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离岸排放污染物迁移扩散的数值模拟研究及其应用

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离岸排放污染物迁移扩散的数值模拟研究及其应用

作者：时学娟天津大学

学位级别：硕士

沿海地区人口密集，工业经济发展迅速，工农业废水、生活废水与日俱增。近年来污染物离岸排放成为沿海城市处理污染的有效途径。污染物离岸排放是指污染物通过放流管输送到某一近岸海域，然后经扩散器以较高速度排放到海水中。为了避免... 详细信息

沿海地区人口密集，工业经济发展迅速，工农业废水、生活废水与日俱增。近年来污染物离岸排放成为沿海城市处理污染的有效途径。污染物离岸排放是指污染物通过放流管输送到某一近岸海域，然后经扩散器以较高速度排放到海水中。为了避免离岸排放的污染物在排污口处聚集不散，或者对海洋湿地保护区、海洋生物增殖区等敏感海域造成污染等严重问题的发生，需要了解排污口射流混合区内污染物与海水的掺混稀释规律和污染物的迁移扩散规律，在此基础上选取合理的排污口位置和建立有效的污染物排放系统。关于污染物射流排放混合区的研究，通常将其分为排污口近区和远区两部分分别研究：射流近区，主要受射流初始动量影响;射流远区，流场几乎不受射流的影响，污染物随环境水体做迁移扩散。本文回顾了离岸排放射流近区研究的发展历程，总结了这类问题的研究方法;以往研究大都是较深海域，不需要考虑自由面对射流近区的水动力和污染物迁移扩散规律的影响，但在渤海湾等较浅海域，需要考虑自由面的影响，目前研究较少。在前人的基础上，建立了较浅海域污染物离岸排放射流近区模型，考虑了自由面对射流和污染物迁移扩散的影响，包括三维紊流模型和对流扩散模型，分别利用静止水环境与横流环境中射流的实验数据和对流扩散方程的典型解析解进行了验证，结果表明所建立的模型对射流近区的模拟结果良好，可以进一步应用到较浅海域内排污口射流近区流场和污染物迁移扩散的模拟。离岸排放射流远区的主要研究对象是污染物随环境水体的迁移扩散规律，本文基于FVCOM三维分层海洋模型来进行研究。利用渤海湾实测数据对模型进行了率定和验证，结果表明离岸排放射流远区模型能够正确反映渤海湾内的流场分布，可以进一步应用到渤海湾内排污口射流远区污染物迁移扩散的模拟。将离岸排放射流近区与远区模型应用到天津南港工业区污水离岸排放口的优化研究中，针对三个拟选排污口进行了详细的分析研究。首先利用射流近区模型分析比较了三个拟选排污口附近污染物的迁移扩散和初始稀释效果;其次利用射流远区模型对污染物迁移扩散进行了模拟预测，比较三个拟选排污口污染物的稀释效果和对大港贝类资源恢复增值区域的影响程度，在此基础上提出了建设排污口的合理位置。

关键词：离岸排放排污口射流污染物迁移扩散 FVCOM模型

成层土中污染物迁移数值模拟及参数敏感性分析

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地质灾害与环境保护 2020年第4期31卷 53-62页

作者：苏振兴高文生杜风雷吴育林毛安琪建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 中国建筑科学研究院地基基础研究所北京100013 上海勘察设计研究院(集团)有限公司环境工程公司上海200093

随着工业化的发展,世界范围内土壤受到越来越多的污染威胁,引起大量的土壤污染事故,对人类的生存和发展构成了威胁。本文介绍了污染物迁移扩散的理论,采用了数值模拟软件GMS中MODFLOW和MT3DMS模拟分析污染物在成层土中迁移扩散过程。基... 详细信息

随着工业化的发展,世界范围内土壤受到越来越多的污染威胁,引起大量的土壤污染事故,对人类的生存和发展构成了威胁。本文介绍了污染物迁移扩散的理论,采用了数值模拟软件GMS中MODFLOW和MT3DMS模拟分析污染物在成层土中迁移扩散过程。基于建立的数值模型,研究土层渗透系数、地下水位、污染物排放量以及污染源浓度等参数对污染物迁移的影响规律,研究成果具有一定的工程指导意义。

关键词：环境岩土工程污染物迁移扩散对流左右地下水污染敏感性分析数值模拟

城市地表水体径流污染模拟分析:以苍海湖为例

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中国给水排水 2022年第1期38卷 122-128页

作者：李帅杰栗玉鸿范锦王家卓中规院<北京>规划设计有限公司北京100044

在我国城市持续推进绿色发展理念的背景下,为科学支撑海绵城市规划编制工作,以梧州市苍海湖为研究实例,结合国内外相关研究经验和属地化的测量参数,应用InfoWorks ICM构建研究区水量水质数学模型。设计旱季和雨季两种模拟情景,分别对苍... 详细信息

