污染物迁移分析模型POLLUTEv7原理与应用

污染物迁移分析模型POLLUTEv7原理与应用

摘 要：垃圾填埋场渗沥液中的污染物严重威胁填埋场底部的土体和地下水环境。为了对垃圾渗沥液中各种无机和有机污染物的迁移规律进行研究，需要采用分析功能强大的计算模型进行模拟。污染物迁移模拟模型POLLUTEv7可以用来提供快速、准确、全面的污染物运移分析能力。模型能够根据污染物迁移边界条件建立一维无限空间对流-弥散方程。采用拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换求解控制方程。可以考虑的范围从在天然粘土隔水简单系统到垃圾填埋场的设计模型复合衬垫，多重障碍和多含水层。除了对流-弥散运输， POLLUTEv7可以考虑非线性吸附、放射性衰变和生物降解衰变，运输通过各类垃圾填埋场防渗衬垫，随时间变化的特性，和相位的变化。本文对污染物迁移模拟模型POLLUTEv7原理进行分析，并介绍了其在工程中的应用。

关键词：填埋场，污染物，迁移，原理

1污染物迁移分析原理

城市生活垃圾填埋场产生的渗沥液将对填埋场周边的土壤和地下水造成严重的污染[1]。为了控制渗沥液对周边环境的污染，需要对填埋场渗沥液中污染物的迁移规律进行准确分析。POLLUTEv7[2]可以用来提供快速、准确、全面的污染物运移分析能力。其基本分析原理如下： 1.1 控制方程

POLLUTEv7采用一维对流-扩散模型模拟污染物沿竖直方向通过防渗衬里，模型的基本假设为：

（a ）污染源位于土层顶部，并且污染物在土层中的扩散是一维的，不考虑其他外部污染源；

（b ）每层土的物理特性（如扩散系数、流速、孔隙率等）为均匀分布；

（c ）土层中土壤为饱和状态，水流为平流，不考虑瞬时流动；

（d ）土壤颗粒对污染物的的吸附为线性吸附。 在上述基本假设前提下，污染物在土层中一维对流-扩散模型的控制方程为：

22d

C C C

R D v C t z z

λ∂∂∂=--∂∂∂ (1) 式（1）中C 为污染物的浓度，D 为污染物通

过土层的扩散系数，v 为达西速度，λ为衰变系数，

λ=ln2/T 1/2，T 1/2为污染物在土层中的半衰期。R d

为阻滞因子，其表达式为：

1d

d K R n

ρ=+

(2)

式（2）中，ρ为土层的干密度，K d 为，n 为土层的孔隙率。 1.1 方程求解

采用Rowe [3]提出的有限层方法求解控制方程（1），该方法为半解析半数值的方法，其主要步骤为：

（a ）采用Laplace 变换简化控制方程（1），然后采用解析方法求解变换后的偏微分方程；

（b ）采用数值方法将上一步骤中得到的解析解求Laplace 逆变换，得到控制方程（1）的数值解。

2污染物迁移分析应用 2.1分析模型

选取美国规范RCRA 的典型垃圾填埋场。该填埋场由的复合衬垫和主渗滤液收集系统。该复合衬垫是由一个 1.5毫米土工膜与0.9米厚压实粘土衬垫构成，土工膜与压实粘土之间接触良好。根据工程实际情况，假定土工膜上缺陷的面积为0.1平方厘米，缺陷的数量为1个缺陷每英亩（2.5公顷）。采用吉罗等人（1992 ）提出的方法计算污染物通

过复合衬垫以考虑污染的渗漏。

填埋场模型中，填埋场沿地下水流方向的尺寸为200m。考虑挥发性有机物，其初始浓度值取为1.5mg/L。复合衬垫的渗沥液水头高度为0.3m。挥发性有机物在防渗衬垫中的运移参数如表1所示。

表1 污染物迁移特征参数

项目挥发性有机物初始浓度（mg/L） 1.5

极限浓度（mg/L）0.01

GM扩散系数（m2/s） 3.0×10-13

CCL扩散系数（m2/s） 4.9×10-10

CCL吸附K d（mL/g）0.5

2.2输出结果

通过建立污染物迁移模型，根据实际条件确定防渗沉淀的边界条件。可以得到污染物浓度-深度曲线。污染物浓度随着深度的增加而逐渐降低，说明防渗衬垫具有一定的防污效果。为了更加准确地得到分析结果，可以采用数据表格输出方式导出数据，便于数据处理和分析。

3结论

污染物迁移模拟模型POLLUTEv7是用于分析各种有机和无机污染物在介质中运移的模型。能够考虑非线性吸附、放射性衰变和生物降解衰变等多种污染物迁移及转换规律，是一种功能强大，方便快捷的污染物迁移分析模型，在垃圾填埋场的设计中将得到广泛的应用。

4参考文献

[1] 李颖，城市生活垃圾卫生填埋场设计指南，2005，中国环境科学出版社

[2] GAEA Pollutev7 Users Guide，2004，GAEA Technologies Ltd

[3] Rowe RK and Booker JR, A finite layer technique for modelling complex landfill history[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1995. 32(4): 660-676.