环境水力学在地下水污染物迁移中的应用

环境水力学在地下水污染物迁移中的应用

环境水力学在地下水污染物迁移中的应用

摘要：地下水污染问题日益严重，研究污染物在地下水中的迁移过程是解决地下水污染的最主要途径之一。本文通过查阅大量文献，综合国内外研究现状，从地下水污染物特性及地下水运移介质特性两方面出发，分析环境水力学在地下水污染物迁移理论中的应用，并从国内工程应用角度提出环境水力学尤其是数值模拟法在地下水污染物迁移研究中存在的问题及其未来发展趋势。

关键词：环境水力学地下水污染物迁移理论分析实验模拟数值模拟

1 环境水力学的发展现状

1.1 环境水力学学科定义

环境水力学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。从广义上讲，环境水力学是研究与环境有关的水力学问题，即研究污染物在水体中混合输移的规律及其应用的学科，是水力学的一个新分支。其研究内容除水污染、水生态问题外还有许多其它方面的问题，比如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用、冰凌水力学等等。[1]如果说传统水力学主要是研究水流自身运动规律的话，环境水力学则主要是研究水体中所含物质的运动规律，是传统水力学的一种发展，其内容涉及水文学、水力学、水化学、水生物学、生态学、湖沼学、海洋学和沉积学等，是一门综合性很强的交叉学科。[2]美国环境与水资源研究所环境水力学技术委员会提出“环境水力学特别着重于将物理因素（水动力学、泥沙输移和地形条件)、化学因素(保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质)和生物因素(生态学)作为一个系统来进行研究。”

[3]从与水污染有关的水力学问题来说，环境水力学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律，建立其分析计算方法，确定物质浓度的时空分布及其应用。工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理，就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益严重地影响生态、环境。污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而稀释，也会因化学、生物作用而降解。因此，水体本身有一定的自净能力。环境水力学的主要目标是，探求因混合、输移而形成的污染物浓度随空间和时间的变化关系，为水质评价与预报、水质规划与管理、排污工程的规划设计以及水资源保护的合理措施提供基本依据。[4]

地下水作为水体的一部分，其运动规律适用于环境水力学的大多数方法，但由于其运移介质的特殊性，亦呈现出一定特殊性。因此，地下水中污染物质的输移、转化和积累成为重要的研究课题。污染物在地下水中的输移速率较小，一旦地下水被污染就很难恢复原来的水质。地下水的过度开采会严重破坏生态系统的平衡，在临近滨海地区还会引起海水入侵，造成地下水盐化。

1

1.2环境水力学应用于地下水国内外研究现状

19世纪后半期至20世纪前半期，分子物理学与流体力学特别是紊流理论的发展，为分子扩散与紊动扩散奠定了的理论基础。1921年G.I.泰勒从化工传质问题研究中对紊动扩散进行了统计分析，得出了紊动扩散的泰勒理论。20世纪20～40年代L.F.理查森、H.杰弗里斯、G.H.科立根等研究了分层流中的紊动混合。50年代G.I.泰勒、J.W.埃尔德等相继努力建立了剪切离散的理论。60～70年代H.B.费希尔等人对各种水域中的混合问题，广泛地进行了理论分析、实验研究和数值模拟。1979年，美国伯克利大学费斯切尔教授等出版了著作《内陆与近海水域中的混合》，第一次比较系统地论述了污染物在河流、水库、河口中扩散输移的基本概念、基本原理和分析方法，标志着环境水力学学科作为一门独立的学科正式形成．随着环境保护事业的蓬勃发展，环境水力学学科的意义备受世人关注，研究领域也逐渐拓宽。近年来，几乎所有的国际和国内流体力学和水力学会议均将环境水力学问题作为一个重要的学术交流专题。[3] 20世纪70年代以来,随着水环境问题研究的深入和相关学科及应用技术的发展，环境水力学无论在深度和广度上都取得了很大的进展。

1、远区紊动扩散与离散的研究从对规则边界中的恒定流动向复杂流动和非恒定流动发展，如天然河流、山区河流、分汊河段、交汇河段、潮汐河段、尾流、分层流等。

2、与污染近区有关的射流理论由规则边界中静止环境内的平面与单孔射流向复杂流动中的复杂射流发展, 如横流、分层流、浅水域射流, 潮汐流中的多孔射流、表面射流、旋动射流等。射流理论在水污染问题中的一个重要应用是分析计算排污混合区。1985年美国环境保护局推荐了5个污水排海稀释度计算模型(UPLUME，UOUTPLM，UMERGE，DKHDEN和ULINE)，后经修改与完善，于1992年又推出了RSB和UM两个计算模型，1995年又将这两个模型并入含有远区稀释度计算的PLUMES软件，从而使PLUMES模型能进行近区和远区的稀释计算[7]。与上述计算模型不同，1993年美国康乃尔大学Jirka等建立了一个基于长度尺度的CORMIX模型，它实际上是一个含有大量试验数据的专家系统，适用于对可能的初始混合情况进行筛选。[6]自20世纪80年代后期以来，我国污水排江排海工程有了很大的发展，在总结国内外污染混合区计算的基础上，我国也出版了这方面的专著。

3、使时均流场与物质浓度场控制方程封闭的紊流模型由简单模型向精细模型发展，如K-E双方程紊流模型，基于重整化群RNG的K-E双方程紊流模型，雷诺应力传输方程模型及大涡模拟等。

20世纪90年代以来，基于多种紊流模型的计算流体力学软件已走向商业化，例如LUENT、Star-CD、Phoenix及CFX 等软件。这些软件的新版本除有可供选择的多种紊流模型外，还有可供选择的计算方法( 有限差、有限元、有限体积等)和计算网格系统(直角、圆柱、曲面、旋转坐标、多重网格和精细网格等)，可

2

进行零维至三维、稳态与非稳态、单机与并行、内流与外流、流场和保守物质浓度场、流体与固体耦合等计算。此外还有前、后处理系统，可进行计算网格的自动生成和计算成果的实时处理。我国已有不少单位购置了这类软件。

4、水流水质计算模型由零维、一维稳态模型向二维、三维动态模型发展；被模拟的状态变量不断增多，由开始的几个增加到二三十个，模拟的变量由非生命物质如“三氧”(溶解氧、生物化学需氧及化学需氧)、“三氮”( 氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)等等向细菌、藻类、浮游动物、底栖动物等水生生物发展；应用范围由河流、水库、湖泊等单一水体向流域性综合水域发展；计算的时空网格数几何增长；地理信息系统开始在水质模型中应用。国内外的水质模型很多，国外常用的水流水质模型有美国环境保护局研制的QUAL2、WASP5及BASINS，美国陆军工程兵团研制的CE-QUAL-R1、CE-QUALRIV1、 CE-QUAL-W2及WQRRS，美国地质调查局研制的GENSCN 和MMS，丹麦水力研究所研制的MIKE11、MIKE21、MIKE3及MIKESHE等。

5、数字图像处理技术在环境水力学试验中的研究与应用，有力地推动着环境水力学的发展。所谓数字图像处理即利用胶片、录像等记录反映物理量性质的图像，通过图像处理、分析手段定量得出物理量分布的现代化量测方法。在环境水力学试验中应用这种技术已可进行流速场、浓度场和温度场的二维和三维量测。该技术在不干扰流动的情况下有迅速获得瞬时、连续、全场、详尽信息的特点，它是随图像显示技术和计算机的发展而迅速发展起来的一种新技术。数字图像处理技术的观测结果不仅对工程实际具有重要的实用价值，而且对于研究紊动扩散输移的机理，建立与验证计算模型以及用分形分维的思路来研究紊流等都具有重要价值，正在促进着环境水力学的发展。

2 地下水污染迁移原理

2.1 地下水污染特点

2.1.1地下水污染定义

地下水污染（ground water pollution）主要指人类活动（工业“三废”排放以及其他途径）污染物渗入地下，在物理、化学、微生物作用下或有毒有害物质直接引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使地下水质量下降的现象。需注意的是，由于矿体、矿化地层及其他自然因素引起地下水某些组分富集或贫化的形象，称为“矿化”或“异常”，不应视为污染。

2.1.2 引起地下水污染原因

地下水污染的原因主要有：过度开采地下水，引起地下水位下降，沿海地区海水倒灌；农业生产中大量使用化肥、农药以及污水灌溉等，污染物渗入地下水中；工业废水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中。地下水一经污染后，总矿化度、总硬度升高，硝酸盐、氯化物含量升高，有毒物质

3

增加，溶解氧下降，有时还会出现病原体。污染的地下水对人体健康和工农业生产都有危害。

我国地下水污染主要类型有：一是地下淡水的过量开采导致沿海地区的海(咸)水入侵；二是地表污(废)水排放和农耕污染造成的硝酸盐污染；三是石油和石油化工产品的污染；四是垃圾填埋场渗漏污染。其中，农耕污染具有量大面广的特征，未经利用的氮肥在经过地层时通过生物或化学转化成亚硝酸盐等，长期饮用这种污染的地下水将可能导致氰紫症、食道癌等疾病的发生。

2.1.3 地下水污染与地表水污染的区别

地下水污染跟地表水污染不同，这是由地下水流动及储存介质所决定的。地表以下地层复杂，地下水流动受岩性、构造控制，流动极其缓慢。故地下水污染具有以下特征：

（1）污染进程缓慢,地下水受污染后不易被发现；

（2）发现地下水污染后, 难于确定污染源的位置；

（3）找到污染源并将污染物清除之后, 在较长时间内也难消除污染物对含水层造成的影响。

因此，地下水一旦受到污染，即使彻底消除其污染源，也得十几年，甚至几十年才能使水质复原，至于要进行人工的地下含水层的更新，问题就更复杂了。

2.2 地下水污染物迁移介质特性

2.2.1地下水概念

广义上的地下水是指埋藏和运动于地面以下各种不同深度的土层和岩石孔隙、裂隙、洞穴中的水。狭义上是指浅层地下水，即第一个隔水层以上的重力水，即地下水资源。地下水是自然界水体的组成部分，并参与自然的水循环，又是水资源的重要组成部分。其与地表水的关系即可体现为地表水通过入渗补给地下水，地下水亦会在地形切割带等有利位置处以泉的形式反补地表水体。

