有限体积法在土壤重金属污染物渗流规律中的仿真应用

摘要

近年来，随着人口的急剧增加以及工农业的快速发展，土壤重金属污染日益严重，环境污染和生态恶化问题日益严峻，破坏生态的同时更危害到人类健康。数值模拟是解决实际问题的一种有效方法。本文的主要目的是研究土壤水动力学和溶质运移原理对重金属渗流污染的影响，采用有限体积法对重金属污染物运移模型进行数值求解，运用MATLAB语言模拟重金属污染物在土壤中运移的动态过程，通过对计算结果的可视化处理、比较分析，得到的主要结论有：
　　（1）针对液态重金属污染物在土壤中的渗流问题研究得出不同单位贮藏量、渗透系数在给定渗流场下的水头、渗流量的变化规律，发现单位贮藏量、渗透系数等因素对液态重金属污染物在土壤中的渗流运移都有不同的影响。单位贮存量越小，液态重金属污染物运移速度越快；渗透系数越小，液态重金属污染物速度越慢；反之亦然。
　　（2）研究重金属污染物在不同土壤密度、分配系数、土壤含水量、对流速度、弥散速度下的浓度变化规律，发现土壤密度、分配系数、土壤含水量、对流速度和弥散速度对土壤中重金属污染物的渗流迁移都有不同的影响。在相同的时间内，对流速度越大，重金属污染物运移范围越广；弥散速度越大，重金属污染物运移范围越广；土壤含水率越大，重金属污染物运移范围越广；分配系数越大，重金属在土壤中运移距离越小；土壤密度越大，重金属运移范围越小；反之亦然。
　　在发生重金属污染泄露事件时，上述研究可为重金属污染物渗流的控制、事件的进一步发展和更大范围的污染预测、评价、决策提供理论指导，具有深远的现实意义。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 土壤重金属研究

1.3 本文的主要内容

1.4 本章小结

第2章 有限体积法的基本原理

2.1 引言

2.2 有限体积法基本思想

2.3 有限体积法控制体与网格划分

2.4 二维问题的离散方程

2.5 本章小结

第3章 非饱和土壤水分入渗的有限体积法数值模型

3.1 土壤水分运移的基本理论

3.2 土壤水分运移的数学模型

3.3 有限体积法数值模型

3.4 本章小结

第4 章 重金属污染物渗流微分方程与有限体积法数值模型

4.1 重金属污染物在土壤中运移的影响因素分析

4.2 液态重金属污染物运移有限体积法数值模型

4.3 重金属污染物在饱和土壤中运移有限体积法数值模型

4.4 重金属污染物在非饱和土壤中运移有限体积法数值模型

4.5 定解条件

4.6 本章小结

第5章 模拟仿真

5.1 液态重金属污染物在土壤中渗流运移的数字仿真

5.2 重金属污染物在饱和土壤中运移的数字仿真

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附作者攻读学位期间的科研成果

致谢