地下水环境影响评价.ppt

地下水环境影响评价地下水环境影响评价1.评价方法评价方法oo类比法类比法类比法类比法n n由于污染物的迁移除取决于污染物由于污染物的迁移除取决于污染物由于污染物的迁移除取决于污染物由于污染物的迁移除取决于污染物本身特征本身特征本身特征本身特征外，还取决外，还取决外，还取决外，还取决于于于于环境水文地质条件和水文地球化学条件环境水文地质条件和水文地球化学条件环境水文地质条件和水文地球化学条件环境水文地质条件和水文地球化学条件n n环境水文地质和地球化学条件的环境水文地质和地球化学条件的环境水文地质和地球化学条件的环境水文地质和地球化学条件的相似性相似性相似性相似性决定了其污染影决定了其污染影决定了其污染影决定了其污染影响的响的响的响的可比性可比性可比性可比性n n在查明在查明在查明在查明相似工程项目相似工程项目相似工程项目相似工程项目及其所处地区的环境水文地质条件及其所处地区的环境水文地质条件及其所处地区的环境水文地质条件及其所处地区的环境水文地质条件和地球化学基础上，通过和地球化学基础上，通过和地球化学基础上，通过和地球化学基础上，通过量化处理量化处理量化处理量化处理，即可对拟建项目的，即可对拟建项目的，即可对拟建项目的，即可对拟建项目的环境影响范围、大小环境影响范围、大小环境影响范围、大小环境影响范围、大小做出评估做出评估做出评估做出评估n n在量化处理中将开发因素与环境后果都概化为数值指标，在量化处理中将开发因素与环境后果都概化为数值指标，在量化处理中将开发因素与环境后果都概化为数值指标，在量化处理中将开发因素与环境后果都概化为数值指标，并确定出并确定出并确定出并确定出类比系数类比系数类比系数类比系数。依此，即可进行环境影响预测。依此，即可进行环境影响预测。依此，即可进行环境影响预测。依此，即可进行环境影响预测2.实例：实例：oo利用稳定铬同位素（利用稳定铬同位素（利用稳定铬同位素（利用稳定铬同位素（53Cr/52Cr53Cr/52Cr）在）在）在）在CrCr（VIVI）被还原过程中发生的同位素分馏机理）被还原过程中发生的同位素分馏机理）被还原过程中发生的同位素分馏机理）被还原过程中发生的同位素分馏机理可定量评价含水层对可定量评价含水层对可定量评价含水层对可定量评价含水层对CrCr（VIVI）的还原速率和还）的还原速率和还）的还原速率和还）的还原速率和还原能力原能力原能力原能力oo这样，只要我们掌握了一个地区特定含水层中这样，只要我们掌握了一个地区特定含水层中这样，只要我们掌握了一个地区特定含水层中这样，只要我们掌握了一个地区特定含水层中铬同位素（铬同位素（铬同位素（铬同位素（53Cr/52Cr53Cr/52Cr）的变化规律，就可）的变化规律，就可）的变化规律，就可）的变化规律，就可以定量预测以定量预测以定量预测以定量预测CrCr（VIVI）在该含水层中的被还原情）在该含水层中的被还原情）在该含水层中的被还原情）在该含水层中的被还原情况况况况 3.评价方法评价方法oo数学模拟法数学模拟法n n在区域水文地质特征调查基础上，根据污染途在区域水文地质特征调查基础上，根据污染途在区域水文地质特征调查基础上，根据污染途在区域水文地质特征调查基础上，根据污染途径分析，通过建立径分析，通过建立径分析，通过建立径分析，通过建立数学模型数学模型数学模型数学模型，获取计算参数等，获取计算参数等，获取计算参数等，获取计算参数等步骤进行的步骤进行的步骤进行的步骤进行的n n数学模式包括污染物迁移和水质评价两大类数学模式包括污染物迁移和水质评价两大类数学模式包括污染物迁移和水质评价两大类数学模式包括污染物迁移和水质评价两大类n n在污染物迁移模式中，可视情况和条件采用在污染物迁移模式中，可视情况和条件采用在污染物迁移模式中，可视情况和条件采用在污染物迁移模式中，可视情况和条件采用数数数数值方法或解析法值方法或解析法值方法或解析法值方法或解析法，而模式中所需参数需要经过，而模式中所需参数需要经过，而模式中所需参数需要经过，而模式中所需参数需要经过现场调查、现场试验及实验室测量来获取现场调查、现场试验及实验室测量来获取现场调查、现场试验及实验室测量来获取现场调查、现场试验及实验室测量来获取4.污染物迁移的数学模型污染物迁移的数学模型运移方程运移方程(i,j=1,2,3)2004-11-115.污染物迁移的数学模型污染物迁移的数学模型初始条件初始条件区域区域()上所有点在某一初始时刻上所有点在某一初始时刻t=0时的时的浓度分布浓度分布2004-11-116.