基于VisualMODFLOW的开封某污水处理厂地下水污染物运移模拟研究

污水处理厂作为城市建设、发展所必须的基础设施,承担着城市健康发展的重要责任。但污水处理厂的建设及运行对地下水环境存在潜在的污染风险,因此研究污水处理厂污染物运移规律对地下水环境保护及污水处理厂建设及运行管理据有重要意义。本文以开封某污水处理厂为例,在查明水文地质特征基础上,基于Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型,并在下游厂界及周边敏感元设置敏感点,对污水处理厂耗氧量(CODMn法,以O2计)及氨氮两类污染物在非正常工况下渗漏后的运移扩散情况进行预测分析。研究结果表明:初沉池短暂泄露90天后采取应急措施切断污染物源,两类污染物在100天时浓度峰值分别为4.5mg/L、1.2mg/L,均超出《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)Ⅲ类标准限值。随时间推移,形成的污染浓度中心向东南方向运移,两类污染物分别在1000天及5年后浓度峰值低于标准限值。在模拟期内,两类污染浓度中心及超标范围均未超出厂界,未对下游及周边敏感源产生影响。本次模拟研究结果对该地区污水处理厂污建设及管理提供科学依据,对该地区地下水保护有着重要意义。

基于Visual MODFLOW的红层地区某钛白粉厂地下水污染物运移模拟研究

数值模拟技术是保护地下水环境的有效方法,但实际中获取准确的水文地质参数难度较大,如何准确获取参数成为数值模拟技术应用成败的关键。基于该关键问题,本文以广西某钛白粉厂为例,在查明水文地质特征基础上,应用Visual MODFLOW软件建立地下水流数学模型和溶质运移模型。选取钛白粉厂主要污染物COD、氨氮和氟化物作为预测因子,预测其在地下水中运移情况。结果反映钛白粉厂污水处理车间和污水调节池发生渗漏未对下游地谷岭造成影响。本次模拟的预测结果对该区地下水的保护有着重要意义。

基于COMSOL Multiphysics 软件的地下水污染物运移模拟研究

地下水环境质量是衡量生态文明建设水平的重要指标,应用科学有效的计算方法模拟地下水污染物渗漏的影响范围及程度,对于地下水污染的防治有着极其重要的意义。COMSOL Multiphysics作为一款多物理场建模与仿真软件,能够较好地结合现实水文地质条件,有效地模拟自然界一些水文地质过程发生和发展过程,对进行以预防和修复治理为目的的地下水污染物数值模拟预测具有十分重要的应用价值。本文根据研究区的水文地质特征,利用COMSOL Multiphysics软件构建了地下水数值模型,对研究区地下水污染物运移规律进行分析,对污染物运移轨迹进行模拟与预测。预测结果表明,氯仿、石油烃污染物在释放1 000 a时的影响范围分别是6.3×10^(6)m^(2)和5.7×10^(6)m^(2)。由于地下水流速相对较慢,污染物扩散速度极其缓慢,研究区内污染物需要在百年时间量级上才可能形成较大规模扩散,短期内对地下水环境的污染风险较小。模拟结果为研究区的地下水环境评价和防范措施提供了科学依据。

基于K_(d)的某酸法地浸铀矿山地下水铀运移模拟

地浸铀矿山地下水U污染问题是国际社会广泛关注的环境地质问题,准确预测地浸铀矿山采区外围地下水中U的运移范围对辐射风险评估至关重要。本文以我国某酸法地浸铀矿山为研究对象,利用数值模拟方法定量模拟和预测了不同生产时间地下水中U的运移范围。数值模拟结果表明,地浸生产会明显改变采区流场形态,形成指向采区内部的水力梯度,生产井的抽注是改变流场形态的主控因素。在流场模拟的基础上,建立了不考虑吸附作用的地下水U运移模型与基于K_(d)值的U阻滞运移模型。根据采区内生产井及采区外围不同距离处监测井地下水pH情况,对阻滞运移模型中的K_(d)进行了分区赋值。对比两个模型的模拟结果可以发现,当考虑含水介质对地下水中U的吸附阻滞作用后,模拟结果能够跟现场监测数据更好拟合,表明地浸采区外围地下水中U的运移范围受含水介质的吸附阻滞作用明显;这种情况下,U在地下水中的运移距离缩短了53%,运移范围缩小了41%;阻滞运移模型预测的投产5年后采区外围地下水中U迁移距离为50 m。该结果与现场监测结果基本一致,证明数值模拟手段可以为地浸铀矿山地下水U分布范围预测提供科学依据。

