固体废物处理厂地下水污染预测及控制模拟

[目的]以江苏省镇江市新区大港片区某固体废物处理厂为研究对象,对地下水污染情况进行模拟研究,为同类建设项目及企业的地下水污染预测和防治提供参考。[方法]通过系统分析该固体废物处理厂野外水位和水质观测数据以及水文地质条件等资料,利用Visual Modflow软件构建了地下水水流和溶质运移模型。[结果]对厂区污水处理站防渗破损后特征污染物CODMn和氨氮运移情况以及地表硬化污染控制措施对污染物的阻隔效果进行预测评价,数值模拟预测污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。预测时间20a后,污染物影响范围最大,运移距离最远,且CODMn影响范围较氨氮大,运移距离较远;地表硬化后,20a后污染羽未超出评价范围。[结论]污染物主要沿水流方向迁移,对水环境的影响随时间逐渐增大,污染物浓度随着迁移距离的增加而减小,不同污染物在地下水含水层中的溶质运移范围和迁移距离不同。地表硬化措施能有效控制污染物扩散。     

基于Visual Modflow的某油库地下水污染模拟

[目的]对陕西省黄陵县某油库地下水污染状况进行模拟,为油库区地下水污染的辅助预测和防治提供科学指导。[方法]通过野外调查试验获得初始参数,应用Visual Modflow软件建立了地下水水流模型,进行模型识别验证,获得最终水文地质参数。耦合水流方程与污染物迁移方程,得到地下水溶质运移模型。[结果]模拟了两种假设情形下运移情况:正常工况和油罐漏油。数值模拟预测了污染的范围和程度。到预测时间20a,污染物影响范围最大。[结论]污染物主要沿水流方向运移,对水环境的影响随时间逐渐增大,污染浓度随距离增大而减小;两种情况下,油罐漏油时对水环境造成的影响更加恶劣,污染范围远超出油库区。     

表层土壤容重对黄土坡面养分随径流迁移的影响

农田化学物质随地表径流迁移的问题,既是农业问题,又是水环境问题。地表土壤容重是影响土壤溶质随径流迁移的重要因素之一。通过室内模拟试验,研究了降雨条件下土壤容重对黄土区坡面土壤氮、磷和钾随径流迁移过程的影响。结果表明,随着土壤容重增大,初始产流时间提早,径流系数增大,土壤流失量增多,土壤磷和钾流失量也随之增大。径流养分浓度变化对土壤容重响应程度的大小次序是：NO3ˉ-N〉PO4^3-P〉K^＋。径流养分流失率过程曲线存在“峰值点”,它是土壤容重、溶质理化特性以及土壤水文参数综合作用的结果。通过数学模拟,进一步证实了幂函数是模拟黄土区非饱和水流条件下养分流失过程的最佳模型。本研究为深入理解黄土坡面径流溶质迁移机理提供了参考。     

考虑尺度效应的土壤溶质运移动力学特征分析

[目的]为了了解土壤环境中弥散尺度效应、动力学吸附等作用对溶质运移过程的影响。[方法]应用Laplace变换方法和复变函数理论推得溶质运移动力学模型的解析解。利用De Hoog数值反演方法,验证解析解的正确性,利用解析解分析溶质在土壤中的运移特征。[结果]解析解的计算结果与反演函数Fourier级数项数2 N较大(N=500)时的De Hoog数值计算结果吻合很好;土壤溶质浓度随尺度效应的增强、吸附作用及生物降解作用的减弱而增大;分子扩散、一阶动力学吸附以及吸附相溶质降解作用对溶质运移变化影响较小。[结论]所推求解析解是正确的;土壤溶质运移的弥散尺度效应,溶质在液相和吸附相间的线性分配作用及溶质在液相中的降解作用是影响土壤溶质运移过程的主要因素。     