污染物迁移的数学模型污染物迁移的数学模型边界条件边界条件第一类边界条件，边界上浓度是已知的第一类边界条件，边界上浓度是已知的第二类边界条件，边界上弥散通量是已知第二类边界条件，边界上弥散通量是已知第三类边界条件，边界上溶质通量是已知第三类边界条件，边界上溶质通量是已知 2004-11-117.数学模型的求解方法数学模型的求解方法解析法解析法简单条件下的溶质运移模型简单条件下的溶质运移模型表达式过于复杂而难于实际应用表达式过于复杂而难于实际应用数值模拟法数值模拟法有限差分法（有限差分法（Finite Difference Method）有限单元法有限单元法(Finite Element Method)边界元法边界元法(Boundary Element Method)2004-11-118.1、有限差分法、有限差分法(FDM)基本思想基本思想l按时间步长和空间步长将时间和空间区域按时间步长和空间步长将时间和空间区域剖剖分分成若干成若干网格网格l用用未知函数未知函数在网格结在网格结(节节)点上的值所构成点上的值所构成的差的差分近似代替分近似代替所用偏微分方程中出现的所用偏微分方程中出现的各阶导各阶导数数l把表示变量连续变化关系的偏微分方程把表示变量连续变化关系的偏微分方程离散离散为有限个为有限个代数方程代数方程l求解此线性代数方程组求解此线性代数方程组，以求出溶质在各网，以求出溶质在各网格结格结(节节)点上不同时刻的浓度点上不同时刻的浓度 2004-11-119.有限差分法有限差分法(FDM)基本步骤基本步骤l（1）剖分渗流区，确定离散点）剖分渗流区，确定离散点l（2）建立水动力弥散问题的差分方程组）建立水动力弥散问题的差分方程组l（3）求解差分方程组）求解差分方程组点逐次超松驰方法点逐次超松驰方法(SOR)线逐次超松驰方法线逐次超松驰方法(LSOR)交替方向隐式迭代法交替方向隐式迭代法(IADI)及强隐式方法及强隐式方法(SID)等等2004-11-1110.差分与导数差分与导数（Tarley级数）级数）几种导数的差分近似几种导数的差分近似l1、一阶向前差分、一阶向前差分l2、一阶向后差分、一阶向后差分l3、一阶中心差分、一阶中心差分l4、二阶导数的差分、二阶导数的差分 2004-11-1111.差分方程的差分方程的相容性、收敛性、稳定性相容性、收敛性、稳定性l相容性相容性导数与其差分近似式之间存在导数与其差分近似式之间存在截断误差截断误差当时间步长当时间步长 t和空间步长和空间步长 x都趋近于零时，差分方都趋近于零时，差分方程的程的截断误差也趋近于零截断误差也趋近于零，差分方程的，差分方程的极限形式就极限形式就是原偏微分方程是原偏微分方程这时，认为差分方程与偏微分方程是相容的，这种这时，认为差分方程与偏微分方程是相容的，这种相容性表示差分方程相容性表示差分方程“收敛收敛”于于原偏微分方程原偏微分方程2004-11-1112.差分方程的差分方程的相容性、收敛性、稳定性相容性、收敛性、稳定性l收敛性收敛性指指差分方程的解差分方程的解，即当步长，即当步长 t、x0时收敛于时收敛于原原偏微分方程的解偏微分方程的解l稳定性稳定性差分方程的求解是以差分方程的求解是以步进步进方式进行的，在逐步推进方式进行的，在逐步推进的过程中，的过程中，误差也逐步积累误差也逐步积累若这种误差若这种误差积累积累保持保持有界有界，则差分方程是，则差分方程是稳定的稳定的；若这种误差积累若这种误差积累无界，无界，则差分方程是则差分方程是不稳定不稳定的的2004-11-1113.差分格式差分格式格式不同，其截断误差、稳定性条件不同格式不同，其截断误差、稳定性条件不同l1、显式差分格式、显式差分格式 l2、隐式差分格式、隐式差分格式l3、Crank-Nicolson差分格式差分格式 浓度取浓度取tn,浓度取浓度取tn+1,O(t+x2)O(t+x2)O(t2+x2)2004-11-1114.有限元法有限元法(FDM)基本思想基本思想 l把研究区域剖分为有限个子区域把研究区域剖分为有限个子区域l在每个子区域上用在每个子区域上用某种插值函数某种插值函数来近似来近似待求解的未知函数待求解的未知函数l得到求解相应偏微分方程的得到求解相应偏微分方程的线性代数方线性代数方程组程组2004-11-1115.