基于GMS的某钢铁厂地下水污染运移研究

钢铁冶炼工序复杂,冶炼过程产生的污染物质如未经处理直接泄露,通过包气带入渗至含水层对地下水质量造成威胁。为探究污染物在地下水中的运移情况,以某钢铁厂为研究区域,使用GMS软件构建相应的地下水数学模型。选取研究区域内超标较为严重或普遍的1,2-二氯乙烷、石油烃类、苯和萘为典型污染物,预测研究区域内的典型污染物在地下水中运移的过程。结果表明:在研究区域内典型污染物随着地下水的流向向下游运移,并且随着时间的推移其浓度不断降低。在模拟期末(30 a)研究区内1,2-二氯乙烷、石油烃类和苯的最高浓度分别为1.52 mg/L、11.16 mg/L和3.55 mg/L,研究区内萘浓度已低于一类修复目标值。其污染羽前锋尚未影响到作为研究区南部边界的南淝河。

基于改进差分进化算法的地下水污染溶质运移时空模拟研究

文章以辽宁东部某区域为研究实例,采用改进的差分进化算法对地下水污染物溶质运移方程进行求解,并定量分析变动渗透系数对地下水污染物溶质运移不确定性影响。研究结果表明:改进差分进化算法对地下水污染物运移最大浓度的计算误差有较为明显的改善,渗透系数非均匀性对地下水污染物溶质运移不确定性具有显著性影响。

铜矿尾矿库污染物在地下水中运移规律数值模拟

尾矿库是矿山生产环节的必建场所,对周边生态环境有深远影响。以甘肃南畔铜矿为研究对象,运用Visual MODFLOW建立三维可视化水文地质模型,并通过MT3DMS溶质运移模块对4种特征污染物在无防渗和防渗破损两种非正常工况下进行污染物运移规律模拟和预测,从而验证尾矿库的可靠性,为尾矿库周边环境污染治理提供依据。结果表明:污染物在地下水中沿水流方向运移,随运移距离的增大,污染物浓度逐渐减小;总磷和氨氮运移距离远,对水环境的影响超过总砷和六价铬;相对于尾矿库无防渗,尾矿库采取防渗措施,可以有效降低对地下水污染的风险。

三峡库区地下水双酚A运移数值模拟

双酚A(bisphenol A, BPA)是一种能够对人类及动物产生重大威胁的环境雌激素。以BPA为目标污染物,以三峡库区重庆市茶园新区为例,利用VSAFT2软件建立地下水水质模型并分析库水位变化、地层非均质条件和土壤吸附作用因素对BPA在地下水环境中运移规律的影响。通过假设茶园新区渗透系数分布特点,以变异系数为非均质划分标准,模拟了变异系数分别为0.237、0.529和0.748条件下,BPA在地下水中的运移过程。结果表明:BPA运移速率和运移量随水头边界值的增加而增加,运移能力与地下水水力梯度值呈现正相关;非均质性越强,BPA运移速度越慢;土壤吸附作用在一定程度上会阻滞BPA在地下水的运移过程,对流与弥散均发生延迟;经参数敏感度分析,饱和渗透系数对模拟结果的影响较大。

