土壤和地下水中污染物迁移模型研究进展

土壤和地下水中污染物迁移模型研究进展 设设工程特征设设 土壤和地下水中设染物移模型究设展迁研 徐 建,戴树桂,刘广良 南设大设境科工程院～天津 学学与学300071 摘要,外者已建立了多设模型描述设染物在土壤和地下水中的设境行设。要设设一合适的模型在设设中成功地设用～或建国内学来个 立一新的模型～必设掌握和了解设染物移模型的究设。文章设述了设有的模型～设模型的设作了一定的设述。个迁研状并构 设设设,设染物～模型～土壤～地下水 中设分设,号文设设设,献文章设,号;,X14 A 1008-181X200203-0299-04 随来着设地下水中设设的设繁设设～人设越越设注次表;,管理模型 把自然系的设多念设设化～体概2 设设境中设染物尤其是设设的设染。有毒化设品的使用、学以设有机设染物在土壤中的设宿、化合物的主要性设及 存设、设理以及泄露等～都设致土壤和地下水的设染会。管理措施之设的设系提供定性的描述。设设用适设性强它 年～在美加州～有国口水井中设设出有设设不象究模型那设设设～所以大量设用于设价有机设染物研19953845 及设的代设设物～而在加州的它个设城中设设出了在土壤中的移行设。迁4475 [1]设设设和设的代设设物它。年～设了估;,排序模型 用于设有机设染物在一系列特1991USEPA350003 个地下水设～的水设中涕设威及其代设设物含量超设～定件下的行设作相设定量比设～设设然也以设基本机条它32% 设度从到;设定涕设威的理的描述设基设～但不设定用于田设情。其设点是在并况0.001 mg/L0.5 mg/LUSEPA 最大设染设度设,。地下水存设于地下土壤于通设设设的设设设得设有机设染物行设的相设比设。0.003 mg/L [3]空隙介设中～有毒有机设染物在水文地设设境中设设淋溶和等把土壤中设染物移模型分设迁ButtersJury设散等一系列设程到地下水需要设的设设。所以一旦达很设,定性模型、机模型和设设函模型。确随数3 设设了地下水的设染～其设已设设久。地下水设染的设设特很;,定性模型 设是由基本的设流确它弥散方1-性使得模设设染物在土壤和地下水中的移设得十分迁程和相设的设助方程成。模型中的、设量及设界构参数条重要。人设已建立起各设设染物移模型模设设设及其迁来件都是定的。每次模设～模型也设能设出唯一但确确 残迁留物在土壤和地下水中的设设和移。设些模型如定的设出。通设由设量守恒和流设定律到设的微分方程它 何设用解设中出设的土壤设染物设移有设的设设来决践与迁估随达迁设设空设化的水分和溶设设量～以到描述设染物设 [2]设必设设设以下四设设步设个。;,根据设设情～设设最况移设程的目的。1 适宜的模型。;,通设田设和室设设～定模型中最内确;,机模型 设设模型也是以设流随弥散方程设22-主要的。;参数,利用地所取得的据～设模型当数基设～不设模型中的和设界件的某些设量在设设上参数条3 设行校正。设主要是设模型中所设用的和定设的设界参数也存在设大的设～设设模型的设果得到设出设量的一异将条件设行修正～;,设设模型。主要是模型行设果运个随异设设分布或范设。机模型设设设度的平均设和设～通4 与田设已有的全部设设设设行匹配分析～得出模型反映常以在一定空设和设设具有一定设度的率表示～而概来真个设世界的精度。上述四步设～;,是设用者首先不是设设度的定设。估确1 遇到的～也是最设设设的一步。要设设一最合适的模型个;,设设函模型 设设上也是一设机模型。设点数随3 在设设中成功地设用～必设先掌握和了解设染物移和设迁是念设明～不需要深入了解土壤特征和设染物概迁 设模型的究设。研状移设程。但其缺点是不能外推设用～在某一田地建即 立的设设函模型设代表设田地的土壤中设染物移特数迁1 模型的分设 根据究目的的不同～可以分设研设,究模型研、征～若此模型推到更大范设或其他田地～可将广将3 管理模型和排序模型。能得到设设的设果。 ;,究模型 常用作一设工具设设假设～以增研设有人模型分设将设,不设和设、设和设、地球化学14 [1]加设设程的了解。设通常设设且设入多～需通设它参数很并和排序。等将模型分设分析模设模型和Xuefeng Chu数它很字差分求解。除了建模者之外～设用设的人少。数字模设模型～等。 设设工程特征设设 人设在建模的设候～由于不同的究目的及用研是以如下假设设基设,每分个子的吸附能量都是相同 途～设模型中的基本设程作不同的设理～因此模型的设的～立于在表并独面的分布。此外～吸附设设生在局 型也是多设多设的。但是～各模型中的基本设和设个构部一定的区并与域上～被吸附的分子设相互作用有 0程是一致的。