重金屬遷移轉(zhuǎn)化模型研究_圖文

1、 維普資訊 第 期 何 用 、李義 天 ：重金 屬遷 移 轉(zhuǎn)化模 型 研究 筆（筆 （ 一 籌 一 ）一 ）去 。 一 因此 ，由重金屬遷移 轉(zhuǎn)化模 型方程組加上一定 的初邊 界條件 便可求 出重金屬 遷移 轉(zhuǎn)化過(guò) 程 中的濃 度分 布 。 模 型求 解的初始條件 和邊界 條件 ： 初 始條件 ：各個(gè)計(jì) 算斷面 的重 金屬初 始水 相濃 度 ： ， ） 。 ； （ ： （ ） 各 斷面泥 沙顆粒物重金屬 的初始 吸附量 ： （ ； 。 ， ） 各斷 面底 泥初始 吸附量 ： （ 。 邊界條件 ：上游起 始 ， ） 、 ， 斷面上流入的重金屬過(guò)程：， ） ： （） 上游來(lái)沙重金屬含量 ： ， ）

2、 。下游出口重金屬流 （ ； （ （） 出過(guò)程 ： （ ：。 ， ） （） 根 據(jù) 吸 附動(dòng)力學(xué)方 程（ ） 在 時(shí)段 內(nèi) ， ， 近似認(rèn)為水相重金屬濃度 變化較小 ， 近似取 為常數(shù) ， 初始時(shí)刻泥沙顆粒物 的重 金屬吸附量為 由此 可得 ， 、 ， （一 計(jì)算式 。 恒定均勻流條件 下的計(jì) 算分析 ） 該式 即為任意 時(shí)刻 泥沙吸附量的計(jì)算式 ，在 時(shí)令 ，即可得 到周孝 德 推導(dǎo)得 到的泥 沙吸 附量 的 本計(jì)算針對(duì)恒定均勻 流的情 況進(jìn)行 ，采用 的計(jì)算 條件 與黃歲 棵等水槽 試 驗(yàn)條件 同 ，投放 均勻 沙并 忽 相 略斷面周界泥 沙吸附。其具 體水槽 條件為 ：比降 ，糙 率 ，

3、水深 ， ，摩阻流速 ，擴(kuò)散系數(shù) ，（ ） 投放 泥沙粒徑 ，平 均 ， 沉速 ，水流挾 率 ， 長(zhǎng) 。 ， （ ） 槽 ， 一 島一 蓮 一 撲 臀 咖 由于缺乏實(shí)測(cè)資料 ，模 型中的主要參數(shù)無(wú)法 通過(guò)模 型反求 得 到 ，因此根 據(jù) 黃歲棵 等靜 態(tài)吸 附試 驗(yàn)結(jié)果咖 來(lái)選取 ，取 ， （ ） ，重金屬污染 物的初 始條件為 ： ： ， ） 中， ）三：。界件： ： 。 ， ：。； 條為 三 其 。 ，邊 ） ，） ， ： ， ： 。 對(duì)重金屬 遷移轉(zhuǎn)化方程采用混合有 限分 析法 進(jìn)行離散求解 ，計(jì)算得到各 時(shí)間不 考慮泥沙影響和考慮泥沙影 響水 相重金屬濃度 的 比較 見(jiàn) 圖 ，從 圖

4、中可 看 出 由于泥 沙 的存 在 ，在 一 定 程度 上 降低 了水相 重 金屬 濃 度 。 圖 出了吸附等溫式 和吸附 動(dòng)力學(xué) 兩 種模式 下重 金屬 吸 附量計(jì) 算值 比較 ，前 者計(jì) 算 得到 吸附 量 比后 者 大得 給 多 。而 吸附動(dòng)力學(xué)模 式更 能反映實(shí)際過(guò)程 。 一 甏 圖 是 否考 慮泥 沙吸 附水 相濃 度 比較 圖 兩 種模 式下 重 金屬 吸 附量 比較 維普資訊 水 科 學(xué) 進(jìn) 展 第 卷 由于實(shí) 際的重 金屬吸附量難 以瞬間內(nèi)達(dá)到其平衡濃度 ，而按 照吸附等溫式卻假定 吸附平衡必 然使得計(jì)算結(jié) 果偏離實(shí) 際 ，由此也 可看 出對(duì)于短 時(shí)段重金屬 的遷移轉(zhuǎn)化 ，采用

