层状土介质中污染物迁移的数学模型研究

发布时间：2017-10-08 02:07

  本文关键词：层状土介质中污染物迁移的数学模型研究

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【摘要】：土介质中污染物的迁移过程是一个复杂的物理、化学、生物过程,其研究对污染土治理、污染场地评价等工程问题具有重要的指导作用。数学模型是研究污染物迁移规律的有效工具,污染物在介质中的迁移过程用抛物型偏微分方程描述。本文针对层状土介质中一维污染物迁移的情形,进行了系统的研究。考虑对流作用的影响以及随时间变化的边界浓度,运用Duhamel定理和分离变量法推求了双层介质中包含衰减项的一维污染物迁移对流 扩散模型的解,并给出了一系列算例。分析发现对流速度对污染物浓度分布存在影响,速度越大影响越显著。另外,对流速度较小时,边界类型对底部通量影响很大。考虑给定的指数衰减型边界浓度时,参数b aC C对计算结果影响较大。在扩散系数与深度呈线性关系的假设条件下建立了层状土介质中一维污染物扩散模型,运用正交展开法推导了模型解,并对单层、双层介质的情形进行了算例分析。分析结果表明相关扩散参数对污染物迁移过程存在复杂影响,对于双层介质上层介质的扩散性质对污染物浓度的影响相对较大。求解了扩散系数与时间相关且边界浓度随时间变化的污染物迁移模型,给出了几种不同扩散系数分布模型的解,并重点讨论了线性渐进型分布模型的情况。结果表明扩散系数分布模型中的参数k对计算结果影响较大,且考虑边界浓度随时间变化时,与常浓度边界相比,污染物浓度分布随时间总是先增大再减小。考虑土层中污染物的降解作用,并假设扩散系数随深度线性变化时,推求了一维污染物迁移模型解,且验证了结果的正确性和可靠性。基于获得的解析解,分析了相关参数以及降解半衰期对污染物迁移规律的影响,结果表明降解作用能够有效降低污染物的浓度,且对污染物浓度达到稳定状态需要的时间存在显著影响。对于复合衬层,假设土工膜中污染物稳态扩散,下伏土层中污染物的扩散系数为深度的线性函数且考虑降解作用的影响,获得了一维污染物迁移模型解。基于本文模型,算例分析了有关参数的敏感性。结果表明,下伏衬层的扩散性能及污染物的降解作用对其迁移规律影响较大。本文的研究工作可供垃圾填埋场衬垫系统初步设计参考,也可用于复杂数值模型的验证及试验数据的拟合。
【关键词】：成层介质 污染物 扩散 变系数 降解 解析解
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O175.26
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 土层中污染物运移理论研究现状11-14
• 1.3 本文的主要研究工作14-17
• 第二章 土层中污染物的运移机理17-24
• 2.1 对流迁移17
• 2.2 机械弥散17-19
• 2.3 分子扩散19-21
• 2.4 吸附与解吸作用21-22
• 2.5 污染物的降解作用22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 双层土介质中污染物对流 扩散模型解24-38
• 3.1 污染物对流 扩散模型24-26
• 3.2 模型求解26-29
• 3.3 几种常见边界下的解29-30
• 3.4 模型验证30-31
• 3.5 参数分析与应用31-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 土介质中污染物的一维变系数扩散模型解38-50
• 4.1 基本假设与计算模型38-39
• 4.2 模型求解39-41
• 4.3 算例分析与应用41-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 土介质中污染物一维时变扩散模型解析50-57
• 5.1 数学模型50-51
• 5.2 模型的解51-54
• 5.3 参数分析与讨论54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 考虑降解时土介质中一维污染物变扩散系数模型解析解57-68
• 6.1 污染物迁移模型57-58
• 6.2 模型解析解58-61
• 6.3 模型验证与应用61-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第七章 层状复合衬层中变系数污染物迁移分析68-76
• 7.1 计算模型68-70
• 7.2 方程的解70-72
• 7.3 参数敏感性分析72-75
• 7.4 本章小结75-76
• 第八章 总结与展望76-78
• 8.1 本文小结76-77
• 8.2 后续工作77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况84

【参考文献】

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1 刘晓丽,梁冰,薛强;地下水环境中有机污染物迁移转化动力学模型的研究[J];工程勘察;2003年01期

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本文编号：991362