结合升尺度方法的地下水污染物迁移研究

摘要

数值模拟方法是研究地下水污染迁移过程的最主要的手段之一，由于含水层的非均质性使得尺度问题又是地下水数值模拟中的前沿课题。本文将渗透系数升尺度和双域质量传输模型这两种升尺度方法引入地下水污染物迁移的数值模拟中，探讨使用升尺度方法以后，非均质含水层中污染物的迁移规律，解决大尺度下地下水溶质迁移时小尺度信息被忽略的问题。
　　本文采用了假想模型和实例相结合的手段。在对假想模型的研究中，运用Markov链地质统计方法生成研究区域的非均质渗透系数场，用MODFLOW程序模拟区域地下水流场，应用MT3DMS程序模拟区域内的溶质迁移。通过对比所得污染物穿透曲线的形态，以及两个穿透曲线的特征量——峰值浓度和峰值到达时间，分析渗透系数升尺度和双域模型这两种升尺度方法对污染物迁移的影响。然后将方法推广到对下辽河平原浑河洪积扇实例的研究中。用参数反演的方法获得实例模型中的渗透系数场。分别考察污染物从河流线源向周边迁移以及从点源向河流迁移的规律。最后探讨含水层的不同非均质性对污染物在实际地下环境中迁移行为的影响。
　　研究结果表明，(1)网格尺寸的大小决定了含水层的非均质性。非均质性对溶质迁移的对流作用影响较小，对弥散作用影响很大，而两者又分别关联污染物迁移的峰值到达时间和峰值浓度。（2）双域模型（过程升尺度方法）计算出的穿透曲线峰值小于对流-弥散模型模拟计算出的穿透曲线的峰值。对流-弥散模型的穿透曲线中始终有一个明显的峰，溶质浓度上升和下降都很快，双域模型的穿透曲线始终在浓度到达峰值以后下降缓慢，形成“拖尾”，因此，在非均质含水层地下水溶质迁移模拟中用双域模型较好；（3）对于含水层非均质性的处理方式，传统的分区赋值方法无法准确地反映实际情况，而采用Kriging插值生成非均质场的方法则能更好地模拟污染物的迁移。

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第1章 绪 论

1.1 地下水的污染现状

1.2 地下水数值模拟研究的必要性

1.3 地下水数值模拟研究现状

1.4 研究内容与技术路线

第2章 地下水污染迁移数值模拟研究方法

2.1 地下水渗流数学模型

2.2 地下水污染迁移数学模型

2.3 地下水污染迁移数值模拟的升尺度方法

第3章 非均质含水层中污染物迁移数值模拟研究

3.1 研究区域水文地质条件

3.2 概念模型的建立

3.3 非均质渗透系数场的生成

3.4 地下水渗流与污染物迁移数值模拟

3.5 结果讨论

3.6 本章小结

第4章 实例研究

4.1 研究区概况

4.2 概念模型的建立

4.3 非均质渗透系数场的生成

4.4 地下水污染物迁移的数值模拟

4.5 结果讨论

4.6 本章小结

第5章 弥散度非均质性对地下水污染物迁移的影响

5.1 概念模型的建立

5.2 研究区域弥散度空间分布的生成

5.3 地下水污染物迁移的数值模拟

5.4 结果讨论

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结 论

6.2 创新点

6.3 展 望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文