土壤团聚状况对Cl~-运移规律的影响

在室内条件下采用垂直土柱易混置换法,研究土壤团聚体大小对非反应性溶质(Cl-)迁移的影响,并以相同直径的细砂柱作为对照,揭示土壤团聚状况对溶质迁移的影响规律。结果表明:在相同实验条件下,随着土壤团聚体直径的减小,孔隙水流速、溶液流速均减慢,在介质颗粒粒径为0.25～0.5mm时发现优势流的存在;通过分析比较土柱与砂柱的穿透曲线、运移参数,发现穿透曲线与土壤孔隙分布状况密切相关;随着土壤团聚体直径的减小,Cl-在土柱中的溶质出流推后,淋洗结束提前,水动力弥散系数(Dsh)逐渐减小,说明介质的孔隙构造是影响溶质运移的一个重要因素。     

人工降雨条件下耕翻面积对水土流失的影响

[目的]探讨耕翻面积对水土流失的影响,为黄土高原地区农田水土流失防治提供依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究了3种坡度下不同耕翻面积的产流和产沙特性。[结果]耕地的产流和产沙特征除了与坡度、雨强以及土壤前期含水量等因素有关外,还与耕翻面积有密切关系。坡度相同时,随耕翻面积的增加初始产流逐渐延后;耕翻面积相同时,随着坡度的增大径流量有增大的趋势,在坡度15°的情况下,耕翻50%时径流量最大。相同坡度下,随耕翻面积的增加,产沙量呈持续上升趋势;坡度为10°时,耕翻面积对产沙量的影响表现最为明显,翻耕的产沙量平均为不耕翻的8.66倍。15°坡度下径流量对累积产沙量的影响最显著。不同耕翻面积下的产流率在产流开始后10min左右趋于稳定。在不同坡度下全耕的产沙率均最大,不耕翻的最小。[结论]随着耕翻面积逐渐增大,初始产流时间逐渐延后,径流量逐渐减小,产沙量逐渐增大。     

土壤有效水与化肥相互作用机理及其应用研究——Ⅱ.化肥对土壤持水与溶质势的影响

本文应用压力板测水装置测定了不同用量的6种化肥在3种土壤上对持水量及水势的影响,结果表明:1.化肥作为土壤溶液中的一种溶质,对土壤持水量有明显影响。施化肥后溶质持水量(Y)随土壤水势增高而逐渐降低,呈Y=A·e^BX,极显著相关。对不同土壤的影响顺序为中壤>砂壤>细砂;2.不同水势下不同化肥溶质持水量比对照的增幅(△Y)随土壤水势的增高而增大,呈△Y=A·X^B,极显著相关,对不同土壤的影响顺序为细砂>砂壤>中壤;3.不同化肥在不同水势下溶质持水量比对照增幅有随施肥量增加而升高的趋势;4.当不同化肥与对照处理的土壤持水量相等时,不同化肥的溶质持水量(Y)随土壤水势的增高而增加,呈Y=A·X^B,极显著相关;5.不同水势下不同化肥溶质持水量比埘照增幅大体上与化肥的盐指数值呈线性正相关;而施不同化肥的溶质势增量亦随盐指数值的增高而增大,呈极显著指数相关。     

人工降雨条件下黄土坡面养分随径流迁移试验

降雨条件下坡面农用化合物随地表径流迁移既是农业问题，又是水环境问题。利用室内人工降雨模拟试验，研究了黄土坡面不同坡度下土壤氮、磷和钾随地表径流迁移的特征。研究结果表明，在定坡长土槽坡度变化为5°～25°范围内，初始产流时间随坡度增大呈先变小后增大的趋势；产流15 min内，径流量均急剧增加，随后趋于稳定。随着坡度增加，水土流失程度加剧，径流溶质浓度增高，土壤侵蚀对径流溶质浓度的贡献增大。基于指数函数和幂函数拟合试验数据的结果，表明了幂函数模型更适合模拟黄土坡面非饱和条件下径流溶质浓度变化过程，也可描述径流磷和钾的流失过程，但其初始阶段的拟合不太令人满意。该研究为进一步完善黄土坡面径流养分迁移模拟模型提供了参考。     