5、平衡模 式下 的模型顯然是不合 理的 。在上述實(shí) 驗(yàn)條件下 ，分 別假定 河床發(fā)生沖刷 和淤積 ，并忽略短 時(shí)段 內(nèi)河床 變形 ，近似認(rèn) 為仍 為均勻 流 ，分 別計(jì)算 重金屬 的濃度 變化。兩種情 況為 ： 河床 淤積 ，來(lái) 沙含量不 變 ，假定 泥沙粒徑變化 ，其沉速變?yōu)?； 河 床沖刷 ，來(lái)沙 含量不 變 ，泥沙粒徑變 化 ，假定 其沉 速變 為 ，底 泥 吸附濃 度為 。圖 、 圖 分別給 出了本文模 型、黃歲探模型及不 沖不 淤時(shí)重金屬濃度在不 同時(shí)間的計(jì)算值 。淤積時(shí)黃歲探模 型計(jì)算 得到 的水相 重金屬濃 度較河床不 沖不 淤時(shí)大 ，這在定性上與實(shí) 際是不 相符 的。由于來(lái)沙不含

6、重金 屬污染物 ，經(jīng) 過(guò)含有重金屬 的水體 時(shí)這部分泥沙必將 吸附一定量 的重金屬 ，因而泥 沙的淤積必然導(dǎo)致其水相濃 度的減少 。沖 刷時(shí) 由黃歲探模 型計(jì)算 得到 的水相 重金屬濃度較底泥不沖不淤計(jì)算值 略小 ，這顯然也是不符合實(shí) 際的。受重金 屬污染 的底泥 被水 流沖起 ，由于底泥 和水 相重金屬 的濃度差異 ，必然會(huì) 導(dǎo)致吸 附在被 沖起底泥上 的重 金屬 向水 體 中釋放 ，其 結(jié)果必 然時(shí)水 相重金屬濃 度的增加 。應(yīng)該指 出 ，模 型計(jì)算 中假定水流保持為均勻流 ，這與實(shí)際有 一 定 的出入 ，但考 慮到短時(shí)段微小 的沖淤變 形對(duì) 流態(tài)影 響不是 很 大 ，因此計(jì)算 得 出 的

7、結(jié) 果能 夠反 映模 型的特 性 。通過(guò)模 型計(jì)算結(jié) 果的對(duì) 比，表 明本模 型模 擬計(jì)算 的結(jié)果更能反 映沖刷 和淤積情況下重金屬濃 度的變化 ，更 符合實(shí)際 。 一 一 一 一 一 一 一 口 ， 口 距 離 距 離 圖 淤積 時(shí) 水相 重金 屬濃 度變 化 圖 沖刷 時(shí)水 相重金 屬 濃度 變 化 結(jié) 論 本文對(duì)現(xiàn) 有的重金屬遷移轉(zhuǎn)化數(shù) 學(xué)模 型進(jìn)行 了概括 ，根據(jù)模 型建 立的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行 了分類(lèi) ，并指 出了各模 型存在 的不足 。在此基 礎(chǔ)上 ，結(jié)合 泥沙運(yùn)動(dòng)和現(xiàn)有 的水沙數(shù)學(xué)模 型推 導(dǎo)建立 了重金屬遷移轉(zhuǎn)化數(shù) 學(xué)模 型。依據(jù) 模型是否考慮 重金屬 在泥沙上吸 附這 一不平衡過(guò)程

