尾矿库重金属Mn在地下水中迁移数值模拟研究

摘要

近年以来我国着力于经济建设，对锰矿石的需求量迅速增加，于是矿山开发一度成为热门，但由于缺乏开发后续处理方式，随时间的推移，大面积的锰尾矿库逐渐形成。这些锰尾矿库是锰矿石开采后留下的废石和锰矿渣以尾矿的形式集中起来的，包含在内的弃用的污染物经过物理、化学作用，会污染周围土壤、空气、水域，对生活在这些环境中的动植物造成伤害。特别是水域中的地下水，一旦被污染很难治理和再次恢复，所以研究尾矿库重金属污染物在地下水中的迁移转化过程十分重要，能为治理锰尾矿污染提供基础。为研究污染物在地下水中的运动过程，研究者需要建立地下水运动模型，用来对尾矿区地下水中的锰金属运动进行模拟，已达到预测污染走向和溶度监测的目的。 本论文查阅大量相关文献，结合数值分析软件和实地测量数据，采用数值模拟方法建立了湘潭尾矿库某研究区的浅层地下水运动模型，并对一定时间区段的污染物迁移作了预测，得到了溶度观测的重要数据。论文主要内容及如下： （1）总结了各领域关于地下水数值模拟的成果，包含各种有利于地下水系统中模拟重金属迁移过程的软件，并研究了其发展趋势和应用领域。 （2）简介了尾矿库及其周边环境的气象、水文、地质、地貌、水文地质的情况，建立了研究区水文地质概念模型。提出了符合地下水污染运移研究的数值模拟工具--VISUAL MODELFLOW，VISUAL MODELFLOW具有功能强大的优点，在模拟地下水迁移转化过程时简单方便，整个软件包包括 MODFLOW，MODFLOW－SURFACT，MODPATH，ZoneBudget， MT3Dxx/RT3D，MGO，和 WinPEST。本研究成功运用VISUAL MODELFLOW软件建立了研究区的水文地质数学模型，为研究研究区锰金属在地下水中的迁移转化过程和后期锰污染治理提供了良好的基础。 （3）研究了软件VISUAL MODELFLOW的数学理论基础，其中有渗流基本定律、达西定律、重金属流的地下水运动方程和锰在地下水中的运移方程，并在研究区水文地质条件和以上数值分析结果上得出了有限差分地下水流动模型的基本方程和定解条件。数学理论方面探究了创设数学模型的数学方法种类，详细介绍了有限差分法，有限差分法是数值分析解法中最早的方法，它是将微分用差分近似代替，已达到把一个无限的连续问题转化成为有限的离散问题，这就是有限差分法的基本思想。 （4）详细展示了地下水数值模拟的过程，第一步要根据水文地质研究背景资料和研究区自然地理特征建立水文地质概念模型；第二步求出研究区数值模拟模型，再接着第三步对所建立的模型输入参数，包括渗透系数、降雨入渗系数、给水度、弥散度、有效孔隙度、扩散系数；输入数据后，对整个模型进行校验；最后一步应用所建立的数值模拟模型对尾矿库地下水污染物迁移进行预测分析，并对锰金属污染治理给出一些建议。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 本文的选题背景和研究意义

1.2 国内外地下水数值模拟研究现状

1.3 本文研究的内容和技术路线

第二章 湘潭红旗矿区尾矿库概况

2.1 自然地理概况

2.2 湘潭尾矿库重金属锰污染现状

2.3 水文地质概况

2.4 本章小结

第三章 尾矿区重金属锰迁移数学原理及模拟软件

3.1 重金属锰地下水中迁移数学原理

3.2 尾矿库地下水中重金属锰迁移过程模拟软件简介

3.3 红旗矿区地下水中锰金属迁移模拟软件的数值解法

3.4 本章小结

第四章 尾矿库重金属锰地下水中迁移数值模型构建

4.1 模型模拟区域

4.2 含水介质概述

4.3 地下水概念建模

4.4 地下水数学模型的建立

4.5 地下水系统模拟的数值解法

4.6 模型校正

4.7 本章小结

第五章 地下水数值模型运行及预测结果

5.1 模型运行和输出

5.2 预测结果分析

5.3 地下水资源的锰污染治理

5.4 本章小结

第六章 总 结

参考文献

致谢

附录