飽和-非飽和土中氟運移規(guī)律動態(tài)實驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、土壤和地下水污染問題已成為環(huán)境污染問題中的一個重要研究課題。而污染物種類繁多，其中對氟污染物的研究，是目前比較關(guān)注的環(huán)境問題之一。由于氟具有特殊的化學性質(zhì)，它在土壤中的遷移方向和強度，取決于土壤性質(zhì)和多種環(huán)境要素的共同作用，即氟在多孔介質(zhì)中的運動是一個復雜的物理化學過程。目前研究污染物在飽和、非飽和土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律常用的方法是土柱實驗，通過室內(nèi)實驗的設(shè)計可以幫助我們分析影響遷移轉(zhuǎn)化的各種因素，揭示污染物在多孔介質(zhì)中的運移機理，同時也可

2、解決野外實驗投資大、周期長、不確定因素較多難以控制等問題，從而縮短了實驗研究周期。 本文基于多孔介質(zhì)中溶質(zhì)運移理論，在實驗設(shè)計上完整地從小土柱—大土槽、飽和—非飽和、單層土壤—成層土壤作了全套的大量室內(nèi)實驗研究，采用實驗和計算相結(jié)合的分析研究方法，歸納總結(jié)了氟(氯)離子在不同條件下的運移規(guī)律，并對非飽和土壤中土水運動參數(shù)進行了擬合計算分析研究。主要研究內(nèi)容如下：(1)通過不同尺度的飽和、非飽和土柱實驗，獲得氟(氯)在不同質(zhì)地、不

3、同分層土壤條件下的運移規(guī)律，并利用擬合穿透曲線法反求出運移參數(shù)。重點研究了不同的加溶質(zhì)方式對氟離子在土壤中運移規(guī)律的影響。結(jié)果表明：氟離子在粘粒含量高的的土壤中的阻滯因子和水動力彌散系數(shù)均大于粘粒含量低的土壤中的阻滯因子和水動力彌散系數(shù)。在加溶質(zhì)方式上，同時注入NaF和NaCl混合溶液比單獨注入NaF溶液在濃度峰值到達時間上要來得慢些，濃度峰值也小，但在清水淋濾過程中合加NaF和NaCl混合溶液時淋出氟的濃度比單加NaF溶液時要大，這表

4、明鈉離子的加入對氟離子的遷移起了促進作用。通過氟氯對比試驗進一步明確了氟離子較氯離子更加活潑。 (2)對各種不同配比的土壤進行了非飽和土水運動參數(shù)的大量實驗研究，得到了土水特征曲線、非飽和導水率的關(guān)系，并利用VG模型對其進行了擬合分析研究。并將所得參數(shù)應(yīng)用到非飽和—飽和土柱實驗計算中，為氟運移理論模型的初步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 (3)通過大土柱和準三維大土槽物理模型實驗對氟氯離子在垂向和水平方向上動態(tài)遷移特性進行了比較研究，得

5、到了不同特性的運移規(guī)律。將小土柱物理模型率定的參數(shù)應(yīng)用到大土槽中，并根據(jù)實驗結(jié)果對參數(shù)作了修正。在模型編程計算時，為了減小流速波動對氟、氯離子運移的影響，在模型計算中流速沒有按常規(guī)方法取平均流速，而是研究了分段流速計算的方法，結(jié)果表明，后種計算模擬方法更接近實驗值。 (4)為了探討氟離子濃度在水平和垂直方向上的淋濾凈化過程，采用經(jīng)驗公式對各測點氟離子濃度衰減變化進行擬合研究，表明其符合指數(shù)衰減曲線規(guī)律。為建立氟離子濃度峰值衰減與