设有的模型一般均包括以下的设。构设。表达式如下～其中～设设位表面上到设和设设的达G 最大吸附量～设常数A2 模型的设构0G=Gc/(A+c)有机设染物移模型包括重要设程,水分迁两个 1/n循设模型中的流水模型和设染循设溶设移模型。即即迁G=kcFreundlich等设一般表温达式设,. 2.3 移迁每一设程又多物理、化和生物设程相设系。个与很学 迁弥移设程包括物理的平流、分子设散、机械散、2.1 设设 水设力弥散等。 设染物土壤中设设是设染物土壤直接设移到大从从 ;,平流 设染物设着的土壤水而移设的设随运1气中的一设常设设程～是设染物在土壤多介设设境中跨介 程设平流。平流称与引起的溶设通量土壤水通量和水设循设的重要设设之一。设染物土壤中的设设受到多设从会 因素的影～设些因素包括,土壤性设～如土壤设型响、J=qC的设度有设～表示设, 式中～设溶设的平Jcc设粒设、孔隙度、含水量、土壤构设以及有机设含量PH -2-1-1流通量～～设水通量～～设设度～molmqmsCs???等～设染物性设～如设染物的蒸汽设、水溶解度和辛醇- -3-3或～kgmmolm??水分配系等～设境件～如度、空度、空数条温气湿气 [4];,设散 指的是由于离运子或分子的设设而引2湍流和地形特征等。 起的混合和分散作用～是一不可逆设程。设散作用常设设模型一般是建立在化物的蒸汽设、水溶度学 [5]用设克第一定律表示,来和土壤吸附系的设系上。数等设设～设设速率与Swann dC成比例。设里是化物的蒸汽设～学是化PSP/SKvpocvp'JD=?ss学物的水溶度～是土壤设设化物的学数吸附系。化Kdxoc -2-1学从物土壤设设出的半衰期设其中～设溶设的设散通量～～设溶设( d )JmolmD’s??ssKS2-1的有效设散系～数～设设度梯度。mdC/dxs??8OCt=1.58×10() 1/2P;,机械弥弥散 溶设的机械散作用是由于3VP土壤孔隙中水的微设流速的设化而引起的。由于机械化物土壤的设设学从数速率常是 P弥确数达散的设设性～用具有明物理意设的字表式设困0.693VP7K==4.4×10()V设。用设设方法可以设明～机械弥与散设然在机制上分子tKSOC1/2设散不同～但可以用相似的表达式,2.2 吸附 dC吸附是指溶液中的溶设在界面设设度升高的设象。设JD=?θhhdx染物设入土壤后～可以被吸附在土壤设粒的表胶体-2-1式中～设溶设的机械弥散通量～～Jmolms??h面。吸附作用延设了设染物在土壤中的移设。土壤设设染2-1设机械弥数散系～是平均孔隙流速的函。数mDs?h物的吸附作用机理有物理吸附和物理化学吸附～ ;,水设力弥弥散 机械散和设散在土壤中都4其中主要以物理化学吸附设主。 [6]引起溶设设度的混合和分散～而且微设流速不易设定～等人将两吸附设象分设设,吸着和吸收。Webber 弥与区将两散设散设果也不易分～所以在设设设用中常在吸着设程中～把聚集的溶解物限制在溶液和吸附 者设合起～设水设来称弥达力散～表式,设的界面上～而在吸收设程中～溶解物能设透入吸着设 dC相至少设几个米。JDv=(θ,)shshdx常设的吸附模型有设,设性吸附模型、3 [7]吸附模型和吸附模型。式中～设溶设的水设力弥散通量～;FreundlichLangmiur～,JDθνshsh设性吸附模型是吸附模型中设最设构设有效水设力弥数散系～ 2.4 降解设的模型～设模型假设被吸附量G正比于溶液相的设 G=kc有机设染物的微生物和化设化设程设设学称降解作度c, 两个广温设用最泛的非设性吸附等式是用。设已提出了一些土壤中设染物的降解模型～设些 等设和温等设。温模型LangmiurFreundlichLangmiur模型包括一设、零设、半设及混合设等设型。明设～不同设很 设设工程特征设设 束条学件适用不同的设力模型。是一一设设个学来力分室模型～可以用模设在PRZM 就零设设力学来模型设～设染物设度降解速率用微不设和土壤系设中植物根化物设的移设。区学包PRZM分形式表示设,括主要部分,水文水两个学学迁力和化物设移 [15]dC和;,设用研个究了三LorberOffcut1986PRZM?=k1不同地点涕设威的淋溶和设地下水设染的潜力。但是dt[16]一设设力学模型的微分形式设,有它固有的局限性～如水文和水学学力设PRZM dC算以天设设设步设～设设一些设程设设设致设大的设差。而且来会?=kC2只考设水平设流和水的向下移设～有没考设到由PRZMdt[17] 2.5 植物吸收土壤水力梯度造成的设散设。运等人Dean 植物设设染物的吸收是设染物在设境中移的又一迁;,在设合、、的基设1989PRZMVADOFTSAFTMOD重要设设。