有限元法有限元法(FDM)种类种类l里兹里兹(Ritz)有限单元法有限单元法基于变分原理，从基于变分原理，从泛函取极小的变分问题泛函取极小的变分问题出发进行离散化的出发进行离散化的寻找泛函往往较为困难，常对原方程进行寻找泛函往往较为困难，常对原方程进行适当变换，但这种变换常引起较大的误差，适当变换，但这种变换常引起较大的误差，而导致计算失败而导致计算失败l伽辽金伽辽金(Galerkin)有限单元法有限单元法 2004-11-1116.有限元法有限元法(FDM)基本步骤基本步骤加权余量法加权余量法(Method of Weighted Residuals)l设微分方程：设微分方程：L(u)f0l1、用一组有限级数、用一组有限级数代替未知函数代替未知函数u试探函数试探函数基函数基函数形状函数形状函数插值函数插值函数 2004-11-1117.有限元法有限元法(FDM)加权余量法加权余量法 余量余量R：RL()fl2、使余量、使余量R在某种意义下达到最小，找出待在某种意义下达到最小，找出待求参数求参数uj 简单的办法是使简单的办法是使R在区域平均意义下为零在区域平均意义下为零但是，这对于但是，这对于M个未知数来说仅能得到一个方程。个未知数来说仅能得到一个方程。为了得到为了得到M个方程：通过选取权函数个方程：通过选取权函数W(i1，2，M)，使每个加权的余量在积分意义下为零，使每个加权的余量在积分意义下为零2004-11-1118.有限元法有限元法(FDM)加权余量法加权余量法 根据权函数根据权函数Wi的选择方法不同，可以得到的选择方法不同，可以得到各种计算方法各种计算方法伽辽金法选取权函数伽辽金法选取权函数Wi为基函数为基函数i，即，即Wi=i 当待求函数为浓度当待求函数为浓度C时时 2004-11-1119.有限元法有限元法(FDM)加权余量法加权余量法l3、将试探函数式代入权剩余方程，把、将试探函数式代入权剩余方程，把权剩余在整个区域上的积分化为在各个权剩余在整个区域上的积分化为在各个单元上的积分，然后求和，便得到一个单元上的积分，然后求和，便得到一个方程组方程组 2004-11-1120.有限元中的基函数有限元中的基函数 线单元线单元l试探函数试探函数l单元单元e的基函数的基函数 2004-11-1121.有限元中的基函数有限元中的基函数 三角形单元三角形单元 l试探函数试探函数l基函数基函数（结点（结点i，j，m按逆时针编号）按逆时针编号）2004-11-1122.有限元中的基函数有限元中的基函数 三角形单元三角形单元 l基函数的性质基函数的性质l在结点在结点l上为上为1，在其它两个结点上为，在其它两个结点上为0l沿着三角形的边随距离作沿着三角形的边随距离作线性变化线性变化l在三角形在三角形中心中心处的值等于处的值等于1/3在在结点结点l的的对边对边上，上，l0在在单元上任一点单元上任一点处都有：处都有：i+j+m1矩形单元矩形单元 l=i,j,m2004-11-1123.边界元法边界元法(BEM)基本思想基本思想 l基于基于Green公式公式和和Green函数函数l把问题的解表示为把问题的解表示为沿区域边界的积分沿区域边界的积分l在计算上把三维问题约化为二维问题，在计算上把三维问题约化为二维问题，把二维问题约化为一维问题把二维问题约化为一维问题l能能方便并且精确地处理作为奇点方便并且精确地处理作为奇点的井点的井点2004-11-1124.边界元法边界元法(BEM)基本原理基本原理lGreen公式公式表示平面上的曲线积分与二重积分之间的表示平面上的曲线积分与二重积分之间的关系关系 2004-11-1125.边界元法边界元法(BEM)基本原理基本原理lGreen第一公式、第二公式第一公式、第二公式令令Green第一公式：Green第二公式：2004-11-1126.边界元法边界元法(BEM)基本关系基本关系l若取若取lC为浓度为浓度lG称为称为Green函数，为函数，为区域区域中任意一固定点中任意一固定点（即基本点）（即基本点）M0（x0，y0）至动点）至动点M（x，y）的距离）的距离若若M与与M0重合，重合，G在在M0点点产生的奇异性，不能应用产生的奇异性，不能应用Green第二公式。为此，第二公式。为此，可做一个以可做一个以M0为圆心，为圆心，为半径的园，把为半径的园，把M0包围起包围起来，余下的区域使用第二来，余下的区域使用第二公式公式 2004-11-1127.