紫色土区土壤初始含水量对坡面径流溶质流失的影响

土壤初始含水量在一定程度上影响着紫色土区的水土流失.通过人工降雨试验,研究了紫色土在5％,10％,15％和20％共4种初始含水量条件下的入渗、产流和径流溶质迁移变化过程.结果表明:径流强度随降雨时间呈对数函数变化;降雨25 min后,径流强度趋于稳定值;在单位时间内,紫色土坡面平均径流深度和累积径流量随初始含水量的增大而增大,而坡面平均入渗率则呈相反的变化趋势.径流中PO3-4,K+,Br-浓度均呈现相同的变化规律,在开始产流时,径流溶质浓度很高,随后迅速衰减并逐渐趋于稳定.径流溶质的流失量随初始含水量的增加而增加,径流溶质从土壤迁移到径流的过程是从很小值迅速增大到某一峰值,然后逐渐衰减至稳定.指数函数比幂函数更适合描述紫色土丘陵区坡地径流溶质迁移变化过程.     

黄土区农田溶质径流过程模拟方法分析

根据黄土区土壤溶质向地表径流传递并随地表径流迁移的具体特点,结合室内模拟实验研究分析结果,探讨了土壤溶质随地径流迁移的影响因素和建立模拟模型的方式。同时传递了质量传递模型,并对模型中的参数确定方法进行了分析。利用室内模拟结果,对模型进行了初步验证。     

北方城市海绵社区生态效益分析

[目的]分析海绵社区建设带来的经济效益、生态效益,为中国海绵城市建设提供技术参考。[方法]以北京市通州区某建筑小区为研究对象,通过增设屋顶绿化、下凹式绿地、雨水调蓄池等雨水渗蓄措施,对比增设设施前后外排量、节水量、回补地下水量、消除污染而减少的社会损失量、节电量、固碳释氧量的变化。[结果]研究区增设雨水调蓄设施后,年单位面积总效益增加量为38 566元/(hm~2·a),年单位面积节约中水量为208m3/(hm~2·a),年单位面积节电量为145(kW·h)/(hm~2·a),年单位面积回补地下水增加量为281m3/(hm~2·a),年固碳增加量为0.02t/(hm~2·a),年固氧增加量为0.01t/(hm~2·a)。[结论]采用雨水调蓄设施,在节水、节能、截污等方面均可产生具有明显的经济效益和生态效益,值得大力推广和提倡。     

Monitoring and Modeling Nitrate Persistence in a Shallow Aquifer

A modeling study on fertilizer by-products fate and transport was performed in an unconfined shallow aquifer equipped with a grid of 13 piezometers. The field site was located in a former agricultural field overlying a river paleochannel near Ferrara (Northern Italy), cultivated with cereals rotation until 2004 and then converted to park. Piezometers were installed in June 2007 and were monitored until June 2009 via pressure transducer data loggers to evaluate the temporal and spatial variation of groundwater heads, while an onsite meteorological station provided data for recharge rate calculations via unsaturated zone modeling. The groundwater composition in June 2007 exhibited elevated nitrate (NO ₃ ^? ) and chloride (Cl^?) concentrations due to fertilizer leaching from the top soil. The spatial distribution of NO ₃ ^? and Cl^? was heterogeneous and the concentration decreased during the monitoring period, with NO ₃ ^? attenuation (below 10?mg/l) after 650?days. A transient groundwater flow and contaminant transport model was calibrated versus observed heads and NO ₃ ^? and Cl^? concentrations. Cl^? was used as environmental tracer to quantify groundwater flow velocity and it was simulated as a conservative species. NO ₃ ^? was treated as a reactive species and denitrification was simulated with a first order degradation rate constant. Model calibration gave a low denitrification rate (2.5e^?3 mg-NO ₃ ^? /l/d) likely because of prevailing oxic conditions and low concentration of dissolved organic carbon. Scenario modeling was implemented with steady state and variable flow time discretization to identify the mechanism of NO ₃ ^? attenuation. It was shown that transient piezometric conditions did not exert a strong control on NO ₃ ^? clean up time, while transient recharge rate did, because it is the main source of unpolluted water in the domain.     