2.2.2 地下水分类

根据地下水在空间上所呈现出的不同特征，将地下水进行分类，不同类型的地下水其迁移途径及影响因素迥异。[8]

根据地下水储存介质性质，可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。孔隙水是贮存于松散沉积物孔隙中的地下水，是沉积物的组成部分，其特点是水量在空间分布上相对均匀，一般为层状分布，连续性好，具有统一的地下水面。孔隙水的埋藏、分布及运动规律受地貌及第四纪沉积规律控制。裂隙水是赋存于坚硬岩石裂隙中的地下水，其埋藏、分布、运动和富集规律直接受岩石裂隙密集程度、连通情况和充填等因素的影响，一般为层状或似层状含水层。山区普遍发育的裂隙水，是直接补给山前平原地下水的资源。岩溶水一般是裸露型的，即分布在岩石裸露、土层薄的地层；另一类是覆盖型，这种水分布地区的覆盖土层较厚，

4

5

雨水经过下渗，流入裂隙、溶洞、漏斗，然后又由泉眼、天窗溢出，补给河流。

根据地下水埋藏条件可分为包气带水、潜水和承压水。包气带水是贮藏于包气带中局部隔水层或弱透水层上面的重力水，潜水是地面以下第一层地下水。承压水是充满在两隔水层间的含水层中具有承压性能的地下水。

根据埋藏深度可分为浅层地下水与深层地下水。浅层地下水参与自然界水循环的速度较快，深层地下水则非常缓慢。

2.3地下水污染物迁移原理

在地下水环境中，污染物迁移转化规律被各种物理、化学过程所控制，主要包括污染物随地下水的对流、机械弥散、分子扩散，同时还有其他造成污染物暂时性存储(或释放) 及引起延迟效应的吸附、解吸，放射性衰变作用也在模型中有所体现。[9]

2.3.1对流作用

对流是指污染物随地下水流以时均流速一起运动的过程，故裂隙中某点污染物的对流通量为

[10]

：

0c J qC =（2.1）

式中，c J 为污染物的对流通量，mol/(m 2

·s)；q 为溶液通量，m/s ；C 0为污染物浓度，mol/m 3

。

2.3.2分子扩散作用

分子扩散

[11]

是一种使孔隙系统各部分浓度均匀化的过程依赖于时间，并可在静止流体中单独存在。分

子扩散通量可由费克(Fick)第一定律得[12]

：

d s

C

J D x

?=-?（2.2） 式中，d J 为分子扩散通量，mol/(m 2

·s)；s D 分子扩散系数，m 2

/s 。

2.3.3弥散作用

弥散作用是指污染物对流计算过程中，以平均流速、平均浓度代表分布值时产生的。根据分析，纵向弥散作用的输运通量也可按费克第一定律的形式描述，即：

[11，13 ]

h h

C

J D x

?=-? （2.3） 式中，h J 为弥散通量，mol/(m 2

·s)；h D 为分子扩散系数，m 2

/s 。

2.3.4吸附与解吸

吸附与解吸是发生在固相与液相界面处的一种现象。污染物在水相与团聚体间的吸附过程包括水与团聚体内小孔隙壁间的物质交换、污染物在团聚体内小孔隙静止的水中的扩散过程，即液相中的溶质可能被

6

固相所吸附，固相中的物质也可由于溶解或离子交换而进入液相

[13 ]

。这里采用海纳利(Henery)吸附等温式

[14]

：

S kC = （2.4）

式中，S 为吸附达到平衡时固体的吸附浓度；k 为经验常数，与水温、污染物性质等因素有关；C 为吸附平衡时，地下水体的污染浓度。

2.3.5放射性衰变

含在地下水体中的放射性物质在迁移过程中会不断地随着时间发生衰变，从而自动降低它的浓度。其衰减的规律性

[13]

为：

00exp(1t)C C =-λ （2.5）

式中，K 0为放射性物质的衰变速率常数，1/s ；C 0、C 分别为放射性物质在t =0、t =t 时的浓度。综上所述，地下水环境中的污染物迁移转化的控制方程

[15]

为：

22d C C C

R D v x x x

???=--???d λR C （2.6）

式中，d R 为阻滞系数；D 为分子扩散系数；v 为裂隙中的地下水流速度。

3 环境水力学在地下水污染物迁移中应用理论

环境水力学作为一门应用科学，在研究方法上既借鉴了自然科学其他学科研究的一般方法，同时由于学科自己的特点，在其发展过程中也逐渐形成了一些特有的研究方法。概括而言，环境水力学的研究方法主要有理论分析、实验模拟和数值模拟三种方法。

[16]

3.1 理论分析

理论分析就是在地下裂隙介质中建立污染物在地下水迁移的连续性方程，所用到的各种物理量均视为在某种意义下的平均值，然后利用费克定律推导出水动力弥散方程。在裂隙介质污染物迁移域内取一点P(x ，y ，z)做一个长宽高分别为x ?，y ?，z ?的微小六面体单元(表征单元体REv)(见图3-1)，裂隙介质中充满流体，仅仅考虑溶质迁移的物理过程:对流作用和弥散作用。研究该控制体内溶质的质量守恒关系，可以推导出裂隙介质溶质迁移的对流一弥散微分方程式。

[17]

依据质量守恒定律，可以得到单位时间内x 方向进入六面体单元的溶质通量：

()[()]vx x x x x

C

J J A v C D y z x

?+=+-??? （3.1） 式中J 为单位时间通过单位面积的总质量；A 为流体通过的面积；v 为流速；C 为溶质的质量；D 为水

7

动力弥散系数。

单位时间内x 方向从六面体单元流出的溶质通量：

[()()]()[()()]vx vx x x x x x x x J J J J A v C C C

v C x D D x y z

x x x x

++?+?=

????+?+-+-??????? （3.2）

图3-1表征体元的质量守恒

单位时间内在x 方向从六面体单元流进和流出的溶质通量的差值：

()[()()][()()]vx x x vx vx x x x x x J J A J J J J A C

v C D x y z x x x

+-+?++?=

???-+-?????? （3.3） 同理可得，单位时间内在y 、z 方向从六面体单元流进和流出的溶质通量的差值分别为：

()[()()]()[

()()]vy y y vy vy y y y vy y y y y J J A J J J J A C

J J A v C D x y z y y y

+-+?++?=???-?-?=-+-?????? （3.4）

和

()[()()]()[()()]vz z z vz vz z z z vz z z z z J J A J J J J A C

J J A v C D x y z

z z z

+-+?++?=

???-?-?=-+-?????? （3.5）

由于表征体元体积为x y z ???，那么表征单元体流体中溶质的量为x y z C ????，故单位时间裂隙介质表征体元流体中溶质的变化量：

8

x y z C y

?

????? （3.5） 由于表征体元体积不变，即x y z ???=常数，则：

C

x y z y

?????（3.6） 组合式(3.2)、(3.3)、(3.4)、（3.5)和(3.6)后，整理得：

()()()[()()()]x y z x y z C C C C

D D D t x x y y z z

v C v C v C x y z

???????=++??????????

-++??? （3.7）

式中C 为裂隙介质中溶质的浓度；

C

t

??单位时间单位体积裂隙介质内流体中溶质浓度的变化量。

()()()x y z C C C D D D x x y y z z

??????++?????? （3.8） 表示弥散作用使得单位时间流入和流出单位体积裂隙介质内溶质质量的差值：

()()()x y z v C v C v C x y z

???

-

++??? （3.9） 表示对流作用使得单位时间流入和流出单位体积裂隙介质内溶质质量的差值。

上述的裂隙介质中溶质迁移的对流一弥散方程，仅考虑了对流和弥散作用的过程。溶质在裂隙介质中的迁移还有吸附和解吸附过程、化学反应和生物降解过程，这些过程都将作为对流一弥散方程的源或汇项加入到式(2.26)，即：

()()()[()()()]x y z x y z C C C C D D D t x x y y z z

v C v C v C W x y z

???????=++=??????????