边界元法边界元法(BEM)基本关系基本关系l如果点如果点M0位于边界位于边界上，也可作类似处上，也可作类似处理，即以理，即以M0为圆心，为圆心，为半径作一半园为半径作一半园（园缺）。（园缺）。2004-11-1128.边界元法边界元法(BEM)基本关系基本关系l可以统一写为可以统一写为 2004-11-1129.边界元法边界元法(BEM)基本步骤基本步骤 l1、先把、先把边界离散边界离散为为N个结点，每个结点用个结点，每个结点用直线相连，该联线称直线相连，该联线称为边界单元，外边界为边界单元，外边界上的结点编号顺序为上的结点编号顺序为顺时针顺时针，内边界上结，内边界上结点编号顺序为点编号顺序为逆时针逆时针。然后把然后把区域区域离散为离散为NT个个三角形三角形单元。单元。2004-11-1130.边界元法边界元法(BEM)基本步骤基本步骤 l2、在任意边界段、在任意边界段上，引进上，引进局部坐标局部坐标系（系（，），），找出找出浓度及其法向导数浓度及其法向导数的表达式的表达式；在区域；在区域内部的浓度可用内部的浓度可用线线性插值基函数性插值基函数表示表示2004-11-1131.边界元法边界元法(BEM)基本步骤基本步骤 l3、离散形式的边界元积分方程：把、离散形式的边界元积分方程：把2中中的各表达式代入边界元法的的各表达式代入边界元法的基本关系方基本关系方程程l4、依次把每一、依次把每一边界结点边界结点和和内部结点内部结点当当作作基本点基本点i，写出上式的形式，便得到，写出上式的形式，便得到一方程组一方程组2004-11-1132.改进的数值法改进的数值法 必要性必要性l大量的计算实践表明大量的计算实践表明当弥散作用占优时，能取得较为满意的计当弥散作用占优时，能取得较为满意的计算结果算结果对流作用占优的问题时，都会遇到两个数对流作用占优的问题时，都会遇到两个数值困难，即值困难，即数值弥散和过量数值弥散和过量2004-11-1133.改进的数值法改进的数值法 过量现象过量现象l一维流动一维水动力弥散问题一维流动一维水动力弥散问题的纯对流的纯对流l解析解解析解与与有限差分数值解有限差分数值解C-x曲曲线线 l在在浓度锋面浓度锋面附近数值计算的浓附近数值计算的浓度度超过最大浓度值超过最大浓度值1和小于最小和小于最小浓度浓度0。这种计算结果违背了基。这种计算结果违背了基本的物理意义。我们称这种现本的物理意义。我们称这种现象为象为“过量现象过量现象”2004-11-1134.改进的数值法改进的数值法 数值弥散数值弥散l精确解析解的峰面是直立精确解析解的峰面是直立的，的，没有过渡带没有过渡带，但有限，但有限差分的数值解却存在一个差分的数值解却存在一个过渡带过渡带l这个过渡带在物理上显然这个过渡带在物理上显然是不存在的，它是由于数是不存在的，它是由于数值计算过程中的误差产生值计算过程中的误差产生的，通常称之为数值弥散的，通常称之为数值弥散 2004-11-1135.改进的数值法改进的数值法 改进方法改进方法l上游加权法上游加权法 l特征值法特征值法l动坐标法动坐标法l网格变形法网格变形法l随机步行法随机步行法 l引入人工扩散量法引入人工扩散量法2004-11-1136.实例实例淋滤作用下铀水冶尾矿库中核素在地下水中淋滤作用下铀水冶尾矿库中核素在地下水中淋滤作用下铀水冶尾矿库中核素在地下水中淋滤作用下铀水冶尾矿库中核素在地下水中迁移的反应迁移的反应迁移的反应迁移的反应-输运藕合模拟输运藕合模拟输运藕合模拟输运藕合模拟37.研究区概况研究区概况湘江2004-11-3038.库区地质结构剖面示意图库区地质结构剖面示意图更新统更新统棕红色砾石层，棕红色砾石层，呈透镜状发育，呈透镜状发育，单个透镜体厚单个透镜体厚12m，透镜体重迭部位厚透镜体重迭部位厚35m，砾石磨圆度高，分选性好，砾石磨圆度高，分选性好，砾径多为砾径多为25cm，多呈孔隙式胶结多呈孔隙式胶结更新统更新统棕红色网纹状亚粘土棕红色网纹状亚粘土厚厚510m，多呈厚层状，多呈厚层状，胶结紧密，抗风化能力强，胶结紧密，抗风化能力强，具有清晰的黄白或白色具有清晰的黄白或白色蠕虫状条纹蠕虫状条纹全新统全新统砂卵石砂卵石全新统全新统亚粘土亚粘土湘湘江江上更新统上更新统棕黄色、红色粘土、亚粘土棕黄色、红色粘土、亚粘土3-12米厚米厚上更新统上更新统砂卵石砂卵石始新统流市组茶山坳段下部岩段，始新统流市组茶山坳段下部岩段，主要由紫红色、暗紫色泥岩、主要由紫红色、暗紫色泥岩、粉砂质泥岩和泥岩、粉砂岩粉砂质泥岩和泥岩、粉砂岩夹薄层状灰色钙泥质页岩和夹薄层状灰色钙泥质页岩和泥灰岩等组成，泥灰岩等组成，灰色夹层厚度一般为灰色夹层厚度一般为1030cm，发育不稳定。