合重金属在渗透过程中的迁移半径大于单一重金属离子的迁移半径;固化后的污染土对于重金属离子的扩散速率有着良好的控制作用,固化作用对单一重金属离子扩散的影响更为明显。环境温度对于重金属离子的扩散速率和范围呈现出正相关的影响;干湿循环作用下重金属离子的扩散范围明显增大。     

溶解性有机质对重金属在土壤中吸附和迁移的影响

溶解性有机质(DOM)是土壤中最具有活性的组分,可以与重金属发生吸附、解吸、络合等一系列作用,对重金属的迁移转化、生物有效性等产生一系列重要影响。通过实验研究溶解性有机质对重金属吸附和迁移的影响。吸附实验表明,重金属Cu、Pb、Cr、Cd在土壤中吸附能力是不同的,土壤对重金属吸附能力的大小顺序为PbCuCrCd。土柱实验表明,重金属Cu、Pb、Cd、Cr在土壤中的迁移规律相似,均为前期淋出液重金属含量较低,后期随时间的增大而增大,当达到吸附饱和后浓度趋于稳定。但不同重金属迁移速率各不相同,这与吸附实验结果相符。溶解性有机质的存在对重金属迁移的影响主要体现在迁移速率上,其穿透时间比去除有机质的情况短,有机质的存在有利于重金属离子向下迁移,但当达到饱和后对重金属迁移浓度影响不显著。