尾矿库地下水重金属Cu迁移数值模型的敏感性分析

摘要

尾矿库作为矿山行业的重要环保设施，其在矿山的生产及环保体系中执行着非常重要的职能，如调节矿山地区的地表径流、收集容纳选矿过程中产生的废渣废水、保护一时无法全部选净的矿产等。尾矿中的重金属污染物质会在尾矿库服务年限内逐渐迁移到地表以下，造成地下水环境问题。
　　为了保护当地的地下水资源，本文以《四川里伍铜业股份有限公司中咀铜矿1500t/d采选工程》的尾矿库为例，通过分析研究区域的自然地理、水文地质和环保监测等相关资料，使用Visual MODFLOW软件建立了地下水重金属Cu迁移模型，并分析了重金属Cu迁移的规律。为了提高所建立模型的精度，选取一部分有代表性的观测值和参数对模型进行了敏感性分析。主要获得了如下结论:
　　1、地下水重金属Cu迁移预测:
　　根据地下水重金属Cu迁移模型显示，通过迁移方向上看，重金属受弥散作用、地形和地下径流方向的三重影响，使得尾矿库区中的污染物主要向东部和向中游河道拐弯地形复杂处迁移，此地形复杂处也是设计最终堆积坝标高处。通过扩散范围上看，重金属的扩散范围与尾矿库区的形状基本相似，且随时间的推移逐渐向四周扩大，在地下水渗流场下游的重金属扩散范围大于上游，但因为研究区域中部与南部地下水匮乏，重金属在这两个方向上并无明显扩散。通过重金属总体浓度的变化趋势上看，其大致呈上升趋势，浓度变化规律为先快速上升，在一段时间后上升速度变缓，最后趋于平稳。通过垂向重金属下渗来看，重金属的浓度变化范围总是随深度增加而减小，区域的深度越浅，其含水层中所含的重金属浓度就越高，并且出现浓度峰值的时间也越早。
　　2、模型的敏感性分析:
　　利用MODFLOW的简易预处理程序MFI2K，针对相关的观测值和参数进行敏感性分析后，由无量纲尺度缩放敏感度可以得出，位于研究区水头最高的区域附近的水头观测值hd09.ss为主要的敏感因子，而水头观测值hd0l.ss和水流观测值flow01.ss最不敏感。而由复合尺度缩放敏感度可以得出，第二层含水层的渗透系数HK2为主要的敏感因子。由参数相关系数得出，通过回归进行参数估计时，若涉及第三层含水层渗透系数HK3和区域补给量RCH这一对参数，那么参数估计的结果很可能是不唯一的，需要进一步分析结果。
　　针对模型的敏感性分析结果可以认识到，里伍铜矿的水文地质条件属于里伍山地水文地质区之山间沟谷水文地质亚区，若需在与研究区域水文地质条件类似的区域新建、扩建或改建尾矿库，则在水文地质勘察工作中应可能地提高在水头最高区域的水头观测值、第二层含水层水平渗透系数、第三层含水层水平渗透系数以及区域补给量这些参数的精度，以减小因模型结构中的不确定因素对评价结果的可靠性产生影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题意义及背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水数值模拟研究现状

1．2．2 地下水数学模型的敏感性研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 研究方法与技术路线

第2章 研究区域概况

2．1 项目基本情况

2．2 项目自然环境概况

2．2．1 地理位置及交通条件

2．2．2 气象水文条件

2．2．3 地形地貌

2．3 项目地质条件

2．3．1 工程地质分层

2．3．2 地质构造

2．3．3 场地岩土渗透性指标

2．4 水文地质条件

2．4．1 地下水类型

2．4．2 含水层类型

2．4．3 地下水的补给、径流及排泄条件

2．5 本章小结

第3章 地下水重金属迁移规律预测

3．1 水文地质概念模型的建立

3．1．1 含水层结构的概化

3．1．2 初始条件和边界条件的概化

3．1．3 源汇项的概化

3．2 地下水渗流场数值模型的建立

3．2．1 含水系统的离散化

3．2．2 初始水位及边界条件

3．2．3 选取水文地质参数

3．2．4 源汇项的计算和处理

3．3 重金属迁移规律预测

3．3．1 建立地下水溶质运移模型

3．3．2 重金属迁移模拟

3．4 本章小结

第4章 地下水数学模型的敏感性分析

4．1 敏感性分析的意义

4．2 拟合独立统计敏感性分析方法

4．2．1 敏感度

4．2．2 尺度缩放

4．2．3 无量纲尺度缩放敏感度

4．2．4 复合尺度缩放敏感度

4．2．5 参数相关系数

4．3 模型的敏感性分析

4．3．1 计算敏感度

4．3．2 尺度缩放敏感性分析

4．3．3 参数相关系数分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献