发育不稳定。接近岩层顶部的岩石中普遍发育有峰窝状孔洞，接近岩层顶部的岩石中普遍发育有峰窝状孔洞，孔径一般小于孔径一般小于1mm，孔内壁多附白色碳酸盐矿物薄壳，孔内壁多附白色碳酸盐矿物薄壳。级阶级阶级阶尾尾 矿矿 库库E E2004-11-3039.地下水地球化学特征地下水地球化学特征矿化度矿化度0.1190.718g/lHCO3SO4NaCaHCO3SO4CaNaSO4HCO3CaNa型水型水pH值为值为7.58.1。矿化度矿化度1.07g/lSO42-含量含量0.6320.715g/lSO4ClCaNaClSO4CaNaSO4Ca型水型水pH值为值为6.37.3。pH=3.16-6.73pH=3.16-6.73HCO3HCO3含量低含量低其它组分含量偏高其它组分含量偏高矿化度4.63g/lSO42-达3.06g/lSO4CaNa型水pH值为3.2 尾矿水尾矿水 尾矿坝渗水尾矿坝渗水 第四系地下水第四系地下水 第三系地下水第三系地下水 混合地下水混合地下水pH为为4.366.44矿化度矿化度0.030.29g/lClHCO3NaCaClNO3NaCa型水，型水，NO3-的高含量的高含量U（）在地下水中的含量很低，）在地下水中的含量很低，一般为一般为ng/L，仅在尾矿库库底的，仅在尾矿库库底的地下水中含量较高，如地下水中含量较高，如WKB-29-1和和WKB-29-2中铀的含量达中铀的含量达65.8g/L和和18.0g/L，这说明现在铀的迁移仍，这说明现在铀的迁移仍以垂向为主，同时由于库底粘土的阻以垂向为主，同时由于库底粘土的阻滞，迁移缓慢。滞，迁移缓慢。2004-11-3040.尾矿库规模n国营国营272厂铀水冶尾矿库位于湖南省衡阳厂铀水冶尾矿库位于湖南省衡阳市东南市东南15km处，地处湘江衡阳段上游的处，地处湘江衡阳段上游的丘陵区。丘陵区。n该尾矿库从该尾矿库从1963年年8月投入使用到月投入使用到1994年退役为止，已形成了滩面面积为年退役为止，已形成了滩面面积为1.47km2、堆积尾矿渣、堆积尾矿渣2.0107t、二库联、二库联用周圈堆坝、中心排水的平地型尾矿。用周圈堆坝、中心排水的平地型尾矿。就其规模而言，在亚洲亦属罕见。就其规模而言，在亚洲亦属罕见。2004-11-3041.尾矿库运营史n1963年年8月投入使用，尾矿浆开始向第一尾矿库排放月投入使用，尾矿浆开始向第一尾矿库排放.n1964年在第一拦水坝顶建虹吸排水塔，用于防洪，当年在第一拦水坝顶建虹吸排水塔，用于防洪，当库水位超过库水位超过78.8m时，即向湘江排废水；时，即向湘江排废水；n1966年第二尾矿库建成并投入使用；年第二尾矿库建成并投入使用；n1970-79年开始在第一拦水坝处放矿堆坝；年开始在第一拦水坝处放矿堆坝；n1981年用高年用高32m，直径，直径5m框架溢洪井和直径框架溢洪井和直径1.1m，长，长度度5500m钢筋砼管联合组成尾矿库排洪系统钢筋砼管联合组成尾矿库排洪系统；n1994年退役年退役n现在尾矿库的现在尾矿库的9个坝段在标高为个坝段在标高为82-95.3m的粘土坝上用的粘土坝上用尾矿砂堆高了尾矿砂堆高了11m2004-11-3042.尾矿库全貌示意图松林坝松林坝战斗坝战斗坝初期坝初期坝第一拦水坝第一拦水坝雷公坝雷公坝第二拦水坝第二拦水坝跃进坝跃进坝南南陂陂坝坝虹吸排水井塔虹吸排水井塔2004-11-3043.尾矿砂柱浸实验尾矿砂柱浸实验nR=12cm，H=50cmn装填量为装填量为9.8kgn干装填密度为干装填密度为1.73103kg/m3nn=0.45，K=1.8310-3cm/s。2004-11-3044.尾矿砂柱浸实验结果尾矿砂柱浸实验结果n黄铁矿氧化起控制性黄铁矿氧化起控制性作用作用n铀的解吸量为铀的解吸量为148.96 mgn铀在尾矿砂上的吸附铀在尾矿砂上的吸附浓度为浓度为15.2 mg/kg2004-11-3045.n在尾矿库底部分布有一层厚约在尾矿库底部分布有一层厚约45米的米的粘土层，粘土层，30多年来，多年来，U（）被滞留在粘）被滞留在粘土的土的0.10.5m的范围内的范围内n为了研究核素在粘土中的吸附与迁移为了研究核素在粘土中的吸附与迁移n批实验批实验n土柱实验土柱实验粘土粘土对核素吸附作用的实验与模拟对核素吸附作用的实验与模拟2004-11-3046.