8、 ，可分成平衡模 型和不平衡模型 ，其應(yīng)用各具 特點(diǎn) 。運(yùn)用本 文所建模 型和黃歲棵模 型計(jì)算 了一定條 件下泥沙沖刷和淤積時(shí)水相 重金屬濃度變化 ，通過(guò) 與不 沖不淤情 況下 的 水相重金屬濃度 的比較 ，表 明本文所建 立的模 型反映重金屬遷移轉(zhuǎn)化 的過(guò)程更為合理 。 本文 只是 在理論上對(duì) 重金屬遷移轉(zhuǎn) 化進(jìn)行 了探討 ，在考慮泥 沙運(yùn) 動(dòng)和重金屬吸 附解 吸不平衡 過(guò)程 時(shí)更 為全 面 ，所建立 的模 型物 理概念清晰 ，而且 沒(méi)有增加新 的參數(shù) 和系數(shù) ，與 已建模 型相 比，模 型具有 較好 的概 括性 。 由于 目前缺乏 重金屬遷 移轉(zhuǎn)化 的實(shí)測(cè) 資料 ，模 型在天然河流 的模

9、擬應(yīng) 用還有待于進(jìn)一步研究 。 維普資訊 第 期 何 用 、李 義 天 ：重 金屬 遷 移轉(zhuǎn) 化模 型研 究 參 考文獻(xiàn) ： 周 密， 王華 東 ， 義生 境容 量 張 環(huán) 長(zhǎng)春 ： 北師 范大 學(xué) 出版社 ， 東 郭震遠(yuǎn) ， 蔡貽 謨 山河 金屬 污染 物 （ ） 鉛 、遷移 規(guī)律 及污染 預(yù) 測(cè)研究 環(huán) 境科學(xué) 學(xué) 報(bào) ， ： （） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ： 林 玉環(huán) 河 流底 質(zhì) 遷移 模式 研究 環(huán) 境科學(xué) 學(xué)報(bào) ， （ ） 汞 ： ： ， （ ） ： 【 陳瑞生 ， 黃玉凱 ， 興齋 ， 流重 金 屬污 染研究 【 北京 ： 國(guó)環(huán) 境科 學(xué) 出版

10、社 ， 高 等 河 中 周 孝德 流 中重金 屬 遷移 轉(zhuǎn)化 數(shù)學(xué) 模 型 的研究 西 安 ： 西機(jī) 械學(xué) 院 ， 河 陜 黃歲 操 ， 萬(wàn)兆 惠 ， 張朝 陽(yáng) ， 等 沖積河 流重 金 屬污染 物遷 移 轉(zhuǎn)化數(shù) 學(xué) 模型 研究 水利 學(xué)報(bào) ， ： （） 陳祖 華 口拋 泥 引起 的泥 沙 運(yùn)動(dòng) 及 污染物 質(zhì)遷 移數(shù) 值模 擬 北 京 ： 河 清華 大學(xué) ， 黃歲操， 萬(wàn)兆惠 ， 王蘭香 ， 等 泥沙吸附重金屬污染物室 內(nèi)靜態(tài)試驗(yàn)研究水科學(xué)進(jìn)展， ， （ ） ： ， ， ， ， ， 黃歲操， 萬(wàn)兆惠，王蘭香 ， 等 泥沙濃度和水相初始濃度對(duì)泥沙吸附重金屬的影響研究環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) ， ： （） 黃歲操 泥沙解 吸重金屬污染物動(dòng)力學(xué)模式研究 地理學(xué)報(bào) ， ） （ ： 湯鴻霄 ， 錢(qián) 方 易， 文湘華 ， 等 水體顆 粒物 和難降解有 機(jī)物 的特性 與控制 技術(shù)原 理（ 北 京 ： 國(guó)環(huán)境 科學(xué) 出版社 ， 上） 中 濤 ， 曉華 ，肖邦定 ， 體 懸移 質(zhì)對(duì) 重金 屬 吸附 規(guī)律 研究 以 長(zhǎng)江