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《重庆大学》 2004年
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三峡库区水域典型重金属化学行为的多介质环境模型研究与应用

吴昊  
【摘要】:通过介绍多介质环境数学模型的基本理论、应用特点、研究领域以及国内外研究现状,本文结合三峡库区流域的具体情况,以等量浓度作为平衡判据,拓展了多介质模型的适用范围,可对重金属污染物在天然水体环境中的化学行为和最终归趋进行数学模拟计算研究。 分析讨论了汞作为典型的重金属污染物,在天然水体环境中的赋存状态及其污染特性。对三峡流域的汞污染现状和成库后可能造成的环境影响进行了探讨。结合长江三峡库区的水文条件和地质特征,提出运用多介质环境模型来模拟库区流域汞的迁移和转变,同时指出了应当优先考虑的问题和研究方向。 以多介质环境QWASI模型为对象,结合库区的实际情况,对算法进行了改进。分析讨论了模型中的主要过程及参数,并对汞的三种主要化学形态:Hg~0、Hg~(2+)和MeHg在库区流域的跨介质传输和迁移、浓度分布、形态间的转化以及滞留时间等进行了模拟计算。对输入参数的敏感度分析表明,水体中的浓度值对空气中汞的初始浓度、悬浮微粒-水分配系数和库区流域面积三个参数敏感。对于沉积物相中总汞浓度而言,沉积物-水分配系数、沉积物密度和悬浮物密度是较敏感的参数。对空气-水间的净迁移速率而言,空气中的初始浓度和库区流域面积比较重要。对水-沉积物间的净迁移速率来说,沉积物-水分配系数、沉积物的密度以及悬浮物密度的影响较大。 通过改进QWASI模型,对三峡库区中汞主要形态的化学行为及最终归趋进行模拟和估算,得出的主要结论有: (1) 通过改进现有QWASI模型,可以实现对重金属类物质(通常具有多种化学形态)在湖泊、水库及河流体系中的跨介质迁移传输、化学形态间转化、含量分布情况等作出定性和定量的模拟与估计。对于三峡水库这类超大型河道型水库,模型能够较合理地给出各个物理化学过程的速率参数,并直观地进行分析和讨论; (2) 三峡水库的长河道特性,会使水体相和沉积物相中总汞浓度增加。同时,空气-水之间,水-沉积物之间的净传输速率也有所提高。总汞的驻留时间及其三种形态在沉积物中的半衰期显著减小; (3) 水位随季节周期性消落,将导致水体相和沉积物相中的总汞浓度按枯、丰、平顺序依次递减。总汞的在体系中滞留的时间枯水期最长,丰水期最短。枯水期,三种形态汞的反应速率最小,半衰期最大,丰水期则恰恰相反; (4) 成库后,三峡流域形成局地小气候,会明显改变原来的温度场。水库处于一个温度波动相对较小的范围。水体和沉积物中的总汞浓度差值比未考虑该影 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 响时小得多。汞的跨介质传输速率相差不大,说明局地气候使其计算结果平均化。 这使汞在三峡水库体系中的化学行为更类似于湖泊,从而易于采用湖泊研究的方 法进行处理; (5)三峡水库采用“蓄清排浑”的运作方式,在汛期江水中的总汞浓度会增加。 而沉积物相中的污染物浓度有所减少。空气和水之间的净传输速率变化不大,而 水和沉积物问的净传输速率有显著的改变。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X52

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