一、批实验一、批实验n粘土样采自尾矿库西南沿的松林坝附近。粘土样采自尾矿库西南沿的松林坝附近。n实验用的溶液是用铀标准经实验用的溶液是用铀标准经0.01M的的NaNO3溶溶液稀释而配制的。液稀释而配制的。n铀浓度铀浓度=4.310-4M（ABC组，组，8份份/组，组，100ml/份份,pH=2-9,S=1g、0.1g、0.01g）n铀浓度铀浓度=4.310-5M(D组，组，8份，份，100ml/份份,pH=2-9,S=0.1g)2004-11-3047.一、批实验一、批实验pH（a）pH（b）pH（c）pH（d）图3.4 U()在粘土上的吸附与pH的关系：（a）A组实验；（b）B组实验；（c）C组实验；（d）D组实验U的吸附量（mg）U的吸附量（mg）U的吸附量（mg）U的吸附量（mg）2004-11-3048.一、批实验一、批实验nDLM模型的建立2004-11-3049.一、批实验一、批实验pHpH(a)C=4.310-5M(b)C=4.310-4M图3.6 DLM模型计算值与实验数据的对比图：(a)实圆点表示D组实验数据点，点线表示模型的拟合曲线；(b)实圆点、上三角形和菱形块分别表示A组、B组和C组的实验数据点，实线、点线和短连线分别表示在这三种实验条件下的模型计算值。U的吸附量（mg）U的吸附量（mg）2004-11-3050.一、批实验一、批实验n分配系数（分配系数（Kd）n传统的方法有两点不传统的方法有两点不足：（足：（1）不能提供）不能提供溶质在固体上吸附机溶质在固体上吸附机理的信息；（理的信息；（2）由）由于其是在特定条件下于其是在特定条件下测得的，而将其用于测得的，而将其用于复杂的天然环境，势复杂的天然环境，势必会产生很大的误差。必会产生很大的误差。pH图3.7 DLM模型计算出的U（）在粘土上吸附的分配系数与pH值的变化曲线（U（）浓度为4.310-5M，M/V=10g/l）Kd(L/g)2004-11-3051.二、土柱实验二、土柱实验n纵向弥散度为纵向弥散度为6cmnU（）的分配系数为）的分配系数为0.038L/g2004-11-3052.模拟软件简介nVisual MODFLOW是三维地下水流动和是三维地下水流动和污染物运移最完整、最易用的模拟环境污染物运移最完整、最易用的模拟环境n将将MODFLOW、MODPATH和和MT3D同同最直观强大图形用户界面结合在一起。最直观强大图形用户界面结合在一起。n在建立模型和显示结果的任何时候，都在建立模型和显示结果的任何时候，都可以用剖面图和平面图的形式将模型网可以用剖面图和平面图的形式将模型网格、输入参数和结果加以可视化显示。格、输入参数和结果加以可视化显示。2004-11-3053.U（）反应-输运模型的建立n单元剖分单元剖分n平面上剖分平面上剖分60列，列，43行，共行，共2580个单元；个单元；n垂向上分为三层垂向上分为三层n第一层为粘土、亚粘土层第一层为粘土、亚粘土层n第二层为更新统及第四系的砂卵石层第二层为更新统及第四系的砂卵石层n第三层为下第三系的基岩第三层为下第三系的基岩2004-11-3054.边界条件边界条件河流边界河流边界隔水边界隔水边界隔水边界隔水边界隔水边界隔水边界2004-11-3055.尾矿库垂向渗漏量的确定尾矿库垂向渗漏量的确定n尾矿库运营期（尾矿库运营期（19631994）n水均衡法：水均衡法：7.03105 m3/an我们以浅部枯水期废水中铀的浓度的均值，我们以浅部枯水期废水中铀的浓度的均值，即即C=0.705mg/ln退役后（退役后（1994年以后）年以后）n1.73105 m3/an据柱浸实验，据柱浸实验，C=0.509mg/L2004-11-3056.水动力参数的选取与分区水动力参数的选取与分区四四 区区一一 区区二二 区区三三 区区五五 区区2004-11-3057.水动力参数的选取与分区水动力参数的选取与分区一一 区区二二 区区三三 区区四四 区区五区2004-11-3058.水动力参数的选取与分区水动力参数的选取与分区2004-11-3059.弥散度的取值弥散度的取值n越来越多的室内外弥散试验不断地证实了空隙介质中越来越多的室内外弥散试验不断地证实了空隙介质中水动力弥散具有尺度效应。水动力弥散具有尺度效应。n一些研究者综合世界范围内百余个水质模型中所使用一些研究者综合世界范围内百余个水质模型中所使用的纵向弥散度与空间尺度的关系，认为水动力弥散的的纵向弥散度与空间尺度的关系，认为水动力弥散的尺度效应具有分形特征，同时，还给出了不同模型纵尺度效应具有分形特征，同时，还给出了不同模型纵向弥散度尺度效应的分维数。