-+++??? （3.10）

式中D 为水动力弥散系数；W 为源(汇)项。

地下水理论分析较为完整反映了地下水的流动情况，但是所提出的公示繁杂，在现实情况下是不能计算出来的，但为实验模拟以及数值模拟提供了理论基础。

3.2 实验模拟

为了准确地得到污染物在地下水中的分布情况，最重要的是必须根据特定地区的地下水埋藏条件和土

9

层特性，合理准确地利用现有的实验条件来模拟出污染物的浓度分布特性，为后面建立符合实际的数学模型提供依据。[18]

裂隙中溶质运移试验研究早已成为许多国家学者研究的重点。Novakowski 等研究了弥散度与流体通过钻孔设备而引起的弥散的关系；Wels 和Smith 建立了延迟模型；Abelin 等、Haldeman 等研究了花岗岩岩心单裂隙中的溶质运移的吸附和非吸附影响；Scjrauf 和Evans 研究了裂隙变形程度、平均隙宽及裂隙传导率三者之间的关系；李录、李春江等研究了单裂隙花岗岩中核素迁移的连续数学模型；彭哲洲、聂晶等建立了地下水系统单一介质、双重介质核素迁移的三维数学模型；Edson 和Thomas 等研究了在砂岩单裂隙中溶质运移受单裂隙平均管径控制；王锦国、周志芳自行研制了裂隙介质溶质运移试验测试系统。

目前国内弥散试验大都是以沙子或更粗的卵石为孔隙介质，部分野外试验介质是岩体裂隙介质分布，但污染物主要从透水性较好的裂隙中（或是集中渗漏通道中）通过。但由于污染物在裂隙介质中扩散的机理不同，把污染物在沙土中的研究成果直接应用于裂隙介质中是不尽合理的。

溶质运移试验研究大多建立在水动力弥散方程解析解的基础上，利用已求得的解析解，计算水动力弥散系数及阻滞因子，可以为数值分析污染物的运移提供参数。但是由于水动力弥散方程定解问题的复杂性和尺度效应的存在，不能把试验所得参数直接应用于现场，弥散方程定解的精确解的表达式只有在极为理想的条件下才能求得。

3.2 数值模拟

3.2.1多孔连续介质中地下水流动的数学模型[19]

当不考虑水的密度变化的条件下，在孔隙介质中地下水在三维空间的流动可用下面的偏微分方程来表示：

t h S W z h K z y h K y x h K x s zz yy xx ??=-????+????+????)()()(（3.11）

其中：

K xx ，K yy 和K zz ——分别为渗透系数在x ，y 和z 方向的分量。单位为(LT -1)，其中L 代表长度，T 代

表时间。这里假定渗透系数主轴与坐标轴方向一致。

h ——水头(L)；

W ——单位体积流量(T -1)，代表流进源或流出汇的水量； S s ——孔隙介质的贮水率(L -1)或给水率（L -1）； t ——时间（T ）

10

式(3-11)加上相应的边界和初始条件，就构成了对于一个实际问题地下水流动的定解问题，可采用数值计算方法进行求解，如有限差分法、有限单元法等。求解结果即为研究区地下水水头的分布值。

1、有限差分求解的原理

地下水流动的连续性方程表示流入与流出某个计算单元的水流之差应等于该单元贮水量的变化。即

v h SS Q i ????=∑（3.12）

其中：

Ｑi —单位时间内流进或流出该计算单元的水量(L 3T -1

)；

SS —含水层的贮水率(L -1

)。表示水头变化一个单位时，含水层单位体积中所吸收或释放的水量； Δv —计算单元的体积(L 3)； Δh —单位时间内水头的变化(L)。

图3-2计算单元(i,j,k)和其它六个相邻的计

算单元

图3-3 从计算单元（i,j-1,k ）至单元（i,j,k ）的流量

图4-10表示计算单元(i,j,k)和相邻的六个计算单元(i-1,j,k)，(i+1,j,k)，（i,j-1,k ），（i,j+1,k ），（i,j,k-1），（i,j,k+1）。用正号表示流入（i,j,k ）的流量，负号则表示流出量。由达西公式得单元（i,j-1,k ）流入（i,j,k ）的流量为（如图3-2）为：

2

1,,,1,,2

1,,2

1

,)

(----?-??=j k j i k j i k

i k

j i k

j i r

h h v c KR

q

（3.13）

（下标中j-1/2并不表示几何坐标，而表示该变量是在两格点之间的相当值） 其中：

h i,j,k , h i,j-1,k ——分别为格点(i,j,k)和(i,j-1,k)处的水头；

,k i,j-q

2

1——通过格点(i,j,k)和格点(i,j-1,k)之间界面的流量(L 3

T -1

)；

11

,k i,j-KR

2

1——格点(i,j,k)和格点(i,j-1,k)之间的渗透系数(LT -1

)；

Δc i Δv k ——横断面面积(L 2

）；

2

1

-

j Δr

——格点(i,j,k)和格点(i,j-1,k)之间的距离(L)；

令

2

1

,2

1,,2

1,---???=j k i k

j i k

j i r v c kR

CR

（3.14）

即为k 层中行i 中格点(i,j-1,k)和格点(i,j,k)之间的水力传导系数，它等于渗透系数和横断面积的乘积除以格点间距。

同理，通过其余五个断面的地下水流量分别为：

)(,,,1,,21,,21,k j i k j i k

j i k

j i h h CR q -=+++ )(,,,,1,,2

1,,2

1k j i k

j i

k j i

k j i h h CC

q

=

)

()()

(,,1

,,2

1,,21,,,,1

,,2

1,,2

1,,,,,,1,,21,,21k j i k j i k j i k j i k j i k

j i k

j i k

j i k j i k j i k j i k j i h h CV

q

h h CV q h h CC

q ++

+

+++===（3.15） 另外，须考虑外部源与汇对计算单元(i,j,k)的影响。例如河流、生产井、蒸发蒸腾等等。这些外部源与汇流入计算单元(i,j,k)的流量可用通式表示：

n k j i k j i n k j i n k j i q h p a ,,,,,,,,,,,+=（3.16）

其中：

a i,j,k,n ——第n 项外部源或汇对计算单元（i,j,k ）的补给量(L 3T -1）； q i,j,k,n 和p i,j,k,n ——常数，单位分别为(L 2T -1)和(L 3T -1)；

一般，如果一个计算单元受到Ｎ种外部源汇的影响，则这些影响可归纳为：

k j i k j i k j i k j i Q h P QS ,,,,,,,,+= （3.17）

其中：∑==N

n n

k j i k

j i p P 1

,,,,,，∑==N

n n

k j i k

j i q Q 1

,,,,,

综上所述，考虑到某计算单元六个相邻格点以及该单元中所包含的所有源与汇，连续性方程可表示为：

12

k

i j k j i k

j i k j i k j i k j i k j i k j i k

j i k

j i v c r t

h SS QS q

q

q

q

q

q

?????=+++++-+

-

+-+-,,,,,,2

1,,2

1,,,,2

1,,2

1,2

1,,2

1,（3.18）

式中：t

h k j i ??,,为水头对于时间的偏导数的差分近似表达式(LT -1)；SS i,j,k 表示该计算单元的贮水率(L -1

)；

k i j v c r ???为该计算单元的体积(L 3

)；

将水头对时间的偏导数用差商近似表示：

1

1

,,,,,,≈

ΔΔm

m

m k

j i m k j i k j i t t h h t

h （3.19）

则上式可表示为：

()()()()()()1

,1,,,1

,1,,,1

1,,,,,,,,,,2

2

2

1

1,,,,1

,,1

,,1

,,1

,,,,,,,,2

2

2

,,,,,,,,m

m m

m m

m i j k

i j k i j k

i j k i j k

i j k i j k i j k

i j k m

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i j k i j k i j k i j k i j k i j k i j k i j k m

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h CC h

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h CV

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h

Q SS r ++++++

+++++++=

ΔΔ()

1

,,,,1

m m i j k i j k

i k m m h h c v t t Δ（3.20）

将所有包括未知水头的项移至方程左侧，已知项移至方程右侧，有：

k

j i m k j i k j i m k j i k j i m k j i k

j i m k j i k

j i k j i k j i k

j i k j

i k j i

k

j i m k j i k

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j

i k j

i RHS h CV

h CC h CR h HCOF CV

CC

CR

CR

CC

CV

h CV h CC

h CR

,,1,,2

1

,,,,1,,2

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1,,,,,2

1,,,,21,21,,2

1,,,212

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1

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++++

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++（3.20）

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j i k j i m m

k

j i k j i k j i v c r SS SC t t

h SC Q RHS t t

SC P HCOF ΔΔΔ其中，,,,,1

1

,,,,,,,,1

,,,,,,111=== 上式中Q i,j,k 与初始水头均应预先输入。对模型中n 个计算单元，类似上式，共可写出n 个方程，联立方程得到方程组，形如：

[]{}[]q h A =，迭代求解得到水头矩阵[h]。

13

3.2.2 污染物迁移的溶质运移模型[20]

污染物在孔隙介质中地下水在三维空间的流动可用下面的偏微分方程来表示：

（3.21）

式中：R ——迟滞系数，无量纲。

——介质密度（mg/dm 3

）

；

——介质孔隙度，无量纲；

C ——组分的浓度，mg/L ；

——介质骨架吸附的溶质浓度；

t ——时间（d ）；

x ，y ，z ——空间位置坐标（m ）； Dij ——水动力弥散系数张量，m 2

/d ； Vi ——地下水渗流速度张量，m/d ； W ——水流的源和汇（1/d ）； Cs ——组分的浓度，mg/L ；

——溶解相一级反应速率（1/d ）

；

——吸附相反应速率，

（L/mg·d）

初始条件

（3.22）

式中：—已知浓度分布；

—模型模拟区。

污染物在地下水中迁移的边界条件为： 1、第一类边界－给定浓度边界

0,),,(1≥Γ∈t z y x （3.23）

C C WC WCs C v xi xj C Dij xi t R b i ρλθλθθθ

21)(C ----??

-???

