陈澄宇1 张焕晓2
（1.华南农业大学 广东广州 510642；2.广东省生态环境技术研究所 广东广州 510650）
摘要：50升溶剂混合物（25%PCE、25%TCE、25%1，1-二氯乙烯（1，1-DCE）和25%氯乙烯（VC）在位于浅层无承压含水层上方的一个地点发生泄漏。在泄漏后1个月、1年和5年的时间序列中，建立了模拟由此产生的羽流的扩散和迁移的平流-扩散模型。在对污染物的含水层条件和性质进行抽水试验和文献综述的基础上，建立了该模型的孔隙速度、延迟因子、扩散系数、羽流尺寸和最大浓度，假定污染物不发生变化，疏水分配吸附是控制相对溶解羽流迁移的关键因素。结果表明，1年后最大浓度Cmax比1个月后低150倍，5年后降低3000倍。然而，模型表明，4个月后的4种污染物的Cmax均超过了环境保护局（EPA）提出的饮用水标准的最大污染水平（MCL）100倍，而VC的Cmax在1年后超过了2倍。因此，污染需要进一步的衰减。纵向羽流分布表明，其相对迁移率顺序为VC>1，1-DCE>TCE>PCE，这与其相对疏水性基本一致（PCE>TCE>1，1-DCE>VC）。由此产生的羽流的平面图表明，疏水性较小的污染物由于分散而具有更强的扩散能力（VC>1，1-DCE>TCE>PCE）。由于我们简化了问题和所做的假设，这个模型的可预测性应该通过现场数据和实验室实验来进一步检验。
关键词：模型；羽流扩散；氯代溶剂；地下水污染
氯乙烯（VC）、三氯乙烯（TCE）和四氯乙烯（PCE）是国际癌症研究机构（IARC）分类的致癌化学品，根据毒理学数据库（EPA U.E.，2012年），这些化学品都影响肝脏器官。氯化烯烃在人类活动中的主要用途是干洗作业和熏蒸剂、溶剂和除漆剂等制造产品，这些产品可能会发生意外溢出或泄漏（管制毒理学和药理学，1994年）。尽管氯化烯烃具有挥发性，但如果其溢出物到达土壤表面以下，挥发损失将是最小的，而且由于其相对较高的水溶解度和较低的Kow值，它们会随着水的移动而向下浸出。尽管由于土壤颗粒的生物降解和吸附，这些过程可能导致地下水普遍受到污染（Cline&Viste，1985年）。
本项目的目的是根据以下信息模拟溢出的溶剂混合物产生的羽流的归宿和迁移：工业现场发生了50升溶剂混合物（25%PCE、25%TCE、25%1，1-二氯乙烯（1，1-DCE）和25%VC）的泄漏。系列观测井中在污染现场进行了的地下水势测量（高度高于M.S.L.）。该遗址位于浅水（0至1.2米）之上，无承压含水层约6米厚。在现场进行了抽水试验，发现在抽水速率为1.5英尺3/s的情况下，在距抽油机井15米和30米的两口观测井中，所产生的稳态拉深分别为0.6米和0.3米。含水层材料的有机碳含量为0.75%。
1.理论发展
（1）地下水中的主要运输过程
地下水中的有机溶质将经历以下主要运移过程：平流、弥散、吸附和转化。
平流和弥散：溶解的溶质将与流动的地下水一起携带，称为平流。同时，溶质在地下水中的扩散过程是分子扩散和机械分散相结合的过程。该模型旋转其坐标，使x轴平行于地下水流的方向，垂直于等势线。因此，该模型只考虑x方向流，假设y方向和z方向上的流为零。然而，将考虑三维色散。
吸附：由于吸附过程，一些溶质在含水层中的移动速度将比输送溶质的地下水慢得多；这一效应称为迟滞（Fetter，2008年）。滞后因子（R）可以用分配系数Kd.来表征，这取决于含水层固体的有机碳含量。在这种情况下，疏水有机溶质在稀浓度范围内的吸附可以被假定为可逆的，并与线性平衡等温线相关，其斜率为Kd.。
转化：生物降解将降低羽流中溶质的浓度，但不一定减缓羽流的移动速度（Fetter，2008年）。这个不受限制的系统应有好氧的条件，即这些氯化烯烃的生物降解是微不足道的（Rivett，Feenstra，&Cherry，2003年）。因此，我们将忽略模型中的转换过程。