沈阳市某装备制造产业园地下水污染物运移模拟研究

为摸清沈阳市某装备制造产业园地下水污染运移规律,科学指导当地生态环境管理部门开展工作,以该园区为研究对象,采用有限差分法,建立了该区域地下水水流数值模型,并利用地下水数值模拟软件(GMS软件)模拟预测了连续源强和瞬态源强污染物泄漏情景下1年、5年、10年及20年后污染物在地下水中的运移情况。经计算得到结论如下:①连续源强污染物泄漏情景下,氨氮在1年、5年、10年及20年后最大运移距离分别为208m、235m、416m和550m;②瞬态源强污染物泄漏情景下,镍在1年、5年、10年及20年后最大运移距离分别为314m、425m、546m和710m。综上,在园区未进行地面防渗的前提下,两种情景泄漏均会对地下水造成污染,且扩散范围会随着时间逐渐扩大,但污染物浓度变化情况与源强直接相关。其研究结果为项目地下水环境影响评价预测和相应污染防治措施提供技术支持,同时也为科学指导当地生态环境管理部门开展相关工作提供依据。

GMS在某典型化工工业园区地下水铊污染物运移研究中的应用

本研究以南方某市北部化工区为研究对象,基于数值模拟软件(groundwater modeling system,GMS)建立水文地质概念模型和三维溶质运移数值模型,模拟期设定为2020年1月—2029年12月,并对园区污染源污染物持续泄漏1 h、12 h和24 h后,铊污染物在地下水中的迁移过程进行模拟预测。研究结果表明,Tl污染晕质量浓度为0.004~0.024 mg/L;污染晕核心区由污染源向东平移且呈扩张趋势,等值线质量浓度为0.012~0.016 mg/L,外圈区域整体向核心区收缩,等值线浓度为0.008~0.012 mg/L;污染晕最大迁移距离分别为363、1085、2753 m。超标范围为0.07~1.04 km^(2),500 d和3500 d后相对于最初50 d污染晕最大迁移距离分别延伸了66.5%和86.8%,污染晕核心区整体呈扩张趋势,外圈区域向核心区收缩。污染物持续泄漏1 h、12 h后和24 h后随模拟时间延长呈线性上升趋势,最高值分别为0.02、0.005、0.0035 mg/L。

数值模拟在污染地下水抽出-处理-回灌修复技术中的应用

受污染地下水对人体健康和生态环境有较深影响,采取经济合理的地下水修复技术尤为关键。抽出-处理-回灌技术是修复污染地下水的典型代表,溶质运移数值模拟是研究地下水污染物迁移转化的重要技术支撑手段。以北京某地块石油类污染地下水为研究对象,针对重污染区域采用中心抽水-四周回灌和对整个污染区采用逐排处理两种方案,运用数值模拟分析不同模式下地下水中污染物的时空迁移规律,确定污染物去除效果。结果表明:针对重污染区优先处理时,将污染物处理达标需要约23 d;针对整个污染区采用逐排处理时,则需要6~7个处理周期(每周期24 d)。对重污染区域优先处理的模式可短期内使污染物浓度大幅降低,有效削减高浓度峰值,结合逐排抽出-回灌的修复模式,可更有效地使全区污染物浓度达到修复目标,两种模式结合使用具备技术可行性与高效性。

应用VisualModflow软件对宿州市某制药厂地下水污染物运移过程的模拟及污染预测

通过建立概念模型,运用Visual Modflow软件的MODFLOW和MT3DMS模块对宿州市某制药厂地下水污染物运移过程的模拟分析,建立了三维水流条件的地下水溶质三维弥散数值模型。经实测资料拟合验证后,用其预测了研究区地下水中氨氮污染物的扩散运移过程和影响范围,为评估污染物泄漏对周边地下水环境造成的影响提供了技术依据,为该厂制定防止地下水污染措施以及突发污染事故后的应急处理方案提供了理论基础,也为政府部门的监管提供了便利。