设染物在植物中的设累以及随食物设的设设、富上设展了;RUSTICRisk model for 集作用～设致在会体内食物设设设设设端人的设累。因此～Unsaturated/saturated Transport and Transformation [18]了解植物设设染物的吸收设程便设得十分重要。,。等of Chemical ConcentrationsVarshney 植物设土壤中设染物的吸收设程中～根系的吸收;,设用设行了设地下水设染的设设设价。1993RUSTIC [16]功能定着水分设染物的决与消耗、设移和设化速率～等;,在和的基设Mullins1993PRZMVADOFT也是定量描述土壤根系设中水分和溶设移设程的设设运。-上设展了～模设设设在作物根和来区区渗流的PRZM2 [8]设染物在土壤中存在有四设设状,吸附在土壤设迁移。其中用模设设染物在作物根的行设来区～PRZM 物设表面、土壤中有机设设合、溶解在土壤溶与液中及设而描述设染物在渗流的流设和移。设模区迁VADOFT 设存在于土壤空中。气与它触植物只能吸收直接接型包含了更多的因素～如设设管理设～践体母子女化/ [19]的土壤溶液中的设染物和部分借“接触交设”直接合物设系～暴露设价等。和;,在设JuryGruber1989吸取土壤固体表面吸附的设染物。设留率残概数密度函的基设上提出一设分析型模型～ 任何一段根在溶液中设溶设的吸收速率和设溶设考设在设设移通设生物迁区气活性域后～土壤性设和候设在根液界面上的设度之设存在某设设系～设设设系如底物化设设设淋溶渗设作用的影～而得到一分析型响从个 和设的设合一设～可以用设反设的方Michaelis-Menten解法～设定在一来个非设和设和系设中～具有持设设入- [2]程来表示,和一定施用设率的件下～设设设井水的设染。条HantushF[20]max和;,提出一分析型模型设行设设设个=Mariño1996FC1a+KC染的设期设设。设模型考设到如下一些设程,淋溶～吸附m1a 式中～设设位根面设的溶设吸收速率～设设位FF设性平衡设的液气学分配～;生物,化降解～土壤max- 根面设的最大溶设吸收速率～设米氏常～是数K中作物根吸收～以及设设土壤表从面的设设等。设设在设和m 设的设度～设根土壤溶与液界面设的溶设设度。(1/2)FC区迁个域的移由一分析模型模设～来从考设设设渗max1a2D 3 建模工作设展流的区回灌～水平设流～设散～降解及设性平衡吸附 [9][1]等;,首次将概逸度念引入有Mackay1979等。等;,分设设用了和2000HantushXufeng Chu 机化品在设境各相中的分布设设模型的究。学与研从的模型和、和设MariñoPRZM2MODFLOWMT3D 到年～和设设设表多篇文19791981MackayPaterson合模型于一地下水中的涕设威设染分析中。设果表明～[10~11]章～提出逸度模型。逸度模型是一设“设设价”模用设不同的模型设两残算得出的涕设威留物在土壤和型～其目的是用于设设设入模型或“设价设境”的化学蓄水设中的设度有着很好的一致性。此外～Leonard品在设境各相中的设度和设量分布、反设特性和持久性。等;,提出的;1987GLEAMSGroundwater 年出版设著“1991MackayMul- timedia Loading Effect of Agricultural Management Systems ～逸environmental models: The fugacity ap- proach”,和和;,提出的ModelWagenetHutson1989 [12]度模型得到设一步完善。等;,用逸Connolly1988;LEACHMLeaching Estimation and Chemistry 度模型和基于生物能的食物设模型设有机化品在学,已广区泛地设用于由非点源引起的非设和域Model [13][1][21]水生生物中的设累的设设设行了设价。等Brooke设染物的移设设迁。等人;,提出了Guardo1994;,设逸度模型及修正的逸度模型在设设设境设宿设1991和两来设模型～用设算地表水相中AgriFugSoilFug [14]设的设用设行了设价。等人;,设展了Carsel1984的设染物设度。等;,提出了表设土壤模Grover1991 模型字化模设设设在作物根的移来数区迁。PRZM型～通设设算表设土壤中的设染物设度设设设行设的少设价减 设设工程特征设设 [10]MACKAY D, PATERSON S. Calculating fugacity[J]. Environ Sci 设设淋溶设地下水的设染。 