? ??????=??C

R ??+

=C

1b θρb ρθ

C 1λ2λ),,(),,,(0z y x C t z y x C =0,),,(=Ω∈t z y x ),,(0z y x C Ω),,,(),,,(1t z y x C t z y x C b =Γ

14

式中：1Γ —已知浓度边界；

—已知浓度边界上的浓度分布。

2、第二类边界－给定弥散通量边界

（3.24）

式中：2Γ— 通量边界；

— 2Γ边界上已知的弥散通量函数。

3、第三类边界－混合边界

（3.25）

式中：

—混合边界；

— 上已知的对流-弥散总的通量函数。联合求解水流方程和溶质运移方程即可

获得污染物空间分布关系。预测模型选用有限差分软件visual MODFLOW 来实现。

3.2.3 Modflow 软件在数值模拟中运用

Modflow(Modular Three-dimensional Finite-difference Ground-water flow model)是美国地质调查局Mcdonald 和Herbaugh 开发的一套三维地下水流动有限差分数值模拟的软件，自问世以来，在全世界范围内，在科研、生产、工业、环保、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用，成为最为普及的地下水运动数值模拟的计算机程序。虽然Modflow 本身主要限于模拟地下水在孔隙介质中的流动，但大量实际工作表明，只要恰当使用，Modflow 也可用于解决许多地下水在裂隙介质中流动的问题。Modflow 的求解过程为：

(1）三维含水层系统的离散化

将三维含水层先划分为nlay （层），每一层又分为nrow （行）和ncol （列），这样，含水层就由许多剖分成的小长方体所表示。这些小长方体称为格点，它的位置用所在的行号(i)、列号(j)和层号(k)表示，其中i=1,2,…,nrow ，j=1,2,…,ncol，k=1,2,…,nlay。在Modflow 中，第一层(k=1)规定为顶层，k 值随高程的降低而增加；还规定行与x 轴平行，列与y 轴平行，而且行与列正交。某列j 中一个格点沿行方向上的宽度为Δrj ，某行i 中一格点沿列方向上的宽度为Δci ，层k 中格点的厚度为Δvk ，格点(i,j,k)的

),,,(t z y x C b ),,,(2

t z y x f x C D i j

ij

=??Γθ0,),,(2≥Γ∈t z y x ),,,(t z y x f i ),,,((3

t z y x g q x C

D i ic

j

ij

=-??Γθ0,),,(3≥Γ∈t z y x 3Γ),,,(t z y x g i 3Γ

体积即为ΔciΔrjΔvk。格点的中心位置称为节点，节点的水头代表该格点的水头。Modflow中采用格点中心法，即渗透边界总是位于计算单元的边线上。由于所计算的水头值是空间和时间的函数，故需要将含水层进行空间离散的同时(图3-4)，计算非稳定流时对时间也要进行离散。

图3-4模拟区的空间离散

(2）计算单元的类型及边界条件的处理

由于实际工作中，有些单元的水头值已知，而有些单元可能位于所研究的问题的边界之外，为此，Modflow将单元分成了三大类：定水头计算单元，无效计算单元（inavtive cells），和变水头计算单元(active cells) (图3-5)。

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图3-5模拟区边界在模型中的表示

定水头计算单元的水头值由用户事先规定，在计算中保持不变；无效计算单元相当于该单元的渗透系数为0，不允许地下水通过，也称作无渗流计算单元（no-flow cells）。除此之外其它的计算单元为变水头单元，它们的水头随时间和空间变化，通过计算得到。

4 环境水力学在地下水污染物迁移应用展望

4.1 地下水污染物迁移工程运用

目前已有许多人将地下水溶质运移模型应用于工程实际，其中应用较多的是对流弥散模型，模型的应用包括：在越流含水层中的污染物迁移；裂隙岩体中溶质的运移；海水入侵引起的变密度溶质运移；垃圾填埋场渗滤液的运移以及地下放射性核废料的运移模拟等。[21]

我国有着广泛分布的越流含水层系统。吴吉春、薛禹群等建立了越流含水层系统的地下水污染的数学模型，导出了包括越流项和井流项的溶质运移方程，并将模型应用于太原盆地地下水的污染，模拟Cl- 1的运移，结果与野外观测结果拟合良好。模型不仅能反应越流条件下上、下含水层的水位动态、流速分布、物质输运和浓度变化规律，还能反映过量抽水条件下，污染带的演化和发展以及降水、河水等入渗对溶质的影响。由于薛禹群等未考虑上、下含水层及弱透水层本身对污染物质的吸附作用，朱王君峰等在此基础上建立了考虑吸附作用的数学模型用于模拟吸附作用明显的有毒元素在地下水中的迁移分布，模型用于太原盆地地下水中汞污染的研究，模型模拟结果显示水位误差和汞离子浓度拟合误差均较小，模型比较合理，模型的建立为定量预测越流含水层系统地下水污染提供了科学手段。

地下水溶质运移模型还可以用于裂隙岩体中的溶质迁移，吴吉春、薛禹群等分别建立了山西柳林泉裂隙发育区溶质运移三维数值模拟和局部区域二维可混溶溶质运移模型，模型考虑了地下水中溶解盐分浓度变化引起的地下水密度的改变及其导致的地下水水头的变化，将其应用于模拟地下水中Cl的运移行为，模拟结果与观测资料基本一致，模型的建立可用于预报柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水位和水质的影响。朱学愚、刘建立采用等价多孔介质模型对裂隙岩溶地区的地下水中污染溶质的迁移进行水头和溶质迁移的模拟，求解水头方程和对流弥散方程，采用MODFLOW软件进行水流模拟，采用混合欧拉-拉格朗日法(即特征有限差分法)求解对流弥散方程，研究表明，采用该模型能满足裂隙岩溶地区的精度要求。

地下水溶质运移模型还可以应用于变密度溶质的运移模拟中，如海水入侵问题。薛禹群等很早就进行了咸淡水界面运移规律的研究；Huyakorn提出了与密度相依赖的地下水流方程和运移方程，建立了滨海多层含水层中海水入侵过渡带三维有限元模拟；成建梅等建立了三维变密度对流弥散水质数学模型研究山东烟台夹河中、下游地区咸淡水交界面的运移规律，以四面体为基本离散单元，推导出三维海水入侵变密度

16

水质模型求解的数值方法，预测了几种情况下地下水水质演化，为防止海水入侵危害提供科学、合理的依据。

现在国内外还有许多学者将地下水溶质运移的模型应用于垃圾填埋场产生的渗滤水在地下水中运移的模拟中。例如，王晓红等分别给出了多孔介质和双重介质中垃圾渗滤液运移模型的定解问题，运用该模型预测垃圾填埋场的污染扩散范围，为防治地下水被渗滤液的污染提供了定量的依据。

RMackay等建立了一个二维模型模拟Villa农场某工业废液填埋场中的氯和酚的迁移，模型考虑了对流、扩散、降解和吸附的作用，利用地质统计的方法确定含水层的不确定性参数，模型通过以往的试验进行了率定，结果表明,模拟比较符合实际的污染物的运移特点。

地下水数值模拟还有很多其他方面的应用，例如在核素迁移问题中的应用，火电厂灰场等污染物质的运移，还有裂隙岩体中的应用等等。随着地表水体的污染，地下水越来越显示出它的作用，在很多情况下，它是人类赖以生存的饮用水源。然而生产的发展使地下水所受到的污染越来越严重，这将严重威胁社会的发展进步和人民健康，因此研究地下水的污染，预测其发展方向，已成为环境保护工作的重要内容之一，且随着人们环保意识的增强,地下水中的污染迁移问题会越来越重要，对于非饱和带中的污染物质的迁移、模型中模拟参数特别是弥散系数的研究以及溶质迁移的机理的研究还有待进一步开展。

4.2 地下水污染运移研究所存在的问题及未来展望

4.2.1 地下水污染运移研究所存在问题

1、与国外研究存在一定差距

在地下水裂隙介质污染物运移模拟领域与其他先进国家相比差距较大，我国还没有通用的、具有知识产权的权威计算模拟软件。我国科技工作者应该加强不同领域的共同协作，特别是水文、数学与计算机等各方面的共同努力，加强多领域合作，争取早日推出具有知识产权的地下水与溶质运移模拟方面的国际权威软件。

2、概念模型研究还不够深入

裂隙介质地下水污染物运移所受影响因素较多，现有的概念模型大部分只考虑了一方面或者几方面因素对污染物运移的影响，没有更加全面地考虑影响裂隙介质地下水污染物运移的影响因素，所以多数概念模型适用性比较单一，概化过程中更是忽略了一些影响因素，如裂隙数量、规模和几何特性的确定问题都是比较复杂的，更加全面的适合不同情况的通用型概念模型有待进一步研究。

3、机理研究有待加强

目前的裂隙介质污染物运移研究均假设裂隙岩体中水流满足Darcy定律，溶质的弥散符合Fick定律，

17

微裂隙中放射性污染物溶质运移的机理，有必要进一步进行概化模型试验，搞清单裂隙中溶质运移的机理。裂隙岩体的各向异性特征明显，目前对多孔介质中的弥散度做了试验研究，对于裂隙岩体研究甚少。此外，各种模型中所要知道的参数（质量交换系数、放射性衰变系数、交换吸附系数等等）如何确定，也是有待于解决的问题。由于裂隙岩体强烈的非均质性，导致溶质运移有明显的尺度效应。溶质运移主要是沿着裂隙网络进行，存在着多种水平的非均质尺度。各种不同尺度的模型中溶质运移参数的取值往往不同，如何将实验室测得的结果应用于大尺度的模型中，参数如何转化是人们一直努力解决的问题。

4、数值模拟计算方法方面研究还需提高

现阶段用于裂隙介质污染物运移计算方法主要有常规欧拉法、欧拉－拉格朗日法、自适应ELM法、ELMBEM法、有限分析法，这些方法适用条件都有一定的限制，运用不当就会使计算结果出现数值震荡或者数值弥散，这就需要研究人员在处理计算的过程中具有十分丰富的经验，将几种方法相结合在不同条件下运用不同计算方法才能是数值模拟计算的结果更加接近真实值。

数值模拟中各地下水介质参数的取用尤为重要，但现实中基于各方面条件的限制，往往达不到理想值，多根据经验参数或者相邻地区的取值，这就导致参数的取值偏离于地区实际值。鉴于参数的取舍问题，提高模型的拟合度就显得非常必要，但这方面的研究十分缺乏，有待提高。