向弥散度尺度效应的分维数。2004-11-3060.弥散度的取值弥散度的取值2004-11-3061.分配系数的取值分配系数的取值n利用利用DLM模型来确定模型来确定U（）在粘土中的分配）在粘土中的分配系数系数nC=0.705mg/L、M/V=10g/Ln酸雨严重，酸雨严重，pH=4.054.10，取，取pH=4.1时的时的U（）的分配系数，即）的分配系数，即0.0025L/g图4.3 DLM模型计算的U(6+)的Kd与pH值的关系曲线(C=0.708mg/L,M/V=10g/L)pHKd(L/g)2004-11-3062.退役后研究区地下水等水位平面图2004-11-3063.退役后研究区地下水流向剖面图2004-11-3064.退役时核素在粘土层中分布情况从从图图中中可可以以看看出出，3030多多年年来来，库库底底粘粘土土层层对对于于核核素素的的迁迁移移起起到到了了很很好好的的屏屏障障作作用用，核核素素基基本本被被限限制制在在粘粘土土层层的的厚厚度度范范围围内内；核核素素的的迁迁移移以以垂垂向向为为主主，侧侧向向迁迁移移很很小小，地地下下水水中中铀铀浓浓度度除除了了库库底底较较高高外外，其其它它处处都都很很低低。这这些些结结果果与与我我们们观观察察到到的的结结果果（表表3.23.2和和3.113.11）基基本本一一致致，进一步证明我们所建的模型是可靠的进一步证明我们所建的模型是可靠的。2004-11-3065.退役500年时核素在地下水中分布情况2004-11-3066.退役1000年时核素在地下水中分布情况2004-11-3067.5、地下水污染风险评价、地下水污染风险评价 68.几个概念几个概念1、风险、风险l当存在危害性行为时遭受损失、损害和破坏的可能性。当存在危害性行为时遭受损失、损害和破坏的可能性。2、风险评价、风险评价l确定某一危害性行为的破坏效应的性质和大小的过程。确定某一危害性行为的破坏效应的性质和大小的过程。3、环境风险评价、环境风险评价l评估环境污染事件发生概率以及在不同概率下事件后评估环境污染事件发生概率以及在不同概率下事件后果的严重性，并决定应当采取的适宜对策。果的严重性，并决定应当采取的适宜对策。2004-11-1169.几个概念几个概念4、危害处理、危害处理l在风险评价的基础上，综合考虑法律、在风险评价的基础上，综合考虑法律、社会、经济、生态、政治等因素，确定社会、经济、生态、政治等因素，确定是否或在多大程度上控制未来有毒有害是否或在多大程度上控制未来有毒有害物质的排放。物质的排放。l换句话，控制污染物质到一种可被接受换句话，控制污染物质到一种可被接受的水平。的水平。2004-11-1170.人类健康风险评价人类健康风险评价人类健康风险评价人类健康风险评价l描述人类接触有害物质时，危害效应的特征。描述人类接触有害物质时，危害效应的特征。评价过程评价过程l以评价人类暴露在或能够暴露在有毒及有害物质中的以评价人类暴露在或能够暴露在有毒及有害物质中的程度，确定现在或将来的人类健康风险。程度，确定现在或将来的人类健康风险。现场风险评价现场风险评价l它用来确定人类暴露于有毒物质或处于污染现场时，它用来确定人类暴露于有毒物质或处于污染现场时，其健康所遭受的风险程度。其健康所遭受的风险程度。2004-11-1171.人类健康风险评价的人类健康风险评价的基本要素（步骤）基本要素（步骤）1、危害鉴定、危害鉴定2、接触方式评价、接触方式评价3、危害性评价（毒性评价）、危害性评价（毒性评价）4、风险特征描述、风险特征描述2004-11-1172.一、危害识别一、危害识别 鉴定污染物鉴定污染物l鉴定与描述有害污染物的特征鉴定与描述有害污染物的特征 l污染物在发源地及其在媒介中活动程度污染物在发源地及其在媒介中活动程度 确定确定l与污染物接触是否会产生危及人类健康与污染物接触是否会产生危及人类健康的效应。的效应。2004-11-1173.二、接触方式评价二、接触方式评价 1、定义：、定义：l某种化学或物理媒介（即污染物）与人某种化学或物理媒介（即污染物）与人类或其它生态效应接受体的类或其它生态效应接受体的相互作用方相互作用方式评价式评价，包括：，包括：接触的程度大小、频率、持久性接触的程度大小、频率、持久性 人们可能受到的危害的性质与大小人们可能受到的危害的性质与大小污染物与人类的可能接触方式污染物与人类的可能接触方式2004-11-1174.