论文部分内容阅读
石油工业在经济发展中占有重要地位,但在油田开发过程中会对地下环境造成不同程度的污染,进而影响生态环境安全。为此,本文选取有代表性的石油污染物—苯作为模拟污染物,进行土柱和砂箱试验,模拟苯在土壤及地下水环境中的运移情况,建立污染物运移数学模拟模型,并利用实验数据对模型进行验证。 采用一维土柱,选择苯作为代表性石油类污染物(petroleum HydrocarbonContaminants,PHCs),模拟自然降水条件,进行了PHCs在砂土、砂质粘土和粘土等3种土壤介质中垂向运移的物理模拟。研究发现土壤粘粒含量直接影响PHCs的地下运移速度。采用二维砂箱,模拟自然地下水条件,进行了苯在地下砂土基质饱和区中运移的物理模拟。实验进行48h后,苯在二维砂箱系统内的平均浓度从5.0mg/g减至3.3mg/g,PHCs污染羽距离污染源400mm;同时PHCs存在水流方向上的横向扩散,但运移能力明显弱于纵向扩散。 在深入理解地下环境中PHCs传输机理、气-水-NAPLs相问作用的基础上,进行参数辨识,建立多相多组分系统的连续性方程和质量通量方程、局部平衡运移方程以及非平衡相间质量运移方程;确定初始条件、边界条件,以及求解方法后,建立PHCs地下运移的数学模型,并对相间质量运移方程和密度方程进行了修正。确定了流体密度、粘度、界面张力、毛细压力、饱和度、渗透率、孔隙度等模型参数后,对PHCs地下环境运移进行数值模拟。模型精度分析表明,在一维土柱模拟中,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为0.537mg/g,相对均方根误差(Relative Root Mean Square Error,RRMSE)达到42.7%,在二维砂箱模拟中,RMSE达到3.641mg/g,RRMSE为174.1%。数值模拟结果与试验数据相近,拟合精度较好,能够准确反映PHCs的地下运移过程。 本文研究成果对于定量化研究PHCs在地下环境中运移归宿、环境质量评价及污染预测、预报与污染防治可提供科学的理论根据与指导。