沈阳市傍河地下水源地与浑河之间水量交换的数值模拟研究

科学评价河流对地下水资源的补给量是傍河型水源地管理的基础。以沈阳市浑河河段傍河水源地为例,采用Feflow6.1和Mike11软件分别建立地下水流数值模型和浑河的一维河流数值模型,然后将两者通过Feflow的界面管理器(IFM)利用插件Ifmmike11-2.0进行耦合。耦合模型将河流与地下水含水层之间的补排关系进行了更合理的概化,计算得出浑河对沈阳傍河水源地的补给量约为5.39×10⁵m³/d,约占地下水含水层总补给量的46.5%。该耦合模型实现了河流与地下水水量交换的定量分析,可为研究区水资源的合理开发和规划提供依据。     

大孔隙分布对坡地产汇流及溶质运移的影响

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了粉砂壤土中两种不同大孔隙分布情况下,土槽中土壤含水量、坡面流速、地面径流、地下径流及溶质运移的变化。结果表明,相对于面大孔隙度为19%,容积大孔隙度为0.095%的未加密型的土槽,面大孔隙度为57%,容积大孔隙度为0.285%的大孔隙加密型土槽中各层土壤含水量增加幅度、平均坡面流速及地面径流量相对偏小,地下流出现时间较早且径流量较大,地面径流中溴离子、铵根离子浓度、硝酸根离子浓度偏小。在地下水出流前期,大孔隙加密型土槽中的铵根离子浓度和浓度变化幅度都偏小,但溴离子、硝酸根离子浓度则偏大。     

策勒绿洲生态与灌溉用水对地下水埋深的影响

[目的]估测地下水资源变化动态并对其安全性进行识别,为策勒绿洲水资源管理及维护绿洲生态安全提供一定决策依据。[方法]分析策勒绿洲总用水需求,基于策勒河径流与地下水动态监测数据,计算绿洲用水缺口;最后,通过绿洲长期地下水位监测资料分析地下水位随时间变化规律。[结果]综合考虑生态用水背景下,策勒绿洲年均用水缺口5.20×10~6~1.15×10~7 m^3,当利用策勒绿洲地下水补足绿洲用水差额时,地下水平均埋深年均下降0.27~0.60m,在非枯水年状态下策勒绿洲地下水补给相对充足使得地下水平均水位无明显变化,只在地下水水位时空分布上有所改变,如2008—2014年绿洲地下水平均埋深虽有较大幅度波动,但基本维持在21m上下。[结论]短期来看策勒绿洲地下水埋深变化处于安全范围内,但为了保证绿洲健康可持续发展,并维持地下水埋深的稳定,当前应投入财力到水资源使用的监督和管理中去,将建设农业节水设施作为长期发展策略。     

Hydrochemical Impacts of Limestone Rock Mining

Hydrochemical impacts of shallow rock industrial-scale mining activities close to sensitive constructed and natural wetlands were investigated. The shallow surficial groundwater and surface water in the Everglades Agricultural Area (EAA) were characterized. The chemical composition of sulfate and chloride in groundwater increased with depth. The average concentration of chloride averaged 182 mg?L^?1 at 6 m deep and increased gradually to 1,010 mg?L^?1 at 15 m deep, 1,550 mg?L^?1 at 30 m deep to reach 7,800 mg?L^?1 at 60 m deep. Comparatively, the surface water chemical composition in the surrounding areas showed much lower cationic and anionic charge. The specific conductivity and total dissolved solids of surface water in canals (close to the mining operations) are <900 ??S?cm^?1 and <600 mg?L^?1, respectively, which should be compared to groundwater quality in wells from the EAA area (>2,000 ??S?cm^?1 and >1,000 mg?L^?1, respectively). A steady-state groundwater fluid flow and transient solute transport modeling exercise was conducted to estimate surface/groundwater interactions. The modeled solute in surface water was transported downgradient through groundwaters, migrated approximately 30 m from the source area (after 5 years of operation), and needed more than 116 years to dissipate. An upward transport was also identified whereby chloride and sulfate, naturally present in deeper groundwaters, migrated approximately 200 m (after 1 year of mining) into the pristine shallower aquifer and reached the surface water with a concentration equaling 80% of that in the rock mining pit.     