在我国城市持续推进绿色发展理念的背景下,为科学支撑海绵城市规划编制工作,以梧州市苍海湖为研究实例,结合国内外相关研究经验和属地化的测量参数,应用InfoWorks ICM构建研究区水量水质数学模型。设计旱季和雨季两种模拟情景,分别对苍海湖汇水区内的污染物径流冲刷效应和湖体内污染物迁移扩散规律进行模拟分析,计算不同设计情景下地表污染物随雨水径流进入苍海湖及在湖内扩散的演进过程,并基于计算结果为苍海湖水动力条件改善、湖泊水质保护等提出工程指引建议,以期为水量水质数学模型在海绵城市规划中的应用提供参考。

关键词：城市地表水体雨水径流污染水量水质数学模型污染物迁移扩散

污染物迁移的建模分析在小型湖泊治理中的应用——以资阳市雁南湖为例

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能源与环境 2022年第4期 19-22页

作者：王玮陈利华杨文瑜韩帅中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

在水环境治理项目中,判别水体污染风险能为治理方案提供理论基础。以典型小型湖泊——资阳市雁南湖为例,搭建地理信息模型进行水动力和污染物迁移的耦合数值模拟。通过可视化的形式,分析了水体的水力风险和污染风险的空间分布。基于分... 详细信息

在水环境治理项目中,判别水体污染风险能为治理方案提供理论基础。以典型小型湖泊——资阳市雁南湖为例,搭建地理信息模型进行水动力和污染物迁移的耦合数值模拟。通过可视化的形式,分析了水体的水力风险和污染风险的空间分布。基于分析结果,从水动力的角度提出了岸线整治和湖底地形微整的优化方案。结果表明,基于建模分析的优化方案能有效提升水动力条件,降低污染风险,并发挥水体自净能力,从而降低后续治理的难度和成本;流态优化方案对于COD的浓度改善有较明显的效果,但对于TN和TP浓度降低的作用并不显著,建议后续水环境治理技术方案的重点应放在削减TN、TP的入湖污染负荷与增强水体对TN、TP的去除能力上。

关键词：水力水质模型流态分析污染物迁移扩散水环境治理小型湖泊

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海湾水交换数值模拟方法的研究及其应用

海湾水交换数值模拟方法的研究及其应用

作者：吕迎雪天津大学

学位级别：硕士

海洋拥有着丰富的资源,是人类生产生活重要的支持系统。近年来,随着经济的快速发展,大量污染物排入到海洋中,对海洋,特别是近海环境造成了严重的影响。为了评估海洋环境容量,保障海岸带开发和生态环境保护的协调,有必要研究污染物在水... 详细信息

海洋拥有着丰富的资源,是人类生产生活重要的支持系统。近年来,随着经济的快速发展,大量污染物排入到海洋中,对海洋,特别是近海环境造成了严重的影响。为了评估海洋环境容量,保障海岸带开发和生态环境保护的协调,有必要研究污染物在水体中的迁移转化规律,分析海域的水交换能力。本文综述了水交换研究的箱式模型、质点跟踪模型、随机游动模型、对流扩散模型,交换矩阵模型以及年龄模型的研究进展。重点介绍了随机游动模型在海湾水交换研究中的原理及方法。并根据所建立的模型求解了二维瞬时点源和连续点源扩散的经典算例,二者的模拟结果都与解析解符合得很好,表明本文所建立的随机游动模型能正确模拟对流扩散问题。在对解析解验证良好的基础上,利用随机游动模型模拟了矩形海湾各分区的水交换,统计得出了各分区粒子交换关系。与对流扩散模型统计结果的对比,表明总体趋势一致,但在个别分区有一定差异。在随机模型的参数中,选取不同时间步长进行了模拟,结果显示本文所选时间步长可以使得随机游动模型的模拟结果正确反映粒子的扩散现象。通过渤海海域实测资料对本文所建立的数学模型进行了验证,结果显示,数值模拟结果与实测结果吻合较好。用平面二维水动力学模型及平面二维对流扩散模型对渤海湾天津近岸海域进行了水交换研究,结果表明渤海湾近岸海域水交换的特性是污染物主要在近岸随沿岸流运动;渤海湾中部和北部有一逆时针环流,不利于水体交换出去。最后用随机游动模型研究了近岸点源排污的影响,得出了点源排放污染物的迁移特性。

关键词：水交换随机游动模型数值模拟污染物迁移扩散

鄱阳湖流域农村饮用水水环境特征及其污染机理研究

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鄱阳湖流域农村饮用水水环境特征及其污染机理研究

作者：陈慧杰南昌大学

学位级别：硕士

随着鄱阳湖环湖区农村城镇化和工业化的不断推进,鄱阳湖区域水环境的污染问题日益显现,农村居民饮用水（地表水及浅层地下水）的安全问题引起了越来越多的关注。同时,近几年来洪涝、干旱等自然灾害频繁发生,造成点、面源污染物的扩散、... 详细信息