4.2.2 地下水污染物运移研究趋势

数值模拟方法因其更能直观模拟地下水的运移状况，在地下水污染物运移研究中已成为一种趋势。但目前亦有的众多算法研究还不够深入，介质参数的选取不够合理，尤其是怎么将算法更好的融入模型中，怎么才能是模型更好的拟合，这样数值方法才能真正得以实用。这不仅需要数值计算专家严密的理论分析推导，还特别需要算法的普及（算法解释、数值计算软件的研制开发等），因此在裂隙介质数值模拟计算方法的研究还有很长的路要走，需要地质工作者付出更艰辛的努力。

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环境水力学在地下水污染物迁移中的应用

环境水力学在地下水污染物迁移中的应用

环境水力学在地下水污染物迁移中的应用 摘要：地下水污染问题日益严重，研究污染物在地下水中的迁移过程是解决地下水污染的最主要途径之一。本文通过查阅大量文献，综合国内外研究现状，从地下水污染物特性及地下水运移介质特性两方面出发，分析环境水力学在地下水污染物迁移理论中的应用，并从国内工程应用角度提出环境水力学尤其是数值模拟法在地下水污染物迁移研究中存在的问题及其未来发展趋势。 关键词：环境水力学地下水污染物迁移理论分析实验模拟数值模拟 1 环境水力学的发展现状 1.1 环境水力学学科定义 环境水力学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。从广义上讲，环境水力学是研究与环境有关的水力学问题，即研究污染物在水体中混合输移的规律及其应用的学科，是水力学的一个新分支。其研究内容除水污染、水生态问题外还有许多其它方面的问题，比如水土保持、河道冲淤、洪水破坏作用、冰凌水力学等等。[1]如果说传统水力学主要是研究水流自身运动规律的话，环境水力学则主要是研究水体中所含物质的运动规律，是传统水力学的一种发展，其内容涉及水文学、水力学、水化学、水生物学、生态学、湖沼学、海洋学和沉积学等，是一门综合性很强的交叉学科。[2]美国环境与水资源研究所环境水力学技术委员会提出“环境水力学特别着重于将物理因素（水动力学、泥沙输移和地形条件)、化学因素(保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质)和生物因素(生态学)作为一个系统来进行研究。” [3]从与水污染有关的水力学问题来说，环境水力学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律，建立其分析计算方法，确定物质浓度的时空分布及其应用。工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理，就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益严重地影响生态、环境。污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而稀释，也会因化学、生物作用而降解。因此，水体本身有一定的自净能力。环境水力学的主要目标是，探求因混合、输移而形成的污染物浓度随空间和时间的变化关系，为水质评价与预报、水质规划与管理、排污工程的规划设计以及水资源保护的合理措施提供基本依据。[4] 地下水作为水体的一部分，其运动规律适用于环境水力学的大多数方法，但由于其运移介质的特殊性，亦呈现出一定特殊性。因此，地下水中污染物质的输移、转化和积累成为重要的研究课题。污染物在地下水中的输移速率较小，一旦地下水被污染就很难恢复原来的水质。地下水的过度开采会严重破坏生态系统的平衡，在临近滨海地区还会引起海水入侵，造成地下水盐化。 1

浅析地下水污染物的迁移与转化

浅析地下水污染物的迁移与转化 摘要：随着淡水资源日益紧缺，合理利用和保护地下水资源逐渐得到社会的广泛关注。有机污染物对地下水资源的污染已成为当前地下水污染防治与保护的焦点问题。随着工农业的发展，越来越多的有机化学污染物进入自然环境，这些有机污染物随着地表径流流入渗到地下水环境中，对地下水系统造成污染。地下水是人类的主要饮用水来源之一，水中的有机污染直接或间接对人类健康造成严重危害。研究有机污染物在地下水环境中迁移转化具有重要的理论和现实意义。 关键词：地下水有机污染物迁移与转化 一、我国地下水污染源和污染物状况 1. 地下水污染的主要表现 1.1有机化合物（如合成染料，油类及有机农药）出现于地下水。 1.2极其微量的毒性金属元素（如汞、铬、铅、砷及其他放射性元素）出现于地下水中。 1.3各种细菌，病毒大量繁殖于地下水。 地下水硬度，矿化度，酸度和某些单项离子超过使用标准。[1] 2、我国地下水有机污染物的特点及危害 目前，我国大部分地区的地下水物污染日趋严重，且具有种类多、含量低、危害大、治理难等特点。在浅层地下水中有机污染物主要有三氯甲烷、PCE、TCE 等[2]。许多有机污染物具有致癌、致畸、致突变效应，严重影响人体健康，且有机污染物在地下水环境中难以通过自然降解过程去除，可能长期存在并累积，有机污染物对我国地下水污染日趋严重。 3、地下水污染物的研究现状 近年，国内外学者在地下水溶质迁移理论和试验研究方面取得了新的进展：对污染物迁移的弥散系数提出了与时空相关的表达式；大量的试验研究使得迁移方程中的衰减、离子交换、生物、化学反应的系数考虑更全，取值更合理，并考虑了污染物的固相和液相浓度的相互转化关系，吸附条件则由平衡等温模式发展到考虑非平衡吸附模式【3】。 二、地下水污染物的迁移转化研究

地下水有机污染调查与评估

地下水有机污染调查与评估 姓名:王学良学号：110924 专业：自动化成绩; （北京石油化工科学院自动化系，北京102617） 摘要：随着经济的发展，人们生活中制造的垃圾也急剧提升，从最原始的灰尘到白色污染的塑料和生活中的废弃物，都是越来越多。在我国主要城市，其中有机污染物的占有率更是越来越多，那么对这些有机物污染的处理问题与技术也是越来越迫在眉睫，在当今社会，对有机污染物的处理技术到底处于何种间断，这是我们这里需要讨论和研究的重点。，采用一些技术进行评价，并对不同方法评价和评价结果进行分析，同时，提高全社会的科技意识，环保意识和参与意识，这样才是提高资源综合利用水平的途径。本文主要论述地下水有机污染的状况，和对地下水的有机污染物的影响地下水有机污染物迁移转化的作用和因素、地下水有机污染自然衰减和主动修复技术等进行了讨论。 关键词：地下水；有机污染；技术评估 一、地下水有机污染的来源与状况 人类在生产实践活动中对有机物的不合理排放及不适当处理，导致其进入地质环境，造成地下水的有机污染。近年来，由于我国城市急剧扩张，导致城市污水排放量的大幅增加，由于管网建设相对滞后、维护保养不及时，管网漏损导致污水外渗，部分进入地下水体；雨污分流不彻底，汛期污水随雨水溢流，造成地下水污染。 部分行业威胁地下水环境安全，2009 年全国5亿多吨生活与工业有机废物未得到有效综合利用或处置，生活有机废气液体渗漏污染地下水事件时有发生；石油化工行业勘探、开采及生产等活动显著影响地下水水质，加油站渗漏污染地下水问题日益显现；部分工业企业通过渗井、渗坑和裂隙排放、倾倒工业废水，造成地下水污染；部分地下水工程设施及活动止水措施不完善，导致地表污水直接污染含水层，以及不同含水层之间交叉污染。 在国内，地表水污染对地下水影响日益加重，特别是在黄河、辽河、海河及太湖等地表水污染较严重地区，因地表水与地下水相互连通，地下水污染十分严重。部分沿海地区地下水超采，破坏了海岸带含水层中淡水和咸水的平衡，引起了沿海地区地下水的海水入侵。 在国外，据已有调查资料，美国的50个州均有微量有机物的报道，且污染物的种类很多，远远大于无机污染物的种类。1987年美国地下水中已发现了175种有机化合。从统计数据来看，三氯乙烯和四氯乙烯是地下水中检出率很高的有机污染物。日本东京的地下水中于1974年首次发现有"ICE存在。随后的调查表

地下水污染的定义和特征

1 地下水污染及其特点 1.1基本概念 凡是在人类活动影响下,地下水水质朝着恶化方向发展的现象。地下水污染源可分为人为污染源和天然污染源两大类。地下水污染物是指:凡是人类活动导致进入地下水环境,会引起水质恶化的溶解物或悬浮物,无论其浓度是否使水质恶化达到影响其使用的程度。按其性质可分为3类: 化学污染物、生物污染物和放射性污染物。按其形态又分为液体污染物和固体污染物两大类。地下水污染途径是指污染物从污染源进入地下水所经过的路径。研究地下水的污染途径有助于制订正确的防治地下水污染的措施。按照水力学特点可分为4类:间歇入渗型、连续入渗型、越流型和径流型。 1.2地下水污染的特点 一般而言,地下水由于贮存于地下含水介质中,不易被污染。一方面,包气带具有过滤屏障作用, 可将进入地下的有害物质优先过滤掉;另一方面,污染物在进入地下水沿途易被土壤、岩石及水体中的微生物降解而成无害的物质,因而地下水的污染常被人们忽视。但是,由于环境容量的有限性, 污染物进入地下水系统超出其自净能力时, 将会对地下水造成一定污染。地下水一旦被污染, 很难被及早发现, 其后果莫测。地下水污染具有如下特点。 (1)不确定性,由于地下水含水介质的差异性和复杂性,决定了地下水污染范围的不确定性。地下水一旦被污染,其范围很难准确圈定。 (2)隐蔽性。地下水一旦被污染, 很难被发现,不像地表水污染直观明显而易于监测,因而常不会引起人们的关注。 (3)延时性。地下水污染早期不易被觉察,待人们发觉水质有明显变异特征时,才确定地下水已被污染或严重污染。 (4)广泛性。由于地下水是处于不断运移和循环中,经历着补给、径流、排泄各个途径,在地质环境复杂的体系中,各个水力系统又有着密切的水力联系,从而决定了地下水污染范围的广泛性。而地表水污染仅局限于水体所流经或贮存的有限空间内。 (5)不可还原性。地下水运移于含水介质中,由于受含水介质差异性、空隙、裂隙系统的限制,使地下水的运移速率极其缓慢,地下水在含水系统中的循环周期也相当长(几年、几十年、几百年),从而决定了污染地下水体在地下滞留时间亦长,使污染的地下水在近期内很难得以彻底修复还原。而地表水循环流动迅速,只要排除污染源,并加以一定的改善措施,水质还是能在短期内得到改善、净化的。

