浅析地下水污染物的迁移与转化

浅析地下水污染物的迁移与转化
摘要：随着淡水资源日益紧缺，合理利用和保护地下水资源逐渐得到社会的广泛关注。

有机污染物对地下水资源的污染已成为当前地下水污染防治与保护的焦点问题。

随着工农业的发展，越来越多的有机化学污染物进入自然环境，这些有机污染物随着地表径流流入渗到地下水环境中，对地下水系统造成污染。

地下水是人类的主要饮用水来源之一，水中的有机污染直接或间接对人类健康造成严重危害。

研究有机污染物在地下水环境中迁移转化具有重要的理论和现实意义。

关键词：地下水有机污染物迁移与转化
一、我国地下水污染源和污染物状况
1. 地下水污染的主要表现
1.1有机化合物（如合成染料，油类及有机农药）出现于地下水。

1.2极其微量的毒性金属元素（如汞、铬、铅、砷及其他放射性元素）出现于地下水中。

1.3各种细菌，病毒大量繁殖于地下水。

地下水硬度，矿化度，酸度和某些单项离子超过使用标准。

[1]
2、我国地下水有机污染物的特点及危害
目前，我国大部分地区的地下水物污染日趋严重，且具有种类多、含量低、危害大、治理难等特点。

在浅层地下水中有机污染物主要有三氯甲烷、PCE、TCE 等[2]。

许多有机污染物具有致癌、致畸、致突变效应，严重影响人体健康，且有机污染物在地下水环境中难以通过自然降解过程去除，可能长期存在并累积，有机污染物对我国地下水污染日趋严重。

3、地下水污染物的研究现状
近年，国内外学者在地下水溶质迁移理论和试验研究方面取得了新的进展：对污染物迁移的弥散系数提出了与时空相关的表达式；大量的试验研究使得迁移方程中的衰减、离子交换、生物、化学反应的系数考虑更全，取值更合理，并考虑了污染物的固相和液相浓度的相互转化关系，吸附条件则由平衡等温模式发展到考虑非平衡吸附模式【3】。

二、地下水污染物的迁移转化研究
1、迁移与转化概念分析
所谓迁移，指污染物在环境中分配、溶解、挥发、吸附等物理过程，其间，污染物的结构不发生变化；所谓转化，即有机物的光降解、水解、氧化还原和生物降解、富集等生物化学过程，在此过程中，污染物的结构发生变化。

迁移转化过程即为污染物在环境中发生空间位置变化并由此引起污染物在化学、生物或物理等作用下改变形态或转变成另一种物质的过程[4]。

迁移和转化是两个不同而又相互联系的过程，且两者伴随进行的。

2、污染物迁移转化的数学模型
污染物在地下水中的迁移转化可以用数学模型定量描述。

经典的溶质迁移模型描述了污染物仅受对流和弥散作用时的迁移过程，即ADE（advection-dispersion equation）方程：
在ADE模型中考虑吸附作用时，表达吸附阻滞作用的阻滞因子（Retardation factor，R）意义重大。

若将因吸附发生的相间通量转移一项加入模型中，ADE 就变成下列形式：
上式右端第三项表示污染物因吸附作用从液相向固相的转移。

假设溶质的吸附达到平衡所需的时间远远小于溶质在土壤或地下水中的迁移时间，那么固相吸附量S 的解可以由吸附等温式求出。

借助于不同的等温吸附模型，可将上式转化为：
研究结果显示，介质对污染物的吸附常是非线性的，则阻滞因子和相应的迁移模型则复杂些。

考虑到污染物在多孔介质含水层中的对流、弥散、吸附及转化过程，一维方向上污染物浓度随时间的变化可用控制方程表示：
该式及其变换形式在描述、评价或预测污染物在地下水中的迁移及归宿中起了重要作用[3]。

因此，数学模型可量化描述污染物在地下环境中的迁移行为，并可预测污染物的迁移过程、归宿等。

在研究污染物在环境中的行为规律方面更有无可比拟的优越性。

3、辅助数学模型研究中的模拟软件
在利用数学模型研究污染物的环境行为时，数学模型求解是一个重要问题。

目前，较先进的数学模型求解工具模拟软件有美国的‘MODFLOW软件’和德国的‘FEFLOE软件’：
①MODFLOW软件：MODFLOW软件由美国地质调查局开发，是三维有限
差分模拟软件，有可视化程度高、交互性强、前后处理优越等特点。

其在地下水-地表水系统交互作用模拟方面，目前包括以下模块：河流模块、河道模块、湖泊模块和湿地模块。

该软件业包含溶质输运模块（MOC3D，MT3D）和粒子追踪模块（MODPATH）。

②FEFLOW软件：FEFLOW软件由德国水资源规划与系统研究所开发出来的地下水流动及物质迁移模拟软件系统。

该软件提供图形人机对话功能、具备地理信息系统数据接口、能够自动产生空间各种有限单元网、具有空间参数区域化、快速精确的数值算法和先进的图形视觉化技术等特点，是当前功能最为齐全的地下水水量及水质计算模拟软件系统。

地下水作为人类重要的饮用水源之一，做好地下水保护，实施地下水污染修复工程是当务之急。

污染物在地下水中的迁移和转化是一个复杂的过程，借助经典的模型和先进的软件技术可有效避免繁重的数学计算，进一步地推动了地下水污染研究，为有效开展地下水修复和治理工作起到了巨大的促进作用。

参考文献：
[1]朱学愚，谢春红.地下水运移模型.北京：中国建筑工业出版社，1990，（2）.
[2]王昭，王慧珍.地下水有机污染研究进展[J].勘察科学技术，2008，28：30-37.
[3]肖长来，梁秀娟等.水文地质学.北京：清华大学出版社，2010：260～263.
[4]王超等.地下水系统中变系数动力迁移模型解.水动力学与进展，1996，（4）：475～484.
[5]王连生.有机污染物在环境中的行为及生态效应.中国科学基金，1994，（3）.
[6]李君，常莉.我国城市地下水污染状况与治理对策[J].开封大学学报，2006，20（4）
[7] 赵勇胜.地下水污染场地污染的控制与修复[J].长春工业大学学报：自然科学版，2007，28（07）。