随着鄱阳湖环湖区农村城镇化和工业化的不断推进,鄱阳湖区域水环境的污染问题日益显现,农村居民饮用水（地表水及浅层地下水）的安全问题引起了越来越多的关注。同时,近几年来洪涝、干旱等自然灾害频繁发生,造成点、面源污染物的扩散、迁移,尤其是洪涝灾害会对饮用水水质产生突发性的影响,使得灾后发生疫情的风险剧增。因此,监测环鄱阳湖农村地区地下水受污染程度,深入研究点、面源污染机理以及评价其对人体健康的危害迫在眉睫。本文基于野外调查、收集和分析当地的水文地质资料基础上,对地下水进行取样分析,研究了环鄱阳湖区13个县（市）的地下水中污染因子的浓度。研究表明,环鄱阳湖区农村所有的饮用水采样点中,水质较好,毒物因子的变异系数由大到小的顺序是Pb＞Cr＞NH4-N＞Cu＞Zn＞Cd＞NO3-N, Pb、Cr变异系数相对最大,分别为1.87、1.82。分析工业、农业和养殖业对环鄱阳湖区农村地下饮用水的影响大小：农业污染、化工污染、贝类养殖、农村生活用水、大闸蟹养殖、垃圾堆放、渔业养殖、家禽养殖、人畜粪便等对地下水硝酸盐氮都有不同程度的影响,但贡献大小有待进一步研究。应用健康风险评价模型研究环湖区地下水对人体健康的影响,对地下水中毒物因子通过饮水途径进入人体产生的危害进行风险评价。结果表明：环鄱阳湖区Cd、Cr致癌的个人平均年风险分别为6.02×10-7/a、7.84×10-6/a,均低于国际辐射防护委员会（ICRP）推荐致癌风险阈值范国5×10-5～10-4/a,表明致癌风险较低;Zn年平均风险远大于其他非致癌物,为主要风险因子。而各类毒物个人健康年总风险均以基因毒物质为主,超过个人健康年总风险的98%。通过对抚州唱凯堤决堤后造成的洪灾受灾区域地下水和地表水的水质分析和评价,分析得出淹没区域尾部地区地下水和地表水污染较其他地区严重,部分地区污染很严重。洪涝灾害造成地下饮用水的污染来自于三个方面：一是携带其他地区的大量污染物质滞留在淹没区域造成水质污染;二是将淹没区域的分散的污染物质聚集在一起使得水质污染急剧加重;三是大量的洪水造成短时间的地表和土壤中污染物质渗透作用。在环鄱阳湖区洪涝灾害越来越严重的情况下,区域的洪灾必然会的放大人为因素的作用,间接造成地区的地下饮用水的突发性重大污染,因引起较大的重视。

关键词：环鄱阳湖区地下饮用水健康风险评价洪涝灾害污染物迁移扩散

洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型研究

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洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型研究

作者：姚志帆天津大学

学位级别：硕士

非点源(又称面源)污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点,从而加大了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。本文以洋河水库上游流域为研究对象,建立洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型,得到不同保证率雨量下的... 详细信息

非点源(又称面源)污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点,从而加大了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。本文以洋河水库上游流域为研究对象,建立洋河水库上游流域非点源污染整治数学模型,得到不同保证率雨量下的污染物元素入库口需消减量,并基于结果提出了水库入库口处的治理方案。洋河水库上游流域分为东洋河、西洋河、迷雾河、麻姑营河四大流域,这四大流域又划分为237个子流域。本文在迁移扩散的不同阶段,根据洋河水库上游流域污染物性质对其进行了分类,利用输出系数模型并以村庄为单位对源头治理前后的非点源污染物进行计算。利用泰森多边形法模拟村庄范围,并根据村庄范围与子流域的相对位置关系,将村庄的污染物分配到子流域上,从而得到各子流域的污染物计算结果。将计算结果进行分析,探究不同污染物生成的主要因素。对于子流域分级问题,本文打破传统的利用商业软件进行处理的方式,根据洋河水库上游流域的子流域汇流关系,创新性地提出了子流域的分级方法。根据产汇流的规律及污染物迁移扩散规律,创建了降雨汇流模型及污染物迁移扩散模型,而后利用Fortran语言自编程序进行模型参数率定与验证,验证结果表面该模型的计算结果与实测值大致相符。然后,利用模型计算各种保证率雨量下各子流域水量的汇流量、出流量及相应的污染物浓度。通过入库的污染物浓度与水库的纳污能力的对比,得到了各种保证率下的各种污染物入库前所需消减量。从非点源污染物的计算结果可以看出:污染物的产生与人类活动密切相关,人口越多,村庄分布越密集的地方,所产生的污染物量就越大,其中主要污染源是禽畜排泄物。通过降雨汇流模型及污染物迁移扩散模型的计算结果分析发现:在保证率越高、降雨量越小的情况下,子流域水量越少,但污染物浓度越高,则需要消减的污染物量也越大。根据模拟结果,建议洋河水库上游流域污染治理方案为在入库口滩地上布置前置库和人工湿地,使污染物入库浓度达到II级水质标准。

