污染场地中蒸气入侵风险的三维数值模拟和量化分析

发布时间：2017-10-24 18:30

  本文关键词：污染场地中蒸气入侵风险的三维数值模拟和量化分析

  更多相关文章： 污染场地 蒸气入侵 三维数值模型 解析模型 风险评估

【摘要】：污染场地作为一个世界性的环境问题,已经对人类健康和环境构成了严重的威胁,尤其是污染场地中的蒸气入侵(vapor intrusion, Ⅵ)问题：污染物气体从被污染的土壤和地下水中释放出来进入地表建筑物内。如何采用更直接而有效的方法来评估其带来的风险以采取措施防止Ⅵ对人们健康可能造成的威胁极为关键。一些研究表明环境因素可能对Ⅵ过程有重要作用,而目前的解析模型中并未将其包含在内。因此本文以氯代烃和汽油烃两种不同类型的污染场地为研究对象,借助于三维数值模型,深入了解了不同环境因素在Ⅵ中的作用,通过数学方法建立相应的解析模型,使其能够更准确评估Ⅵ风险。主要结论如下：(1)针对在氯代烃污染场地中,美国环保局(Environmental Protection Agency, EPA)在2002年提出一个约为100英尺(30米)的横向缓冲区作为筛选标准来确定需要进行Ⅵ风险评估的建筑物。然而,这个筛选距离会由于某些环境因素如地表覆盖存在而有偏差。在这种情况下,EPA建议根据特征场地的基本情况来调查土壤气体的迁移距离。为了达到这个目的,我们提出了一个解析模型——AAMLPH (Analytical Approximation Method involving Lateral soil gas transport, Paved ground surface and Heterogeneous soil)作为预测氯代烃污染场地中Ⅵ横向筛选距离的工具。基于三维模拟结果和之前介绍的AAML (Analytical Approximation method with Lateral distance)模型,AAMLPH考虑了地表覆盖和不均匀土壤在Ⅵ中的作用,并且其预测结果与三维数值模型模拟值相当吻合。通过采用基于风险和贡献的地基下污染物浓度(分别50和500μg/m3)和从污染源-地基的污染物气体浓度衰减系数(分别0.001和0.01)作为筛选标准,AAMLPH计算结果表明当存在高源强、深源及显著覆盖中任意两个因素时,当建筑物-污染源的横向距离大于30米时,仍会受到Ⅵ污染。因此该发现证实了EPA对30米横向分离距离这一筛选标准不适用于包含物理屏障(如沥青或冰覆盖)的特征场地存在担忧是有合理的。(2)针对在汽油烃污染场地中,为了确定该区域的建筑物内是否会受到汽油烃蒸气入侵(petroleum vapor intrusion, PVI)的威胁,目前EPA提出了一个以污染源-建筑物竖直距离作为筛选标准。但是该场地中由于大量甲烷产生,可能会观察到土壤气体向上对流迁移的情况,因而导致PⅥ风险以及甲烷爆炸风险增加。为了能准确评估这种场景中是否存在健康及爆炸风险,我们建立了一个相应的一维PⅥ模型来进行风险评估。该模型能够应用于包含土壤气体的对流和扩散迁移,以及其与一阶分段好氧降解反应(受氧气供应量限制)耦合的场景中。该新解析模型的预测结果与三维数值模型模拟结果相当一致,这结果表明该模型适合用来描述建筑物周围地表作为氧气来源的场景中污染物气体对流、扩散及降解等过程。这个新解析模型的结果还表明,向上对流作用对室内空气浓度有贡献的主要原因可能是由于进入室内的气体体积流量有所增加(比如,当佩克莱数从0变到20时,即对流作用增强,进入室内的气体体积流量会增加一个数量级),当而出现这种情况可能是与甲烷源浓度很高而致使土壤中的氧气被耗尽土壤中的氧气可能被高浓度的甲烷耗尽。因此,在甲烷源浓度很高的场地中,EPA所推荐的6.1米竖直筛选距离并不足以消除建筑物内的PVI风险。
【关键词】：污染场地 蒸气入侵 三维数值模型 解析模型 风险评估
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X50
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-27
• 1.1 污染场地12-15
• 1.1.1 污染场地来源12
• 1.1.2 污染场地的定义及类型12-13
• 1.1.3 国内外污染场地现状13-15
• 1.2 污染场地风险评价15-17
• 1.2.1 健康风险评价15-16
• 1.2.2 暴露途径16
• 1.2.3 迁移模型16-17
• 1.3 蒸气入侵17-25
• 1.3.1 蒸气入侵概念17-18
• 1.3.2 蒸气入侵的危害18
• 1.3.3 蒸气入侵模型18-20
• 1.3.4 蒸气入侵模型研究现状20-25
• 1.3.4.1 不考虑污染物降解的Ⅵ模型20-22
• 1.3.4.2 考虑污染物降解的Ⅵ模型22-24
• 1.3.4.3 室内空气中污染物浓度计算方法24-25
• 1.4 研究内容、研究目标及研究思路25-27
• 1.4.1 研究内容25-26
• 1.4.2 研究目标26
• 1.4.3 研究思路26-27
• 2 研究方法27-38
• 2.1 三维数值模型27-30
• 2.1.1 模型介绍27
• 2.1.2 模型应用步骤27-30
• 2.2 模拟的场景30-31
• 2.3 污染物气体迁移31-35
• 2.3.1 土壤气体流量31
• 2.3.2 污染物气体在土壤中的迁移31-33
• 2.3.3 污染物气体从土壤进入室内33-34
• 2.3.4 室内空气中污染物浓度计算34-35
• 2.4 解析模型建立基础(保形变换)35-38
• 3 氯代烃污染场地的蒸气入侵风险评估模型38-60
• 3.1 前言38-39
• 3.2 三维数值模型39-47
• 3.2.1 模拟的场景40-42
• 3.2.2 AAMs——AAMLPH方法的建立基础42-43
• 3.2.3 AAMLPH方法的建立43-44
• 3.2.4 质量守恒近似方法介绍44-47
• 3.3 结果与讨论47-58
• 3.3.1 三维数值模拟结果47-53
• 3.3.1.1 地表覆盖效应47-50
• 3.3.1.2 地表覆盖与土壤分层联合作用50-53
• 3.3.2 AAMLPH方法中r值的确定53-55
• 3.3.3 蒸气入侵的筛选标准55
• 3.3.4 评估污染源-建筑物的横向扩散距离55-58
• 3.4 小结58-60
• 4 汽油烃污染场地的蒸气入侵风险评估模型60-76
• 4.1 前言60-61
• 4.2 解析模型的建立61-66
• 4.2.1 适用于无对流作用场景中的解析模型61-65
• 4.2.2 适用于有对流作用场景中的解析模型65-66
• 4.3 结果与讨论66-74
• 4.3.1 与三维数值模拟结果比较66
• 4.3.2 进入室内气体体积流量比较66-69
• 4.3.3 室内空气中污染物浓度比较69-70
• 4.3.4 参数敏感性分析70-71
• 4.3.5 对流作用对汽油烃蒸气入侵的影响71-72
• 4.3.6 对流作用对甲烷蒸气入侵中爆炸风险评价的影响72-74
• 4.3.7 估计耗尽地下氧气的临界甲烷源浓度74
• 4.4 小结74-76
• 5 结论与研究展望76-79
• 5.1 主要结论76-77
• 5.2 研究展望77-79
• 参考文献79-88
• 攻读硕士期间发表的论文88-89
• 致谢89-90

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