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水 利 学 报 2003 06 SHUILI XUEBAO 6 年 月 第 期 文章编号：0559-9350（2003）06-0048-08 土壤水环境中有机污染物运移环境预测模型的研究 1 1 1 2 薛强 , 梁冰 , 刘晓丽 , 陈贺 (1. 辽宁工程技术大学 力学与工程科学系，辽宁 阜新 123000；2. 北京师范大学 环境科学研究所，北京100875) 摘要：本文综合考虑有机污染物在土壤-水环境体系中扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解条件，建立了土壤水环境 中有机污染物运移耦合的动力学模型。模型中包含了有机污染物非平衡吸附动力学过程与固相吸附污染物被微生物降解 环境行为，并采用分裂算符方法推导出了数学模型的有限元格式，编制了计算程序。通过数值算例分析了油气田地区落 地原油在土壤水环境中迁移转化问题，探讨了模型参数搿⑨变化对有机污染物运 移的影响，同时与SCOW模型进行对比 分析，验证了数值模型的可靠性与实用性，这对于定量研究有机污染物在土壤-水环境中分配与归宿以及实验室模型参 数的测定提供了可靠的理论依据，同时为污染预测、预报与防治提供科学的根据与途径。 关键词：土壤-水环境；有机污染物；环境预测模型；SOM方法 中图分类号：X53 文献标识码：A 在土壤水环境中，有机污染物将发生一系列的物理、化学和生物行为，其中一部分污染物降解或转化 为无害物质；一部分通过挥发等途径进入其它相中；还有一部分会长期存在于水环境中，进而对环境产生 长期和深远的影响。关于有机污染物在土壤水环境中的迁移转化研究在国外起始于70年代，文献报道较 多为80年代末至90年代[1-4]。而在我国，这方面的研究才刚刚开始，研究成果大多集中在定性分析和实 验分析上，定量数值分析的研究成果不多[5,6]。在已有的文章报道中[7,8]，主要侧重于有机污染物在土壤中 的持留、释放和迁移规律，并形成了反映污染物质持留、释放和迁移规律的“双相模型”[9]。该模型假定 水相的污染物能被微生物直接降解，而固相的污染物则不能被微生物降解。但是，Youn Sim[10]已经通过实 验方法证实了考虑土壤吸附污染物被微生物降解行为及其在土壤-水环境中分配的影响。另外 ，对于有机 污染物而言，其中吸附是影响土壤和水体环境中有机污染物的传输的一个主要过程，尽管在许多动力学模 型中采用是线性平衡吸附模式，但采用这一吸附模式的模拟结果与大量的现场和实验资料数据存在一定的 差距，不能实时定量描述其输运过程[11,12]。尤其是反应性有机污染物，在固相吸附的过程中同时存在着解 吸，解吸速率随时间的增长而降低，这是一可逆的动力学行为。 为此，本文综合考虑有机污染物在土壤-水环境体系中扩散、吸附解吸、分配以及微生物降解条件， 建立了土壤水环境中有机污染物迁移转化的非平衡动力学模型，其中模型中将包含反映有机污染物非平衡 吸附动力学过程与固相污染物被微生物降解环境行为，并采用分裂算符方法给出了数学模型的有限元格 式，定量研究模型参数对有机污染物运移的影响，为进一步研究土壤中有机污染物迁移归宿提供了可靠的 理论依据，同时为土壤环境质量评价及污染预测、预报与防治提供科学的根据与途径。 1 土壤水环境中有机污染物运移数学模型的建立 1.1 土壤中水分运移的数学模型 土壤中有机污染物随水分迁移，水分运移的控制方程为: 收稿日期：2002-03-26 基金项目：国家教育部资助项目(2000172)；辽宁省自然科学技术基金资助项目(2001101063) 作者简介：薛强(1976-)，男，山东潍坊人，博士，主要从事地下水有机污染及环境 岩土工程方面的研究。 48 水 利 学