地下水污染概念、特点及危害

地下水污染概念、特点及危害 地下水是水资源的重要组成部分，其在社会经济发展中有着十分要的作用。在我国，约有2/3的人口以地下水为饮用水源，地下水资源对于维持人民群众的生活有着重要的意义。随着地下水的开发利用规模日益增大，造成地下水位不断下降，地下水污染也不断发生，不仅影响了城乡供水质量，危及人体健康，而且还诱发出各种各样的地质环境问题，并给经济建设带来巨大损失。 地下水环境评价主要包括地下水污染评价、地下水环境质量评价和地下水防污性能评价三个方面内容。要做好地下水环境评价工作，首先得弄清楚地下水污染的基本概念。 一、地下水污染的含义 凡是在人类活动的影响下，地下水质(物理性质、化学组分、生物性状)朝着不利于人类生活或生产的水质恶化方向发展的现象，统称为地下水污染。不管此种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度，只要这种现象一发生，就应视为污染。而在天然环境中，含矿体地层或某种水文地球化学条件影响下，所产生的地下水某些组分相对富集及贫化而使水质恶化的现象，不应视为污染，而应称为“天然异常”。 判定地下水是否污染必须具备三个条件:第一，水质朝着恶化的方面发展;第二，这种变化是由人类活动引起的;第三，地下水是否污染的判别标准是地区背景值(或称本底值，即未受人类影响的地下水各组分的天然含量)，超过此值者，即可称之为污染。但这个值很难获得，所以，有时也用历史水质数据，或无明显污染来源的水质对照值来判别地下水是否污染。

在人类活动的影响下，地下水某些组分浓度的变化是由小到大的量变过程，在其浓度未超标之前，实际污染已经产生。因此，把浓度变化超标以后才视为污染，是不科学的，而且失去了预防的意义。当然，在判定地下水是否污染时，也应该参考水质标准，但其目的并不是把它作为地下水污染的标准，而是根据它判别地下水是否朝着恶化的方向发展。 二、地下水污染的特点 地下水污染是水圈污染的一部分，但地下水污染与地表水污染明显不同，具有以下三个特点: 1.隐蔽性。由于地下水污染是发生在地表以下的多孔介质中，即使地下水受某些组分严重污染，也往往是无色、无味的，不易被发现，不能像地表水那样，从颜色、气味、感观或鱼类等生物的死亡、灭绝鉴别出来。即使人类饮用了受有害或有毒组分污染的地下水，对人体的影响也只是慢性的长期效应，不易被觉察。 2.延缓性。主要表现在两个方面。（1）由于污染物在含水层上部的包气带，污水渗入过程中经过土壤各种物理化学及生物作用，则会在时间上和垂向上延缓潜水含水层的污染，对于承压含水层，由于上部的隔水顶板存在，污染物向下的运移速度会更加缓慢;(2)因地下水流缓慢和地下水在含水层中产生的各种作用，地下水污染的扩散过程亦是相当缓慢的。 3.难以逆转性。地下水一旦受污染，便很难治理及恢复。这主要是因为其流速极其缓慢，不像地表水那样流速快，靠稀释作用即可很快恢复;切断了污染来源后，靠含水层本身的自然净化，所需的时间长达十年、几十年、甚至上百年。 三、地下水污染的危害及与人体健康

石油类污染物在土壤和地下水中的污染模拟

2、土壤污染模拟 土壤是一个多相的疏松的多孔介质，固相中有大量的有机和无机胶体。石油是一种天然的粘油状液体，主要成分为烃类化合物(占80%一90%)。烃类化合物是非极性有机物，其偶极矩<1，介电常数<3，在土壤中有一定的吸附作用。地表的石油可以在重力作用下入渗，也可能随地面水或雨水沿着土壤毛细管孔隙向下渗透污染土壤，甚至进一步向下淋滤污染地下水。石油类污染物质在土壤入渗过程中，由于土壤中存在着大量的有机和无机的胶体，使得进入土壤中的污染物不断地被吸附。吸附能力与土壤的质地、石油的性质有密切联系。通常，石油烃类在土壤介质吸附程度以分配系数Kd来表示。 式中:Cs为平衡时固相中的浓度(mg/kg)；Ce为平衡时液相中的浓度(mg/l)根据土壤中溶质运移模型和石油类污染物质在土壤中的迁移转化过程，考虑吸附作用而忽略石油的挥发，建立石油类污染物质在土壤中迁移转化二维综合模型。它包括水运动方程和石油运动方程。 土壤中水运动方程: 土壤中石油类运动方程: 式中：C(h)为比水容量（cm-1）；K x、K z分别为横向纵向水力传导系数（cm/d）；Dxx、Dzz分别为横向纵向弥散系数（cm2/d）；Rd为滞留因子；c为液相中石油的浓度(mg/l)；qx、qz分别为x和z方向的达西流速（cm/d）；θ为含水量(%)；λ为降解系数（d-1）；h为土壤中压力水头(cm)。 初始条件和边界条件 根据监测的结果和落地油的分布特征，预测石油类在土壤中迁移过程及石油是否会对地下水造成污染，选择预测范围为：长80m，深6m剖面区域。并对部分问题可进行简化处理,作一些基本假设。假设土壤水最初不含石油，即未受到污染，但土壤中存在一定的本底值，经取样测定取平均值为40.3mg/kg。在土壤的预测范围内，土壤被认为是均质的。 对水运动方程上边界确定为Cauchy边界，下边界为Neumann边界。

地下水污染类型

地下水污染类型 造成地下水水质恶化的各种物质都称为地下水污染物。地下水污染物的种类按理化性质可分为: 物理污染物、化学污染物、生物污染物、综合污染物;按形态可分为: 离子态污染物、分子态污染物、简单有机物、复杂有机物、颗粒状污染物;按污染物对地下水的影响特征可分为: 感官污染物、卫生污染物、毒理学污染物、综合污染物。 一、病原微生物污染 受生活污水、医院污水及垃圾等污染的地下 水中,常含有各种病原菌、病毒和寄生虫,其所产 生污染的特点是数量大、分布广、存活时间长、 繁殖速度快、易产生抗药性,传统的二级生化污 水处理及加氯消毒后,某些病原微生物仍能大量 存活。因此,当人类饮用了含此类污染物的地下 水后,极易引起疾病。 二、耗氧有机物污染 当生活污水及部分工业废水中含有的碳水化合物、蛋白质及脂肪和木质素等有机物进入地下水中后,在生物化学作用下易于分解而消耗水中的溶解氧,并提供病原微生物所需的营养,从而使地下水水质变差。地下水中耗氧有机物愈多,耗氧愈多,水质愈差,地下水污染愈严重。 三、无机有害物污染 主要指亚硝酸根、硝酸根、硫酸根、磷酸根等对地下水造成的污染。亚硝酸根被吸入人体血液后,能与血红蛋白结合形成失去输氧功能的变形血红蛋白使

组织缺氧而中毒,重者可因组织缺氧而导致呼吸循环衰竭。另外,亚硝酸根在人体内还可与仲胺作用生成亚销胺,亚销胺有强烈的致癌作用,同时还有致畸胎和致遗传变异的可能。硝酸根是亚硝酸根进一步氧化的产物,因此它可以被还原成亚硝酸根。硫酸根主要来源于硫酸制造选矿场、矿坑水、钢铁酸洗厂、煤加工厂等。硫酸镁和硫酸钠对胃、肠有刺激作用,可引起肠道机能失调,也可以使水味便坏。当人类饮用了上述无机有害物含量较高的地下水后,极易对人体造成损害,并产生诸如白血病、高血压、动脉硬化及损伤神经系统。 四、无机有毒污染 主要指氟离子、氰离子、硫离子等对地下水的污染。氟及其化合物主要来源于磷肥工业、电解制铝、硫酸、冶炼及制造含氟农药、塑料等工业废水。如果长期饮用含氟量过高的水,将会引起人体骨骼改变等全身慢性疾病,致人残废。氰化物主要来源于含氰工业废水,包括电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤液等。氰化物是剧毒物质,经人体消化道或呼吸道进入肌体后,迅速被吸收,与高铁型细胞素氧化酶结合,变成氰化高铁型细胞色素氧化酶,失去传递氧的作用,引起组织缺氧而导致中毒。硫化物污染主要有甲硫醇、二甲硫、硫化氢等。硫化氢有刺激性,进入血液后部分与血红蛋白结合,生成硫化血红蛋白而使人出现中毒症状。 五、金属有害物污染 主要指钙、镁、锰等金属离子对地下水的污染。钙、镁在水中的含量是构成水硬度的主要成分。饮用高硬度的水,特别是永久高硬度的水,不仅有苦、涩味,而且还可引起消化功能紊乱、腹泻。锅炉用永久硬水易结垢,使导热系数减小,能耗成倍增加,并易造成爆炸。锰是人体必须元素之一,但锰也有毒性,人体吸收过多锰会产生慢性中毒,可能引起震颤麻痹、肺炎、记忆力下降、心动过速等病症。 六、重金属有毒物污染 主要指汞、铬、铅、砷等对地下水的污染。由于重金属污染的特点是不能被生物分解去毒,只有形态变化,而水体中通常被生物富集,这样,即使很低的浓度也能通过动、植物的食物链作用,产生极高的浓度。当人类饮用重金属有毒物浓度较高的地下水时,易产生肢体麻木、骨骼软化萎缩、毒害中枢神经、皮肤癌等并可影响神经系统。

