【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生态环境修复和应用研究，具体涉及一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法。
技术介绍
1、地下水是地球上宝贵的自然资源，时刻影响着人类生存活动，地下水环境安全关系到大部分人类的生命安全。全球地下水的25％为岩溶地下水，中国有25％以上饮用水为岩溶地下水，用水量的不断增加与水资源有限的矛盾日益突出，岩溶地下水资源作为重要的饮用水来源的重要性也不断加强。研究地下水安全的技术手段主要为数值模型，在国内外对孔隙介质中地下水水流及污染物运移数值模型已经开展了大量研究工作，而喀斯特地区的岩溶裂隙介质主要由以裂隙、岩溶管道为主，孔隙、溶洞等多种形态共存的结构构成，在孔隙介质中，基本上用达西定律的线性关系进行描述地下水流动，而在裂隙类管道介质中存在快速的地下水平流运动，在某种情况下属于非线性的紊流运动，用达西定律进行描述是不完整，在岩溶裂隙地下水溶质运移采用传统的数值模型进行模拟，结果很大程度上与实际情况存在较大偏差。
技术实现思路
1、专利技术目的：提供一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法及裂隙介质风险评估系统，解决上述提到的问题。
2、第一方面：一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法，所述运移预测方法包括以下方法：
3、岩溶裂隙概化；选择典型砷污染场地含水层被岩溶裂隙介质覆盖水文地质特征，对场地介质模型进行了概化将岩溶裂隙介质覆盖于含水层之上；
4、岩溶裂隙区污染场地概化；污染物在地下水中的含量变化是由地表的污染物在雨水、地表
5、岩溶裂隙中污染物迁移数学模型构建；针对单个裂隙，降雨入渗过程中裂隙中地下水是饱和的，地下水垂向流速不变，设裂隙宽度远小于它的长度；整个运移过程中裂隙之间的污染物横向扩散和弥散均为均匀混合；基质渗透性很小，其内部污染物运移主要靠分子扩散作用；污染物在裂隙中运移速度远大于基质之间的运移速度；沿裂隙的质量传递是一维的；沿裂隙的扩散作用可忽略；溶解相和吸附相之间的线性为可逆而且在瞬时能平衡分配；基质中对流作用可忽略；基质中的污染物运移垂直于裂隙；降解过程符合一级动力学，且仅发生于液相；不包括单独的液相输送；裂隙面处裂隙和基质间通过分子扩散作用产生质量交换；
6、基于以上设置，污染物在裂隙中垂直方向的一维输运方程则表示为：
7、
8、其中：cf是裂隙中的溶质水溶液浓度(m/l3)；
9、rf是表征裂隙面上吸附作用的阻滞因子(-)；
10、vf是裂隙中的地下水流速(l/t)；
11、z是沿裂隙(l)的坐标；
12、b是裂隙宽度的一半(l)；
13、λ是一级降解速率常数；
14、等号左端最后一项表示岩溶裂隙与基质在界面处传递的质量通量(m/t/l2)；
15、其取决于基质中水溶液浓度cm(m/l3)的梯度、有效扩散系数dm(l2/t)、基质孔隙率φ和裂隙宽度；
16、污染物在基质中污染物运移过程的一维扩散方程则表示为：
17、
18、其中rm是表征基质中吸附作用的阻滞因子。
19、进一步地，根据构建的岩溶裂隙中污染物迁移数学模型进行污染源情景设置；根据污染源存放情况，分别设定为有限时间段内持续源，具有恒定浓度c0的输入模型；设定为无限时间持续恒定浓度为c0的输入源；设定为污染源清除后淋洗过程。
20、进一步地，根据污染源情景设置进行在岩溶裂隙中污染物迁移数学模型中进行具有恒定浓度c0的输入模型、设定为无限时间持续恒定浓度为c0的输入源和设定为污染源清除后淋洗过程的模型求解；
21、对于恒定浓度输入模型，其解析过程如下：
22、首先设定的边界和初始条件为：
23、
24、上式中，c0是在t＝0和z＝0，t在δ期间释放源的恒定浓度；
25、对于基质，将拉普拉斯变换应用于一维扩散方程得到：
26、
27、其中，p是拉普拉斯变量，是cm的拉普拉斯变换；
28、根据方程(1)设定的边界和初始条件，二阶微分方程的解为：
29、
30、其中，
31、在界面x＝b处的梯度为：
32、
33、对于裂隙，将拉普拉斯变换应用于一维运输方程，并将上述方程(4)代入界面梯度后可表示为
34、
35、方程(5)解的形式为：
36、
37、其中，
38、裂隙中的浓度cf用逆变换l-1表示：
39、
40、采用下列等式计算逆变换：
41、
42、情景在设定为污染源清除后淋洗过程下，污染物在裂隙中垂直方向方程和污染物运移过程的一维扩散方程的边界条件和初始条件为
43、
44、其中c1是裂隙介质中的均匀浓度；
45、拉普拉斯变换由下式确定：
46、f′(t)＝pf(p)-f(t＝0)； (10)
47、从而得出污染物运移过程的一维扩散方程的拉普拉斯变换是：
48、
49、上述二阶微分方程的解的形式：
50、
51、其中，
52、方程(12)变为：
53、
54、在界面x＝b处的梯度为：
55、
56、对于裂隙，将拉普拉斯变换应用于水流模型方程，把方程(14)替换为界面梯度后，得到：
57、
58、上述方程(15)解的形式为：
59、
60、裂隙中的浓度cf用逆变换l-1表示：
61、
62、采用以下等式进行计算逆变换：
63、
64、则方程(17)的逆变换为：
65、
66、将方程(14)引入方程(19)可得：
67、
68、为了得到裂隙介质方程(16)的解，将方程(16)与方程(13)联立可得解为：
69、
70、利用方程(19)，方程(21)的逆为：
71、
72、设变量：
73、
74、则具有恒定浓度c0的输入模型的解析解则可表示为
75、
76、
77、对于设定为无限时间持续恒定浓度为c0的输入源中的浓度持续源，解决方法是只保留前两项；当迁移过程达到稳定状态时，通过下面方程式计算稳态溶质浓度为：
78、
79、则设定为污染源清除后淋洗过程的解析解可由下式给本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法，其特征在于，所述运移预测方法包括以下方法：
2.根据权利要求1所述的一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法，其特征在于，根据构建的岩溶裂隙中污染物迁移数学模型进行污染源情景设置；根据污染源存放情况，分别设定为有限时间段内持续源，具有恒定浓度C0的输入模型；设定为无限时间持续恒定浓度为C0的输入源；设定为污染源清除后淋洗过程。
3.一种裂隙介质风险评估系统，其特征在于，用于实现权利要求1至3任一项所述岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法。
【技术特征摘要】
1.一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法，其特征在于，所述运移预测方法包括以下方法：
2.根据权利要求1所述的一种岩溶裂隙和基质双系统的污染物运移预测方法，其特征在于，根据构建的岩溶裂隙中污染物迁移数学模型进行污染源情景设置；根据污染源存放情...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄奎贤，韦秋园，覃柳妹，
申请(专利权)人：广西南环检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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