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黄河宁蒙段重金属迁移模拟研究

于良  
【摘要】:重金属作为一类毒性强、难降解的污染物,在环境中能够长期存留和累积,因此对其在环境中的迁移、归趋行为的研究是环境领域研究的重点。在自然界中,水体往往是众多污染物的重要归趋,其中就包括重金属污染物。进入河流中的重金属一部分则以水溶态的形态存在并随水流长距离迁移,影响范围广,对人类往往产生直接的危害作用。其余大部分重金属通过泥沙等颗粒的吸附作用而成为吸附态重金属,吸附态重金属主要包括悬浮相吸附态和沉积相吸附态,并且吸附态和水溶态在外界条件发生变化时能够通过吸附、解吸作用而发生相互间的转化。由此可见,水溶态重金属随水迁移行为以及重金属的吸附、解吸行为是其在水体中迁移的两个主要行为,是明确水体中重金属迁移规律的重要环节。因此,定量化研究不同影响因素条件下水体中泥沙等颗粒物对重金属的吸附效率能够更清晰地了解重金属的这一主要归趋行为。在应对突发水污染事故时,模拟预测水溶态重金属随水迁移的行为将对突发污染预警具有重要意义。 本文利用2011年7月现场实测资料,分析了玛曲至包头蹬口河段水溶态和吸附态重金属的空间分布,对潜在生态风险进行了评价;通过理论及文献数据分析,建立了重金属吸附率综合作用模型,并得到巴彦高勒至头道拐河段的泥沙对重金属综合吸附率K计算公式;利用相关单位提供的2009年巴彦高勒至头道拐河段水文地形数据,采用EFDC模型模拟研究了该河段的水动力和突发污染条件下水溶态重金属的迁移行为。 主要结论如下: (1)对黄河宁蒙河段12个采样点悬浮相及沉积相重金属污染潜在生态风险的评价结果显示,黄河宁蒙段吸附态(悬浮相和沉积相)中重金属污染严重,其中Hg生态风险最为严重。 (2)各影响因素与泥沙对重金属的吸附率作用关系为污染物初始浓度C0、泥沙粒级D、离子强度Ⅰ值越大,K越低;泥沙含量CN越高,K越高,且存在最佳CN值;pH增大,K增高,曲线可划分为快、平、快三阶段;K随温度T的升高呈线性增长。 (3)根据以上分析,建立了重金属吸附率综合作用模型,利用实测及收集的数据资料建立并率定了巴彦高勒至头道拐河段泥沙吸附重金属的吸附率综合作用公式。计算得到巴彦高勒断面K值在1~12月份分别为0.621,0.628,0.786,0.744,0.663,0.645,0.644,0.812,0.753,0.723,0.792,0.753。 (4)巴彦高勒至头道拐区段EFDC模型水动力计算结果显示水位计算值和实测值具有高度的一致性,反映了本模型的可靠性和有效性。 (5)巴彦高勒至头道拐区段EFDC模型水溶态重金属迁移模拟结果显示降解系数1.0×105s-1的降解程度最大。相同衰减系数时,污染物向下游迁移的过程中,自第15d后衰减幅度逐渐降低,由于水流扩散作用,污染带的逐渐拉长,污染物浓度梯度减小。并且河宽狭窄的河段,水流速度较大,污染物迁移速度快。 (6)三湖河口断面分析结果显示,106~140d、197~231d、289~323d三个时段各自的模拟分析中,污染物在197~231d时段前5d累计流量最小、到达三湖河口断面最晚,污染物浓度峰值最低,停留时间最长。 (5)当上游发生突发污染时,根据目标区域距污染发生断面的距离,由模型计算结果判断污染物到达该断面的时间、污染带的大致起止地点及长度,从而在污染物到达之前做好投放点的布置工作,包括投放的重点河段、布置频率、投放量等。


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