（2）平流-弥散模型
三维质量平衡方程：该模型包含一维平流、三维弥散和延迟，假设多孔介质充满了流体，流动条件是达西定律有效（Fetter，2008）：
模拟产生的羽流需要以下信息：输入质量、含水层条件、孔隙速度和弥散系数。表1概述了四种污染物在饮用水中的基本信息和最大污染物水平（管制毒理学和药理学，1994年；环保局，“饮用水污染物”，2012年）。
1）含水层条件
表2显示了从Mackay等人那里获得的砂含水层状况。（1986年）。
2）达西速度和孔隙速度
达西速度表明水从高能量向低能流动的规律（Eqn.3），孔隙速度是孔隙度（Eqn.4）改变的达西速度。计算结果见表2。
H1=18 ft； H2=19 ft
在表1中的饮用水限值，最大污染物水平（MCL）VC，1，1-DCE，TCE和PCE之间的比较，在表5的溢流后1个月、1年和5年的生成羽流的中心处发现的最大浓度（EPA，饮用水污染物，2012）。结果表明，1个月后四种污染物的Cmax均超过MCL标准100倍，1年后CVC最大值超过MCL标准2倍。如此严重的污染会对从附近溢出水源的威尔斯抽水和生活在地下水中的生物构成危险的威胁。因此，必须及时处理这种污染，无论是通过原位地下水修复，如生物刺激或生物强化（Steffan，Sperry，Walsh，Vainberg，& Condee，1999），或通过泵和治疗技术（Lee，Saunders，& Wolf，2000），以加强补救措施对这些有毒污染物进行处理。
从图4中我们可以看到每种污染物的最大浓度随时间的推移而降低：1年后，Cmax比1个月后低约150倍；5年后，Cmax降低约3000倍。这表明污染物的自然扩散以及吸附过程有助于
在图2中的纵向羽流剖面中已经展示出每个污染物在1个月、1年和5年之后的空间分布，这表明由于它们的不同的延迟，每个污染物的相对迁移率。相对迁移率遵循顺序：VC> 1，1-DCE> TCE> PCE，一般符合相对疏水性（PCE> TCE> 1，1-DCE> VC）。这与我们的预期相符，即疏水分配是控制相对溶解羽流迁移的关键因素。
如图3所示，在1个月、1年和5年的时间序列中，由于在纵向和横向方向上分散而产生的羽状羽毛的平面图。在这里，我们描绘了羽毛的传播距离为1s，2s，和3s米的羽毛的中心。结果表明，由于分散作用（VC> 1，1-DCE> TCE> PCE），疏水性较小的污染物会有更强的扩散作用。
虽然模拟结果一般与我们对污染物特性和地下水状况的理解和期望有关，但在应用该模型模拟真实世界时，必须考虑到模型的不精确性。这是因为我们通过这些假设简化了问题，而忽视了自然界中各种系统之间的相互作用。例如，假设滞后与污染物浓度无关，假设地下水系统与距离一致，忽略污染物的转化，如生物降解，可能导致我们的模型不准确。因此，应在实际现场和实验室进行污染物浓度监测，以提高模型的准确性和可预测性。
参考文献
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[10]Schwarzenbach，R.P.，& Giger，W.（1985）.Behavior and fate of halogenated hydrocarbons in ground water.New York，NY，United States of America：Ground Water Quality，John Wiley and Sons.
论文作者:陈澄宇1,张焕晓2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：污染物论文; 氯乙烯论文; 含水层论文; 疏水论文; 模型论文; 溶质论文; 平流论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;