二、接触方式评价二、接触方式评价 2、内容：、内容：l接触点接触点现场（非）接触、沉淀物接触、地表（地下）水接触现场（非）接触、沉淀物接触、地表（地下）水接触l接触方式接触方式皮肤吸附、摄取、吸入皮肤吸附、摄取、吸入l接触人口接触人口与污染物接触敏感的人口数量与污染物接触敏感的人口数量l接触持久性接触持久性急性与短期接触、慢性与长期接触急性与短期接触、慢性与长期接触2004-11-1175.二、接触方式评价二、接触方式评价 3、主要步骤、主要步骤l确定接触方式的性质确定接触方式的性质l接触途径的确定接触途径的确定l接触方式的量化接触方式的量化2004-11-1176.第一、接触方式性质的确定第一、接触方式性质的确定现场物理性质现场物理性质气候、地质条件、植被、土壤类型、地下水的水力学气候、地质条件、植被、土壤类型、地下水的水力学性质、地表水情况等性质、地表水情况等可能受害人口以及风险增加时应避免接触人口可能受害人口以及风险增加时应避免接触人口居住或邻近于污染现场的人群居住或邻近于污染现场的人群消费产于污染现场产品的消费者消费产于污染现场产品的消费者从污染现场迁移出来的、并有可能接触化学物质人群从污染现场迁移出来的、并有可能接触化学物质人群对接触化学物质非常敏感的人群对接触化学物质非常敏感的人群由于其活动方式可能使自身受到危害的可能性增加的由于其活动方式可能使自身受到危害的可能性增加的人群人群2004-11-1177.第二、确定接触途径第二、确定接触途径概念：某种污染物接触人类的机理概念：某种污染物接触人类的机理 接触点接触点污染物可能与人类相接触的地方；污染物可能与人类相接触的地方；通过考虑人口居住地位置与污染地区或可能被污染地通过考虑人口居住地位置与污染地区或可能被污染地区附近的人类活动方式来确定的。区附近的人类活动方式来确定的。污染物传输介质与来源很可能成为接触点，特别是当污染物传输介质与来源很可能成为接触点，特别是当污染现场正在被使用或即将被使用、或接近污染现场污染现场正在被使用或即将被使用、或接近污染现场不被禁止的时候。不被禁止的时候。可能的接触点一般来说位于污染现场的水力下游或风可能的接触点一般来说位于污染现场的水力下游或风向下游。向下游。2004-11-1178.第二、确定接触途径第二、确定接触途径依赖于：依赖于：l接触介质（地下水、地表水、沉淀物、土壤接触介质（地下水、地表水、沉淀物、土壤/粉粉尘、空气和食物）与接触点的人类活动方式尘、空气和食物）与接触点的人类活动方式主要的接触途径包括主要的接触途径包括l（1）摄取，（）摄取，（2）吸入，（）吸入，（3）皮肤接触）皮肤接触注意：接触点的存在并不一定意味着接触途径注意：接触点的存在并不一定意味着接触途径的存在的存在2004-11-1179.第三、接触方式的量化第三、接触方式的量化 完全的接触方式完全的接触方式 l污染源污染源 l污染物排放入环境中污染物排放入环境中 l接触行为发生时的接触点接触行为发生时的接触点 l接触行为发生时的接触途径接触行为发生时的接触途径如果以上要素中任意一个不存在的话，这种如果以上要素中任意一个不存在的话，这种接触方式将被认为是不完全的接触方式将被认为是不完全的2004-11-1180.第三、接触方式的量化第三、接触方式的量化 如果如果l接触方式是完全的接触方式是完全的l且具备可能受到污染物危害的人口的详细资且具备可能受到污染物危害的人口的详细资料料则可以确定出：则可以确定出：l污染物与人相接触的程度、频率和持久性。污染物与人相接触的程度、频率和持久性。分两个阶段完成分两个阶段完成l（1）估算接触点的）估算接触点的污染物浓度污染物浓度l（2）计算化学物质）计算化学物质摄入量摄入量。2004-11-1181.估计接触点的污染物浓度估计接触点的污染物浓度 利用：利用：l单独利用监测数据单独利用监测数据l或污染物在环境中的赋存与迁移模型，或污染物在环境中的赋存与迁移模型，均可对接触点的污染物浓度进行计算。均可对接触点的污染物浓度进行计算。2004-11-1182.计算化学物质摄入量计算化学物质摄入量 化学物质摄入量化学物质摄入量l在接收体交换边界（如皮肤、肺）可以在接收体交换边界（如皮肤、肺）可以被吸收的化学物质的含量。被吸收的化学物质的含量。假设污染物的接收体一直处于同一位置，假设污染物的接收体一直处于