添加生物质炭对旱地红壤中硝态氮水平运移的影响

[目的]探讨不同生物质炭施用量条件下旱地红壤中NO-3-N的含量及水平运移规律,为该地区的农田水分管理和环境保护提供科学依据。[方法]采用室内水平扩散率仪测定不同生物质炭施用量[C0(0t/hm~2,不施用生物质炭),C1(2.5t/hm~2),C2(5t/hm~2),C3(10t/hm~2),C4(20t/hm~2),C5(30t/hm~2)和C6(40t/hm~2)]条件下土壤中硝态氮水平运移速率和运移浓度。[结果]生物质炭施用对土壤中硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度影响显著。随着生物质炭施用量的增加,硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度呈先增加后降低的趋势,而土壤水扩散率呈逐渐降低趋势。C5(30t/hm~2)处理下硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度均出现最大值,分别为0.67cm/min,165.52mg/kg。随着生物质炭施用量的继续增加,C6(40t/hm~2)处理的硝态氮的水平运移速率和水平运移浓度较C5(30t/hm~2)处理有所降低,硝态氮浓度最大值均出现在湿润峰峰面上。分析影响硝态氮水平运移规律的因素表明,生物质炭降低了土壤的容重、增加了土壤有机碳和孔隙度,从而导致了各处理硝态氮的水平运移规律发生了变化。[结论]生物质炭可以改善土壤的理化性状,促进硝态氮的水平运移,在利用生物质炭改良旱地红壤理化性状的同时,也要注意防止氮素流失对环境的影响,降低其对地表水的潜在污染风险。     

(土娄)土水分入渗、再分布过程反应性溶质(NH4+)运移特征研究

利用土柱切割法研究Lou土水分入渗、再分布过程反应性溶质（NH4^ )运移特征。在水分入渗初期，土壤剖面溶质分布曲线为斜线，随入渗时间延长，土壤剖面溶质分布曲线上部逐渐出现垂直于横坐标的垂直线段。与水分入渗、再分布相比，溶质（NH4^ )入渗、再分布明显滞后；水分入渗深度增加，水溶质入渗距离比增加，溶质入渗滞后程度增大。入渗液浓度增大，溶质入渗滞后程度及溶质入渗阻滞因子减小，相应的土壤吸持溶质的反应速率常数增大，表观活化自由能减小。不同再分布时间的土壤剖面溶质分布曲线具有交点（溶质再分布等浓度点），且该交点随入渗液浓度增大而加深。水分再分布过程中，溶质再分布等浓度点的土壤溶质吸持量基本不变，而其上部的土壤吸持量减小，下部的土壤吸持量增大。     

基于AHP的DRASTIC模型在银川市潜水防污性能评价中的应用

[目的]探讨银川市区域地下水防污性能,为都市圈的建设、规划以及地下水资源的保护等方面提供科学依据。[方法]以银川市绕城高速内的城区为研究区,综合水文地质条件,选取地下水埋深、净补给量、含水层富水性、土壤类型、包气带岩性和水力传导系数等6个评价因子,利用层次分析法(AHP)确定因子权重,建立适合银川市当地的地下水防污性能DRASTIC评价模型,对银川市地下水防污性能进行了分区评价。[结果]①银川市地下水防污性能整体表现为中等-弱,防污性能弱区位于西夏区一带,防污性能强区位于金凤区的北部地区;②防污性评分与NO-3的污染特征存在一致性。[结论]地下水防污性能评价是预防和保护地下水资源的重要手段。金凤区北部阅海湖区域可作为今后城市扩建的首选区域。