关键词：非点源污染洋河水库降雨汇流污染物迁移扩散数学模型治理方案

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基于ROMS的渤海湾水动力学模型及其应用

基于ROMS的渤海湾水动力学模型及其应用

作者：崔可夫天津大学

学位级别：硕士

海湾是海陆作用的集中地带，历来为人类生产生活、经济贸易的活动中心。近年来，随着渤海湾沿海地区经济的高速发展，越来越多的工业废水，生活污水通过入海河流或海底管道汇入渤海湾，对近岸海域的自然生态环境造成了严重的影响。为了... 详细信息

海湾是海陆作用的集中地带，历来为人类生产生活、经济贸易的活动中心。近年来，随着渤海湾沿海地区经济的高速发展，越来越多的工业废水，生活污水通过入海河流或海底管道汇入渤海湾，对近岸海域的自然生态环境造成了严重的影响。为了保护海洋生态环境，合理利用海洋资源，使沿海经济绿色、健康、可持续性发展，研究渤海湾各区域的水交换特性和污染物在水体中的迁移扩散规律是十分有必要的。本文综述了海湾水动力数值模拟的常用方法，三维模型经常被用于水深较深的海域或用于研究波浪破碎、泥沙输运等问题，对于渤海湾这类较浅海湾，通常应用平面二维对流扩散模型和平面二维水动力学模型进行污染物迁移扩散的研究。考虑到污水密度的影响，污染物在垂向上的分布会产生较大的差异，而垂直方向沿水深积分的二维模型不能对这种情况做出准确的描述。因此，本文基于ROMS模式建立了渤海湾三维水动力学模型和对流扩散模型，利用该模型对渤海湾水交换和污水深海排放工程中的污染物迁移扩散规律进行了研究。首先对建立的模型进行验证，计算了平底水池中由表面风应力引起的流场在垂向上的速度分布，并与风生流的典型解析解对比验证，数值解与解析解吻合良好。然后利用渤海湾海域的实测资料对潮流模型进行验证，结果显示三维潮流模型的模拟结果与实测资料吻合良好，能够正确反映渤海湾潮位以及各水深层面上的流场分布。在三维的水动力学模型和对流扩散模型的基础上，应用水交换关联矩阵对渤海湾近岸海域控制规划功能区进行了水交换研究，并与二维模型的模拟结果对比。结果显示可能由于三维模型可以更精确的描述流速在垂向上的不均匀分布，使得三维模型的模拟结果所显示的水交换能力低于二维模型的模拟结果。将本文建立的模型应用到南港工业区污水深海排放工程，结合渤海湾近岸海域功能区划，模拟潮流作用下，排污口排放的污水中各类污染物的迁移扩散过程。通过对模拟结果的统计，得到了六种主要污染物在不同时刻的浓度分布，并在此基础上分析了各功能区受影响的程度。结果表明，污水排放工程不会对附近区域的水环境产生明显的影响。

关键词：三维数值模拟水交换污染物迁移扩散 ROMS

污染土治理中防渗帷幕参数敏感性分析及设计方法研究

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地质灾害与环境保护 2021年第3期32卷 75-85页

作者：杜风雷苏振兴高文生叶森毛安琪建筑安全与环境国家重点实验室北京100013 中国建筑科学研究院地基基础研究所北京100013 公诚咨询管理有限公司广州510610

随着工业化的发展,世界范围内土壤受到越来越多的污染威胁,引起大量的土壤污染事故,对人类的生存和发展构成了威胁。本文采用了数值模拟软件GMS中MODFLOW和MT3DMS模块建立了污染物离子在成层土中迁移扩散及相应的防渗帷幕模型,分析了帷... 详细信息

随着工业化的发展,世界范围内土壤受到越来越多的污染威胁,引起大量的土壤污染事故,对人类的生存和发展构成了威胁。本文采用了数值模拟软件GMS中MODFLOW和MT3DMS模块建立了污染物离子在成层土中迁移扩散及相应的防渗帷幕模型,分析了帷幕打设深度、地层渗透系数、污染源浓度、水头差、帷幕厚度和渗透系数对防渗帷幕的击穿时间的影响。在此基础之上,提出防渗帷幕工程简化设计方法,具有一定的指导工程实践的意义。

关键词：环境岩土工程污染物迁移扩散防渗帷幕地下水污染敏感性分析数值模拟