土壤溶质锋运移及参数估计的实验研究

【摘要】：工业三废的排放、农业生产中化肥的流失、农药的大量施用以及放射性物质的地下埋放等导致了地下水污染,严重威胁了人类的生命健康。为了确定污染物质的分布范围和危害程度,需要了解污染物在多孔介质中的运移规律和预测其动态分布,因此根据场地条件描述污染物质迁移转化的数学模型以及估算模型参数是有重要的理论和实际意义。 边界层方法是以CDE方程为基础,结合边界层条件,通过对溶质在土壤中运移过程溶质锋面的描述和概化,可推求出溶质在土壤中浓度的时空分布显式解析表达式。这里,边界层指的是溶质锋面到土壤表层的距离,它是时间的函数,边界层运动是多孔介质中溶质质点运动的宏观表现,本身不对溶质运动的大小和方向产生约束,而是相当于自由边界,具有可观测性,但不具有可控制性。边界层方法推导出的时间与边界层距离之间这种显式解析表达式可以用来估计溶质运移模型方程中的参数。 边界层方法估计的溶质运移参数与穿透曲线程序拟合法所确定参数进行比较,两者估计的参数有一定的偏差。由于TDR在探测溶质锋面时,由于受到本身灵敏度的影响,有一定的滞后现象,这可能是造成这种偏差的一个原因。另外,研究结果还表明,微小边界层法在确定运移参数方面,较瞬时边界层法表现出更高的精度,这说明了微小通量边界层方法在推导过程中,定义边界层上有一小的溶质通量ε_0是合理的。该溶质通量在数值上可定义为仪器观测误差。在利用微小通量边界层法确定参数时,如何确定系数A也是一个关键,也是影响参数估计的一个原因。 在应用边界层方法确定运移参数时,溶质运移锋面位置的判断是一个关键。时域反射仪(TDR)是一种测定范围一定、没有干扰、能连续测定土壤中不同时间、不同浓度的含水量和溶质含量变化。近年来被广泛用于土壤水分和土壤溶质的运移研究。在理论上,当土壤中的溶质浓度发生变化时,TDR探测到TDR Level值就会发生变化,本文以TDR作为判断溶质锋面位置,结合边界层方法,估计土壤溶质运移中两类常见的参数弥散因子D和延迟因子R。本文从实验的角度对TDR作为判断溶质锋面的方法是可行性进行了研究。研究结果表明,在溶质锋面没有到达探测点时,TDR所显示的TDR Level值为一恒定值,溶质锋面到达后,TDR Level开始逐渐下降,这种有规律的变化