松花江典型有機污染物動態(tài)數(shù)值模型構建與模擬.pdf

1、地表水承載著各種有機污染物,尤其是我國的天然河流——它無時無刻不在見證著當?shù)氐墓I(yè)發(fā)展速度和由此帶來的工業(yè)廢水、非點源污染、突發(fā)事件所排放的污水。這些有毒有機化合物進入河流后將對水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生直接或間接的影響,危害著人類健康安全,因此明晰有機污染物在水體中的歸趨,對于有效改善水質狀況及風險評估將具有重要意義。
　　基于實驗室分析有機污染物在環(huán)境中遷移轉化規(guī)律常受到種種局限,譬如時間成本、人力成本、設備條件等等,而數(shù)學模型在這方面則

2、扮演了重要角色。本文構建了兩種數(shù)學模型對松花江中典型有機污染物的遷移轉化規(guī)律進行了模擬和預測。
　　本文研發(fā)了動態(tài)多介質模型,它耦合了水力學子模型和逸度Ⅳ子模型,用于模擬有機污染物的長期環(huán)境行為。首先采用一維運動波方程計算天然河流動態(tài)流量、水深和流速;其次逸度Ⅳ方程模擬污染物在多介質環(huán)境中的分布,其內(nèi)部的所有參數(shù)具有時空變化性。
　　動態(tài)多介質模型模擬了2007年松花江8種多環(huán)芳烴在多介質環(huán)境中的歸趨變化,采用柯西不等式系數(shù)

3、法(TIC)對松花江中8種多環(huán)芳烴的水相模擬濃度進行了驗證,結果顯示所有模擬結果與相應監(jiān)測濃度匹配較好,TIC值均小于0.5。以污染物萘為代表,計算了它在每個環(huán)境介質的質量通量,結果顯示環(huán)境系統(tǒng)的總輸入和總輸出分別為140.61×103Kg和140.26×103Kg,相對誤差為0.25％,證明了模型質量守恒。從模型參數(shù)的靈敏度分析結果得知,點源源強和河水流量對污染物水中濃度影響最大,靈敏度系數(shù)分別為0.97和0.90。
　　動態(tài)多

4、介質模型模擬了2007年松花江中8種酚類污染物在多介質環(huán)境的行為變化?；?007年不同水文季節(jié)的監(jiān)測濃度,通過納什效率系數(shù)(NSE)、百分比偏差系數(shù)(PBIAS)和均方根-測量標準偏差比(RSR)三種統(tǒng)計學測試方法評估模型的預測能力。整體而言,模擬濃度與監(jiān)測濃度吻合度較好,大多數(shù)數(shù)據(jù)點同時滿足 NSR<0.5,RSR<=0.7和 PBIAS∈[-70%,+70%]條件。雖然存在若干奇異點,但配對T檢驗結果說明當置信水平為0.05時,P

5、>0.05接受零假設即模型所有模擬值與監(jiān)測值無顯著差異。以2,4-二氯苯酚為代表對污染物從河流系統(tǒng)到其它環(huán)境介質的分配路徑和質量通量變化進行了評估,模型模擬期間水體平流的質量通量最大,凈河流輸出通量約為4500.1kg。采用蒙特卡洛方法考查模型輸入數(shù)據(jù)對輸出結果的影響程度。模型預測了2012年枯水期河流中酚類污染水平,與2007年同期進行比較,發(fā)現(xiàn)松花江的酚類污染得到了顯著削弱。研究結果顯示,動態(tài)多介質模型完全可以應用于松花江點源污染,

6、為當?shù)貨Q策者制定水污染控制方案提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
　　針對突發(fā)水污染事件,本文研發(fā)了一維污染物遷移轉化模型,它耦合了一維運動波方程和平流-擴散-反應方程。模型內(nèi)部包括揮發(fā)、光解和生物氧化的動力學過程以及在懸浮顆粒物沉降和再懸浮作用下的水層和沉積層之間的擴散質量交換過程。模型應用在松花江硝基苯突發(fā)水污染事件中,模擬了污染物在水層和沉積層中的濃度變化。針對水層濃度采用NSE、PBIAS、RSR和TIC四種統(tǒng)計學方法評價模型表現(xiàn)力,結

7、果顯示模型的整體模擬效果令人滿意。通過靈敏度分析得知,河流流速是影響水層硝基苯濃度最靈敏的輸入?yún)?shù),這意味著它對污染物的水中濃度分布和變化起到至關重要的作用。研究結果顯示,污染物遷移轉化模型完全有能力為松花江及與其水文特征相似的其它天然河流的水污染控制和預警提供可靠信息。
　　通過建立數(shù)學模型可為水環(huán)境生態(tài)保護提供科學指導,從而預防、減少和修復水污染所造成的生態(tài)破壞,避免發(fā)生巨大的經(jīng)濟損失,切實維護人類健康和生態(tài)系統(tǒng)平衡,使百姓生