地下水的污染特点及防治措施探讨

地下水的污染特点及防治措施探讨 地下水资源也是城市建设中不可忽视的重要部分，但是近几年来由于人们过度重视经济的发展，因此忽视了对地下水资源的保护。地下水资源遭到严重污染，数量也急剧减少，政府未能及时进行地下水污染防治，致使水资源出现极度缺失的现象，而且还对人们的日常生活造成严重影响。本文围绕着地下水污染的特点和防治措施进行研究和探讨，且将研究的重点放在地下水污染的防治措施上，希望对地下水污染的防治有所助益。 标签：地下水资源；污染特点；防治措施 水资源是人类赖以生存的“生命之源”。近几年来，我国的经济确实发展较为迅速，但是同样地，我们也付出了一定的代价，我国的水资源已经严重缺失，部分地区已经出现干旱现象。造成这种结果的原因归结起来就是两大方面，地下水资源的浪费为其一，而其二便是地下水资源的污染。地下水资源的缺失和污染严重影响人们的日常生活，甚至于会威胁人们的未来。因此，地下水污染的防治问题便是本文的研究重点。 一、地下水的污染特点 （一）隐蔽性 与地表水相比，由于地下水本身所处的位置不同，人们比较不容易察觉地下水的污染，因此地下水的污染具有一定的隐蔽性。一般来说，人们可以通过观察水的气味、颜色来检测地表水是否遭受污染，但是如果是地下水被污染，人们难以通过肉眼来进行判断，甚至于难以察觉地下水已经遭受到污染，因此，如果人们饮用了遭受污染的地下水，就会对身体造成一定的伤害。 （二）不可逆性 由于地下水所处位置在地下，因此流动性和自身的净化能力没有地表水那么强，如果地下水遭受污染，可能十几年甚至于几十年后才有可能被发现，治理起来不但耗费时间，还会耗费一定的人力和物力，且难度较大[1]。因此，在管理地下水资源时，最好将重点放在管理地下水污染的预防工作上，如果能将地下水污染的预防工作做好，将在一定程度上使地下水被污染的概率得以降低，同时也能使地下水污染治理起来难度大大降低。 二、地下水污染的防治措施 （一）合理使用化肥农药 导致地下水被污染的主要原因是化肥及农药的使用不当，因此在预防和治理地下水污染时，要重点防控化肥和农药，只有合理使用化肥及农药，地下水污染

地下水常见无机污染物研究进展.

第５期岩矿测试ｈｔｆＷ．ｋｓａｎｔｆＷＷｙｃ．ｃｃ ｐ２１００正（）：２８—１０８１８３ｏ．［６罗泽娇，孟贵．３］靳地下水三氮污染的研究进展［］Ｊ．水文地质工程地质，０２２（）６６．２０，９４：５—９［３龙新宪，肖娥，２］杨倪吾钟．金属污染土壤修复技术重研究的现状与展望［］应用生态学报，０２２Ｊ．２０，７（）７７—６．６：５７２［７］３ ＵＰＳＥＡ．ＥＡ８１Ｆ９－２Ｔ，ａｏａｐｍａＰ１－－５０一Ｎｔｎｌｒｒ０ｉｉｙｄｎｉａｒｅｕａｏｓＳ．９５ｉｇｅｒｒｋｎｗｔｇｌｔｎ［］１９．ｉ［４王呜刚，小换，晓风．物修复重金属污染土壤２］任刘植［８张燕，３］陈英旭，刘宏远．地下水硝酸盐污染的控制对策及去除技术［］农业环境保护，０，１２：３８．Ｊ．２２２（）１—１０８４［９ｓＰｌＲＷ．Ｎｔｔｒｕｔｎｂｅｏａｎｔｏ：３］ｕＭ，ｕｓｉａｅｃｏｙｚｒｌ—ｒｎｒｅｄｉｖａｉＥｅｔｆｒｔ，ｏａａｅｃｔａ，ｃｌｒｅｓｌｔ，ｆｃｓｏｏｍａｅｘｔ，ｉｔｌｒｅｈｏｉ，ｕｆｅ

ｄａ的机理及其应用前景［］甘肃农业大学学报，０７Ｊ．２０（）１８—１１５：０１．［５时文歆，２］于水利，晓霞，邱冯伟 明．电修复铅污染动土壤和地下水的初步研究［］环境科学与技术，Ｊ．２０，８１：１２，１．０５２（）２—３１５［６２］ＬａｅｎＲ，ＣｌｒｅＲ，ＰｏｌＷ．Ｅｌｃｒ—ｅｌｍａｉｎ，ｇｍａａｋｏｅｔｏｒｃａｔｏｂｒｅａｄｐｏｈｔＪ．ｎｉｎｅｔｌＳｉｃａｄｏａｎｈｓａｔｐｅ『］Ｅｖｏｍｎａｃｎｅｎ ｒｅＴｃｎｌ，０，（）２１２２．ｅｈｏｇ２４３９：５—７０ｏＯ８ｙ７［０Ｓｕｇｅ，ｏｎＹＣＫｕｇＹＨ．ｉｅｃｏｒｄｃｖ４］ｅｎｈｅＣＹｏ，ｙｎＫｎｔｓｆｅｕｔｅｉｉａｖｒｔｅｓｉｒｍｅｉｉｏｔｎＩ．ｎｉｅｎｅｓｉｏｅｄａｏｓｌｉＪＩＥｇｎｒｇａｌｌｔｎｕｏｅｉＧｏｏｙ２０，７３—）１１２１ｅｌ，０５７（４：９—０．ｇｄｎｒｅｔｎｂｎｎｓａｚｒ—ａｎｉｎ［．ｅｉｆａｏｙａｏｃｅｅｏｌｔｒｔｉｉｉｌｖｅｏＪ］Ｃｈｍｏｐｅｅ，００，ｅｓｈｒ２０４１：３７—１１．１０３１［７查春花，２］张胜林，明芳，夏张林生．饮用水除氟方法及其机理［］净水技术，０５２（）４４．Ｊ．２０，４６：６—８刘俊峰，培元．灰沉淀法除氟的应用 李石［８李雪玲，２］［］水处理技术，００２（）３９—３１Ｊ．２０，６６：５６．［９吴自强，２］魏艳平．无机高分子絮凝剂在国内的研究进展［］鹭江职业大学学报，ｌ，（）６７１Ｊ．ＸＹ１１：５３７—０．［１修宗明，４］全化民，康海彦，晓宇，柴金朝晖．屑去除铁酸法地浸采铀地下水中硝酸盐的试验研究［］ Ｊ．环境工程学报，０，（）３４．２７１３：６—００［２吴未红，兴中，４］袁曾光明，文卫，文卫．李李电极一生物膜法去除地下水中硝酸盐氮［］水处理技术，Ｊ．２０，１５：５—７ ０５３（）５５．［Ｏ王峰，，３］张昱杨敏．活性三氧化铝对饮用水中氟离子的吸附行为［］中国农业大学学报，０，（）６６．Ｊ．２３８

土壤及地下水污染研究进展.

土壤及地下水污染研究进展一、土壤及地下水污染研究进展目前人们对污染物在土壤及地下水中迁移转化规律的研究，一是通过室内土柱试验和野外大田试验进行实测模拟分析，二是通过建立数学模型来进行数值模拟分析，通过模型模拟来预测污染物浓度的时空变化规律，以便采取控制措施，使土壤和地下水环境受影响的程度降为最低。根据污染物在土壤及地下水系统中的迁移途径，研究者分别从表层土、含水层及非饱和带 3个方面进行了研究，并取得了一系列成果。（一）污染物在表土层中迁移转化的研究表土层污染物主要有无机废物污染及有机废物污染，国内外许多学者对上述各种污染物开展了大量的研究工作，尤其是重金属、化肥和有机农药方面的研究受到农学家们的高度重视。学者们对于污染物在土壤作物系统的吸附、迁移、转化、归宿和分布规律方面的研究，都取得了较大的成果。但由于土壤环境的复杂多样性，而且污染物的种类、污染途径、污染物与环境各要素作用机理不同，因此对各种类型的污染必须分别研究。 1．污染物在表层土中迁移转化研究由于表层土壤中含有大量的有机质和微生物，使得各种污染物在其中发生了复杂的物理、化学和生物反应。考虑到表土层比较薄，国内外大多都采用黑箱模型来描述污染物的迁移转化规律，对于内部机理的研究成果较少。如美国的Jury(1971在砂土中拌盐用灌水入渗淋溶试验观测溶质在均匀土壤中的迁移规律；Jaynes(1991在野外进行了漫灌条件下Br - 离子的示踪试验；Ellsworth(1996在露天试验场进行了微区试验，研究了Br - 、Cl - 、NO 3 - 随水流在非饱和土壤中的运移规律。近年来，土壤学家借助于室内外模型试验，正在确定土壤的环境容量，美国等发达国家正在进行表土层的灰箱模型研究，如Geng等人将氮循环过程看作“灰箱”，进行土壤地下水系统的氮循环迁移模拟，并在不同区域范围和不同环境条件下进行了应用，得到了满意的结果。该模型由3个子模型构成，分别模拟硝酸盐迁移过程中各个环节，即土壤中氮循环和硝酸盐渗出量模型、硝酸盐从土壤到含水层的迁移量模型、以及二者的耦合模型。 2．污水灌溉引起的土壤污染问题污水灌溉是解决水资源缺乏和污水资源化的重要工程措施，污水中大多含有比较丰富的有机物质，它们在一定条件下分解，能为农作物提供可利用的氮、磷等多种养分，作物增产效果明显，但是由于污水中含有不同种类的污染物质，长期利用这种污水进行灌溉已经在一定程度上造成了土壤环境的恶化。尤其是重金属污染，可在土