Technol, 1981, 15: 1006-1014.4 究展研望 [11]MACKAY D, PATERSON S. Fugacity revisited[J]. Environ Sci 迄来今设止～人设已设设展了设多设模型表征、设设和设 Technol, 1982; 16: 654A-660A.算设设设境中设染物设土壤及地下水的设染特征～但是设 [12]CONNOLLY P J, PEDERSEN D J. A thermodynamic-baded 些模型完全能得到田设设设设设的却很献少。设合了各设文～ evaluation of organic chemical accumulation in aquatic organisms[J]. 设设在以下方几个研面设需要模型的建立者设一步究 Environ Sci Technol, 1988, 22: 99-109.探索, [13]BROOKE D N, MATTHIESSEN P. Development and validation of ;,已有的模型通常都假设土壤和地下水在1 modified fugacity model of pesticide leaching from farmland[J]. Pest 空设上是均的～设设设不匀与清符。设弄土壤微设介设和微 Sci, 1991, 31: 349-361.设界面设中的构非均相、非设性设程。 [14]CARSEL R F, SMITH C N, MULKEY L A, et al. User’s manual for ;,土壤本身是由土壤固体、土壤溶液和土2 the pesticide root zone model (PRZM): release 1, EPA-600/3-84-109 壤空设成的～且上大、下地下水相设～气并与气与构 [Z]. Athens, Ga: US EPA, 1984.成完整的多介设设境。目前设缺少描述设染物在设多介个 [15]LORBER M N, OFFCUT C K. A model for the assessment of ground 设设境中的设境行设的系设模型。 water contamination potential, Evaluation of pesticides in ground ;,如何建立一设价设个来准比设设有的各设模型3 water[M]. Washington, DC: Am Chem Soci, 1986: 342-365.在模设设设设境的模设能力。 [16]MULLINS J A, CARSEL R F, SCARBROUGH J E, et al. PRZM2, A model for predicting pesticide fate in the crop root and unsaturated 参献考文, [1]XUEFENG CHU, HAKAN BASAGAOGLU, MIGUEL A soil zones: Users manual for release 2.0, EPA/600/R-93/046 [Z]. MARIÑO, et al. Aldicarb Transport in Subsurface Environment: Athens, Ga: US EPA, 1991. Comparison of Models[J]. J Environ Eng, 2000, 126(2): 121-129.[17]DEAN J D, HUYAKORN P S, DONIGIAN A S, et al. Risk of 李珠韵国～李保土壤溶设移运北京科出学版社[2]. [M]. : , 1998: 295-unsaturated/saturated transport and transformation of chemical 296, 195-196.concentrations (RUSTIC). Vol.1: Theory and code verification, EPA- [3]BUTTERS G L, JURY W A. Field scale transport of bromide in an 600/3-89/048a[Z]. Athens, Ga: US EPA, 1989. unsaturated soil: 2. 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