济南市区泉域地下水时空分布规律及污染物运移特性研究

泉水作为济南市的城市名片,具有重要的经济和社会价值,把握泉域内突发污染质泄漏对其产生的影响至关重要。本文概化建立了济南市的水文地质概念模型,利用地下水非稳定流数值模型对济南市区泉群附近范围的地下水进行了分析研究,得到了济南市区泉域内地下水的时空分布规律及污染物运移特性。在此基础上,分析某新建项目污染质泄漏对地下水环境产生的影响,通过设置不同的横纵向弥散度对污染物运移特性进行探究。结果表明,在泉群附近区域内,污染物纵向运移过程中对流起主要作用,纵向弥散度的取值影响较小;而污染物横向运移过程中弥散起主要作用,横向弥散度的取值影响较大。本研究成果对泉群附近的地下水环境保护及地下水污染防控具有重要借鉴意义。

某化工场地地下水中污染物运移模拟研究

为探究浅层地下水中污染物运移规律,给场地地下水调查与污染防治提供科学依据,以湖北某化工厂场地为研究对象,采用GMS软件对厂区内不同情景下油库储油罐发生泄漏后石油类污染物和厂区危险废物堆埋区重金属Zn在浅层地下水中的时空分布特征和运移规律进行了模拟预测研究。结果表明:石油类污染物沿地下水流方向运移明显,污染羽大致呈椭圆形;油库储油罐发生泄漏后地下水中石油类污染物浓度迅速上升,泄漏停止后由于自净作用其浓度缓慢下降,直至污染消失,有效的防渗措施可以大大减少油库泄漏带来的地下水污染;在厂区危险废物堆埋区,随着污染源强的减小,重金属Zn在相同时间节点污染程度相应降低,但水平和垂直方向上的运移趋势大体一致;厂区第三层土壤渗透系数较低,Zn很难向下运移,模拟期(6 000d)内Zn没有到达细砂层,不会对汉江水质造成污染,进一步说明渗透系数较低的黏土层使污染物很难向下运移,这可为场地调查中污染物运移范围的预估和采样深度的确定提供参考。

地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》(简称"《导则》")中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:(1)BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe(Peclet数)为0. 25×10^(-3)时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1. 8倍,存在高估污染风险的可能.(2)相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0. 1 mg/L的时间延迟了390 d.(3)当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.

地下水污染物运移数值模拟研究及应用综述

地下水污染已成为当今全球关注的严重环境问题之一。研究地下水污染物运移数值模拟技术,对于保护地下水环境具有重要的理论研究意义和重大的应用价值。介绍了主要的地下水数值模拟方法及常见的软件平台,综述了地下水数值模拟在污染物运移中的研究与应用现状,分析了存在的问题,并对未来的应用前景进行了展望。

地下水浅埋条件下包气带水和溶质运移数值模拟研究述评

地下水浅埋条件下包气带水和溶质运移规律是解决土壤盐渍化、地下水污染等环境与生态问题的基本理论基础,基于多孔介质水和溶质运移基本方程的数值模型是研究包气带物质运移的重要手段。通过深入分析土壤水和地下水之间的相互关系,强调在地下水埋深小于其极限埋深的情况下应把地下水作用耦合到包气带水和溶质运移模型中。该文概括总结了现有研究把地下水作用与土壤水模型相耦合的方法,并分析了各种方法的优缺点。在回顾现有土壤水分运动参数和溶质运移参数确定方法的基础上,归纳了包气带水和溶质运移模型从"点"尺度向"田块"尺度扩展的途径,随机方法仍将是今后的研究热点,并有望应用于实践。

基于实码遗传算法的地下水污染物运移参数反演

介绍了采用实数编码遗传算法优化反演地下水污染物运移参数的基本步骤,不仅求解了弥散系数,而且反演得到了地下水运动速度。算例表明,采用遗传算法———特征有限元离散方法反演地下水污染物运移参数是可行的。

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。

圩区水环境治理规划及地下水溶质运移预测模拟

以中国南方平原圩区为研究对象,分析圩区堤防采用垂直封闭截渗技术后对圩内水环境的影响,并建立封闭圩区水环境规划及地下水溶质运移数学模型,通过求解,得出圩区的最优水面率和滞蓄水深、最优外排装机容量和内排装机容量以及大堤的最优封闭率,同时预测了区域内地下水位及地下水污染动态变化情况.