地下水环境 第7章 地下水污染评价

第七章地下水污染评价 §1 概述 地下水污染评价——指污染源对地下水产生的实际污染效应的评价。 评价目的——论证地下水污染程度，为污染治理提供依据。 通过地下水污染评价，可确定地下水污染范围和程度，找出主要污染因子，寻找污 染源，查明污染原因，从而为制定防治地下水污染规划与提出控制污染的措施提供科学依据。 地下水污染评价分为现状评价和预测评价(按时间）： 现状评价即根据近期环境监测资料，对调查区的地下水污染现状的评价；后者即根据调查区经济发展规划，预测该区地下水污染变化情况，据预测结果进行评价。 地下水污染评价程序(包括四个阶段） 第一阶段——准备工作 环境水文地质调查，查明条件、污染源，污染途径，影响因素 监测及实验：依据精度布设监测孔，获取各种污染组分的测试数据 第二阶段——系统分析（构建出研究区的评价指标体系） 选择评价因子 确定评价标准 第三阶段——系统评价 选择评价模型 确定各评价因子的权重 污染程度的分级 第四阶段——系统调控 根据区域环境目标，制订地下水保护规划，提出污染治理措施，编写地下水污 染评价报告书 1 选择评价因子 污染物种类繁多，无需对所有成分都评价 根据污染源评价结果，选择分布范围广、对人体健康或地下水利用功能影响较大 的污染物，或选择地下水中接近或超过地下水环境质量标准的主要有害组分作为 评价因子 如从人体健康考虑，常选： 氮的化合物（NO 3-, NO 2 -, NH 4 +)； 氰化物（高毒类）； 重金属（铅, 铬, 镉, 汞, 砷）； 有机污染物（农药，酚类，氯代烃、苯系物等）

2 确定评价标准 地下水污染指人为造成的污染，属次生污染，应选用地区环境本底值为评价标准。 本底值的确定： 地下水环境本底值：本区内未受污染地段的地下水化学组分含量均值； 地下水环境背景值：本区内相对清洁区监测得到的地下水各种组分的质量参 数的统计平均值； 对照值：未被污染、水文地质条件与本区相似的地下水背景值。 3 地下水污染程度分级 根据地下水中有害物质的检出情况将污染程度分为六个等级：未污染；微污染；轻污染；中污染；重污染；严重污染。 4 地下水污染评价方法 ——选择合理的评价方法或建立评价的数学模型，通过一定的计算对地下水污染程度进行等级划分，并提出地下水污染评价的结论。 §2 综合污染指数法 综合污染指数法 ——把具有不同量纲的量进行标准化处理，换算成某统一量纲的指数（各项污染指数），使其具有可比性，然后进行数学上的归纳和统计，得出较简单的综合污染指数，用其代表地下水的污染程度。 污染指数的计算方法： 分项污染指数计算 单综合污染指数法 双综合污染指数法 分类综合污染指数法

地下水的污染特点

地下水淡水资源的污染 陈力杨1 （1成都理工大学成都610000） 摘要：地下水资源是世界重要的水资源，然而由于人们不合理的开发利用和认为的污染，是的地下水资源的质量不断下降。地下水污染正日益受到关注。如生活和工业污水入渗，果断开采等都会造成地下水污染。及时的了解和明白地下水污染的特点，能帮助我们找到方法解决地下水污染的问题。 关键词：地下水淡水资源污染 引言：所谓水资源主要指与人类社会用水密切相关而又能不断更新的淡水, 包括地表水、地下水和土壤水, 其补给来源为大气降水。表1是一张关于全球淡水储量及平均更新周期数据表[ 1, 2] , 表中表明地下水(淡水部分)所占比例远大于地面其他可用水源, 同时其更新周期远远大于其他可用水资源,因此地下水资源的保护是当今世界重大的环境问题之一我国的的地下水资源的概况 目前全国地下淡水资源多年平均量为8837亿立方米，约占全国水资源总量的1/3。其 中山区为6561亿立方米，约占总量的74％；平原为2276亿立方米，约占总量的26％。地 下淡水可开采资源多年平均量为3527亿立方米，其中山区为1966亿立方米，平原为1561 亿立方米。 我国地下水资源的分布不均，存在明显的地区差异。南方地下水资源比北方丰富。南 方地区：地下淡水天然资源每年为6094亿立方米，占全国地下淡水天然资源的69％，北方 地区：地下淡水天然资源每年为2743亿立方米，占全国地下水天然资源的28％。 上面数据显示了我国的地下淡水资源的总量和分布，不难发现我国虽然每年平均的地 下淡水资源很大但分布不均。这也使得我们在利用这些地下淡水资源的时候出现一定的困 难。伴随着我们的开发与利用，出现了对地下淡水资源的污染。并且现在我国的地下淡水污 染已经到了一个很严重的程度[1] 2000年-2002年国土资源部进行了全国地下水资源评价，按照《地下水质量标准》，37% 已是不能饮用的类、类水。 2011年，全国共200个城市开展了地下水质监测，其中“较差—极差”水质监测点比 例为55%。与2010年相比，15.2%的监测点水质在变差[3]。 据国土资源部网站资料，辽宁海城市污水排放造成地下水大面积污染，附近一个村160 人因水而亡；由于地下水的严重污染，淄博日供水量51万立方米的大型水源地面临报废。 根据2000年-2002年国土资源部的全国地下水资源评价，全国195个城市监测结果表明，

顶空-气相色谱法测定加油站地下水中特征污染物

顶空-气相色谱法测定加油站地下水中 特征污染物 肖　寒，高　翔，李明哲，马　明 （中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，青岛２６６０７１）中图分类号：Ｏ６５７．７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１-４０２０（２０１４）０５-０６４４-０３ 加油站的埋地油罐泄漏已是国际上环境污染防治领域面临的严重问题。加油站目前已成为美国地下水污染的最大污染源，截止２００１年美国有超过４４万个地下储油罐被确认发生渗漏［１］。地下水和土壤遭受有机污染物污染后难以清理和修复［２-３］，许多有机物进入环境后对人体和生物具有致癌、致畸和致突变作用［４］。汽油添加剂甲基叔丁基醚（ＭＴ-ＢＥ）已对地表水、地下水、土壤及大气等环境要素构成严重污染［５-６］。然而在国内，加油站渗漏引起的土壤、岩层和浅层地下水污染问题至今还尚未被充分重视。 水中甲基叔丁基醚的分析方法有静态顶空-气相色谱法［７］、液液微萃取-气相色谱法［８］、固相微萃取-气相色谱-质谱法［９］、吹扫捕集-气相色谱-质谱法［１０］等，苯系物的常用分析方法为二硫化碳萃取和液上气相色谱法［１１］、顶空-气相色谱法［１２］、吹扫捕集-气相色谱-质谱法［１３］和固相微萃取-气相色谱-质谱法［１４］等。文献对水中甲基叔丁基醚和苯系物的同时测定少有报道，本工作采用顶空-气相色谱法同时测定加油站地下水中甲基叔丁基醚、苯、甲苯、二甲苯和乙苯。 １　试验部分 １．１　仪器与试剂 Ａｇｉｌｅｎｔ６８９０Ｎ型气相色谱仪，配氢火焰离子化检测器；Ｇ１８８８型网络顶空进样器。２０ｍＬ顶空瓶，带聚四氟乙烯密封硅橡胶垫。 标准储备溶液：用微量注射器分别移取５．０μＬ甲基叔丁基醚、苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二 收稿日期：２０１３-０９-２８甲苯、乙苯至１０ｍＬ容量瓶中，用甲醇定容配制成 ３７０ｍｇ·Ｌ－１甲基叔丁基醚、４４０ｍｇ·Ｌ－１苯、 ４３４ｍｇ·Ｌ－１甲苯、４３２ｍｇ·Ｌ－１对二甲苯、４３０ｍｇ·Ｌ－１间二甲苯、４４０ｍｇ·Ｌ－１邻二甲苯、４３４ｍｇ·Ｌ－１乙苯标准储备溶液。 甲基叔丁基醚、苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、乙苯、甲醇为色谱纯；氯化钠为优级纯（５５０℃加热４ｈ）；试验用水为去离子水。 １．２　仪器工作条件 １）顶空条件　平衡温度７５℃，平衡时间４０ｍｉｎ，传输线温度９０℃，进样温度１０５℃，进样环为１ｍＬ。 ２）色谱条件　ＨＰ-ＦＦＡＰ型毛细管色谱柱（３０ｍ×０．５３ｍｍ，１．０μｍ）；进样口温度２３０℃，检测器温度２５０℃；载气为高纯氮气，流量３．０ｍＬ·ｍｉｎ－１；分流比为５比１。柱程序升温：初始柱温４０℃，保持５ｍｉｎ；以５℃·ｍｉｎ－１速率升至１００℃。１．３　试验方法 移取１０．００ｍＬ标准溶液或样品溶液于装有 ３．０ｇ氯化钠的２０ｍＬ顶空瓶中，用钳口盖密封后轻轻振摇，使氯化钠完全溶解后采用顶空进样器进样。按仪器工作条件进行测定。 ２　结果与讨论 ２．１　色谱条件的选择 由于接入顶空进样器后须选择分流模式，在试样浓度和柱容量允许的条件下，尽可能减小分流比以获得更高的响应，从而降低方法的检出限。分流比不小于５比１时，能保证获得较好的重复性，因此选择分流比为５比１。当其他色谱条件为１．２节的条件时，包括对、间、邻二甲苯在内的各组分均能获 · ４４６ ·