石油类污染物在土壤和地下水中的污染模拟

2、土壤污染模拟土壤是一个多相的疏松的多孔介质，固相中有大量的有机和无机胶体。石油是一种天然的粘油状液体，主要成分为烃类化合物(占80%一90%)。烃类化合物是非极性有机物，其偶极矩1，介电常数3，在土壤中有一定的吸附作用。地表的石油可以在重力作用下入渗，也可能随地面水或雨水沿着土壤毛细管孔隙向下渗透污染土壤，甚至进一步向下淋滤污染地下水。石油类污染物质在土壤入渗过程中，由于土壤中存在着大量的有机和无机的胶体，使得进入土壤中的污染物不断地被吸附。吸附能力与土壤的质地、石油的性质有密切联系。通常，石油烃类在土壤介质吸附程度以分配系数Kd来表示。𝐾𝑑=𝐶𝑠𝐶𝑒⁄式中:Cs为平衡时固相中的浓度(mg/kg)；Ce为平衡时液相中的浓度(mg/l)根据土壤中溶质运移模型和石油类污染物质在土壤中的迁移转化过程，考虑吸附作用而忽略石油的挥发，建立石油类污染物质在土壤中迁移转化二维综合模型。它包括水运动方程和石油运动方程。土壤中水运动方程:𝐶(ℎ)𝜕ℎ𝜕𝑡=𝜕𝜕𝑥(𝐾𝑥𝜕ℎ𝜕𝑥)+𝜕𝜕𝑧(𝐾𝑥𝜕ℎ𝜕𝑧)+𝜕𝐾𝑧𝜕𝑧(7)土壤中石油类运动方程:𝜃𝑅𝑑𝜕𝑐𝜕𝑡=𝜕𝜕𝑥(𝐷𝑥𝑥𝜕𝑐𝜕𝑥)+𝜕𝜕𝑧(𝐷𝑧𝑧𝜕𝑐𝜕𝑧)−𝜕(𝑞𝑥𝑐)𝜕𝑥−𝜕(𝑞𝑧𝑐)𝜕𝑧+(𝜕𝜃𝜕𝑡−𝜆𝜃𝑅𝑑)𝑐(8)式中：C(h)为比水容量（cm-1）；Kx、Kz分别为横向纵向水力传导系数（cm/d）；Dxx、Dzz分别为横向纵向弥散系数（cm2/d）；Rd为滞留因子；c为液相中石油的浓度(mg/l)；qx、qz分别为x和z方向的达西流速（cm/d）；θ为含水量(%)；λ为降解系数（d-1）；h为土壤中压力水头(cm)。初始条件和边界条件根据监测的结果和落地油的分布特征，预测石油类在土壤中迁移过程及石油是否会对地下水造成污染，选择预测范围为：长80m，深6m剖面区域。并对部分问题可进行简化处理,作一些基本假设。假设土壤水最初不含石油，即未受到污染，但土壤中存在一定的本底值，经取样测定取平均值为40.3mg/kg。在土壤的预测范围内，土壤被认为是均质的。对水运动方程上边界确定为Cauchy边界，下边界为Neumann边界。初始条件：ℎ(𝑥,𝑧)=ℎ0(𝑥,𝑧)𝑡=0边界条件：−𝐾𝑧(𝜕ℎ𝜕𝑧−1)=𝜀𝑧=0式中，ε为降雨-蒸发系数（mm/d）对于溶质运动方程的边界条件和初始条件确定为：初始条件：𝑐(𝑥,𝑧)=𝑐0(𝑥,𝑧)𝑡=0边界条件：(𝐷𝑥𝑥𝜕𝑐𝜕𝑥−𝑞𝑥𝑐)𝑛𝑥+(𝐷𝑧𝑧𝜕𝑐𝜕𝑧−𝑞𝑧𝑐)𝑛𝑧=𝑞(𝑥,𝑧)𝑧=0式中，nx、nz分别为土壤中x、z的外法向向量。𝜕𝑦𝜕𝑥=0𝑧=−600