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基于MODFLOW的土壤地下水铬污染迁移模拟

基于MODFLOW的土壤地下水铬污染迁移模拟

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作者： tahirinandraina prudence rabemaharitra（塔喜润）中南大学

学位级别：硕士

重金属污染是土壤和地下水污染最严重的问题之一,尤其是六价铬的污染,这种污染对自然资源的利用和生态环境安全构成了威胁。铬污染在土壤地下水系统中迁移转化过程十分复杂,对流、弥散以及生物地球化学反应等多种过程相互作用,目前,数... 详细信息

重金属污染是土壤和地下水污染最严重的问题之一,尤其是六价铬的污染,这种污染对自然资源的利用和生态环境安全构成了威胁。铬污染在土壤地下水系统中迁移转化过程十分复杂,对流、弥散以及生物地球化学反应等多种过程相互作用,目前,数值模拟已经成为国内外研究地下水污染物迁移与修复过程的重要手段。铬污染迁移数值模拟通过模型预测预报研究铬污染物迁移转化的动态及趋势,有助于分析研究铬污染迁移规律和开展污染修复。MODFLOW是土壤和地下水建模中常用的软件,本文基于MODFLOW针对小范围场地内铬污染迁移转化进行数值模拟,根据模拟结果分析研究区域的污染物扩散迁移规律,主要的研究和成果包括:(1)首先采用稳态模式下的MODFLOW模型对水头进行建模,利用PEST工具,基于先导点(Pilot point)的校正方法,设计了两种不同密度的先导点方案,即常规先导点放置和中间水头部测量下梯度(MHMDG)放置,使用PEST模型中的先导点校正方法获得研究区内地下水的水头模型,开展了水头模拟研究;(2)研究利用实例场地37口观测井的数据,采用GOCAD SGrid建立了场地三维结构模型,基于获取的初始浓度数据和实验获取的渗透系数、弥散系数等参数,在克里格插值基础上构建了三维属性数字化模型;(3)基于MODFLOW中对流、弥散和吸附的铬污染动力学模型,在承压含水层中进行了实验模拟,基于MT3DMS数值模拟程序,在小尺度区考虑校准的地下水流动模型,对六价铬污染迁移过程进行了模拟。结果显示实验区域在水平导水率方面表现出明显的非均质性,与常规布局的0.880相比,大密度MHMDG试验点布局的R-squared为0.901,剩余误差最小,校准精度取决于先导点的频率和位置。污染迁移模拟表明,污染源的位置是影响扩散的关键点;其次,非饱和带土壤中的污染物迁移取决于扩散系数和渗透系数,以及穿越层的孔隙度;此外,污染物的对流在饱和带内与地下水的速度方向一致,而粉质粘土层作为污染物的阻挡层,致使污染物在其中对流较慢。本文的研究将有助于实验区域修复方案的开展和污染物分布的监测,在获得六价铬在土壤和地下水中的迁移规律和分布特征基础上,试验获取周围地下水污染的水文地质参数,为后续土壤地下水铬污染修复研究提供支持。

关键词：六价铬土壤地下水模拟 Pilot point校准 PEST MODFLOW MT3DMS 污染迁移

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