水土耦合地下水环境高效模拟系统开发及应用

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地下水环境突发污染事故需要快速掌握污染物在地下水中的迁移转化规律,确定污染物扩散范围,进而迅速实施有针对性的治理与防范。由此要求地下水环境数值模型具有快速高效建模与计算的能力。传统地下水环境数值模型由于计算复杂、基础资料要求高,难以满足应急的需求。本研究开发一套适合于地下水环境突发污染事故模拟,在资料条件不是十分具备前提下,对研究区展开快速建模,快速计算的地下水环境模型。   当突发污染事故发生于陆地地表时,污染物首先向下通过土壤非饱和带,进而进入土壤饱和带,即地下水含水层。现状多数地下水环境数值模型忽略了污染物在土壤非饱和带中的运移过程。本研究耦合了污染物在非饱和带与饱和带两个不同介质中运移的数值模拟过程。利用IDL语言平台开发了突发地下水环境污染事件快速数值模拟模型,其中非饱和带溶质迁移模拟采用了垂向一维简化数值模型;饱和带溶质迁移模拟采用了水平二维欧拉法数值模型。模型中大量应用矩阵运算以及IDL功能性函数等,使得模型效率大大提高。该模型建模仅需研究区范围、少数地下水水位、地表高程、土壤属性及污染物特征数据,可快速完成建模和计算。   开发的模型在南京化工园区进行了实际应用,在应用中采用了迦辽金方法的有限元解法计算地下水水位,河流边界全部为地表水力学数值模拟结果。当发生突发污染事件时,利用地下水环境快速数值模拟模块,以污染事件中心距离任意距离矩形为界限,利用有限元水流模型模拟地下水流场作为初始水位,快速建模并模拟污染物迁移过程。两个模型耦合应用解决了研究区示范区地下水环境突发污染事件中模型效率与模型准确性的难题。
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