發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 10:46

【摘要】：河水中的部分污染物通過(guò)河底以及邊坡基質(zhì)進(jìn)入河道底泥基質(zhì)中,通過(guò)滲透、擴(kuò)散等過(guò)程進(jìn)入地下水環(huán)境中,對(duì)地下水造成污染。河流污染水體與地下水的聯(lián)結(jié)層河道底泥基質(zhì)為多孔介質(zhì),具有毛管孔隙特征,研究如何采取人工措施使其毛管孔隙特征發(fā)生改變,遏制河流排泄水、污水對(duì)地下水的污染的課題就顯得十分重要。本文通過(guò)河道原狀底泥室內(nèi)土柱積水入滲試驗(yàn),研究細(xì)顆粒物質(zhì)隨水流入滲潛入河道底泥基質(zhì),阻塞底泥基質(zhì)孔隙,遏制河流水中污染物進(jìn)入地下水的作用和效果。研究結(jié)果如下:(1)不同細(xì)顆粒物質(zhì)潛入河道多孔介質(zhì)具有不同的減滲效果。細(xì)粒徑物質(zhì)粉煤灰、水渣、水泥和黏土實(shí)施潛入河道多孔介質(zhì)基質(zhì)后,都會(huì)一定程度上減小基質(zhì)水分入滲率,其減滲效果順序?yàn)?水泥(29.49%~39%)㧐黏土(14.1%~21%)㧐粉煤灰(12.82%~14%)㧐水渣(7.69%~12%)。細(xì)顆粒物質(zhì)潛入底泥基質(zhì)后物理性堵塞和凝聚堵塞底泥基質(zhì)孔隙,降低底泥基質(zhì)孔隙率,減弱底泥基質(zhì)水分的入滲能力,進(jìn)而減小基質(zhì)水分入滲速率。水泥的比重和膠凝特性都大于水渣、粉煤灰和黏土,潛入河道底泥基質(zhì)后的減滲效果相對(duì)顯著。(2)底泥基質(zhì)質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、細(xì)顆粒水泥添加方式、添加劑量、潛入水頭和延遲供水時(shí)間都是影響減滲效果的重要因素。3種添加方式下,減滲效果依次為:延遲(27.69%)㧐即時(shí)(17.14%)㧐同時(shí)(16.22%)。減滲率隨延遲供水時(shí)間(0~48h)、水泥添加劑量(0.2~3 kg/m~2)的增加先增大后趨于穩(wěn)定,延遲12h時(shí),減滲率已達(dá)到最大(約33.33%),添加劑量為1kg/m~2時(shí),減滲率幾乎達(dá)到最大(約31.03%);減滲率隨底泥砂粒含量(29.96~76.3%)、潛入水頭(0~120cm)的增加,底泥基質(zhì)干容重(1.3~1.6g"cm~3)的減小而增大。砂粒含量為76.3%時(shí),減滲率達(dá)40.82%�；|(zhì)干容重為1.3g"cm~3時(shí),減滲率達(dá)39.67%。水頭為120cm時(shí),減滲率達(dá)37.78%。延遲時(shí)間越長(zhǎng)、添加劑量越多、基質(zhì)砂粒含量越大(粒間孔隙越大)、干容重越小(大孔隙越多)、潛入水頭越大,水泥潛入量越多,減滲效果越好。(3)網(wǎng)格搜索優(yōu)化SVM模型是細(xì)顆粒水泥潛入河道底泥基質(zhì)條件下減滲效果預(yù)測(cè)的最好模型。選用減滲效果影響因素表征參數(shù)為輸入變量建立的減滲效果表征參數(shù)減滲率多種預(yù)測(cè)模型的誤差都在可接受范圍,都是可行的。相對(duì)而言,線性、非線性回歸預(yù)測(cè)誤差較大,建模樣本的平均誤差分別為14.98%和12.6%,驗(yàn)證樣本的平均誤差分別為10.97%和11.64%。BP、GA-BP及PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建模樣本的平均誤差分別為3.61%、3.60%和3.35%,驗(yàn)證樣本的平均誤差分別為7.4%、4.42%和4.95%,但存在對(duì)樣本的依賴性太大的缺陷。SVM模型和網(wǎng)格搜索優(yōu)化后的SVM模型的的建模樣本平均誤差分別為4.56%和1.52%,驗(yàn)證樣本的平均誤差分別為7.54%和3.47%。(4)細(xì)顆粒水泥潛入河道底泥基質(zhì)后對(duì)不同污染物質(zhì)垂向分布有不同程度的影響。細(xì)顆粒水泥的潛入比較顯著地促進(jìn)了重金屬元素的表聚現(xiàn)象,且底泥基質(zhì)中砂粒含量越大,促進(jìn)作用越明顯。距離表層1cm深度土層(水泥潛入層)中重金屬元素Cd(8.56%~29.58%)、Zn(9.77%~24.61%)、Cr(12.79%~35.7%)、Cu(8.56%~23.7%)、Pb(8.46%~20.27%)和Ni(11.84%~35.17%)濃度增加程度都大,距離表層10~90cm深度土層中重金屬離子濃度減小率在5%~20%;氨氮、硝態(tài)氮、也表現(xiàn)出水泥潛入層濃度增加(10%~25%),水泥潛入層以下濃度減小(10%左右)的趨勢(shì);細(xì)顆粒水泥潛入底泥基質(zhì)后水化反應(yīng)會(huì)析出一定量的游離Ca~(2+),各深度土層中Ca~(2+)濃度都有一定程度的增加(5%~30%)。(5)細(xì)顆粒水泥潛入河道底泥基質(zhì)可較為顯著地減少污染物對(duì)流運(yùn)移量及截留河道水流中的污染物質(zhì)。如入滲歷時(shí)為800min,延遲12h供水,添加1.0kg/m~2水泥,水泥潛入水頭為120cm條件下,污染物質(zhì)(以銨態(tài)氮為例)累積運(yùn)移量減少率可達(dá)到45%~55%。細(xì)顆粒水泥潛入底泥基質(zhì)堵塞基質(zhì)孔隙、降低導(dǎo)水率、減小污水累積入滲量,進(jìn)而降低污水中污染物質(zhì)對(duì)流運(yùn)移量。水泥潛入底泥后,滲出水中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、Cl~-、Cr和Ni濃度減少程度較顯著,達(dá)到50%左右�？偭�、SO_4~(2-)、Cd、Cu、Pb和Zn濃度減小程度在10%~40%。細(xì)顆粒水泥潛入底泥基質(zhì)孔隙不僅堵塞污染物質(zhì)的機(jī)械擴(kuò)散通道,還會(huì)與污染物質(zhì)發(fā)生吸附、離子交換、固化團(tuán)結(jié)等作用,截留污染物于細(xì)顆粒水泥潛入層。研究成果可為減少地表污水中污染物通過(guò)排污溝道、河道向地下水滲流與遷移提供技術(shù)理論依據(jù),也可為地下水環(huán)境防治提供有效、低成本工程措施。但由于受試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)手段的制約,還有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。
【圖文】：

圖 2-1 滲流裝置示意圖Fig. 2-1 The diagram of test equipment析儀主要包括供試底泥基質(zhì)、細(xì)顆粒物的粒徑分析，滲流試驗(yàn)前后中營(yíng)養(yǎng)性污染物、鹽分、重金屬等物質(zhì)含量的測(cè)定。度分析儀圖 2-2 激光粒度分析儀Fig.2-2 Laser particle size analyzer

圖 2-1 滲流裝置示意圖Fig. 2-1 The diagram of test equipment括供試底泥基質(zhì)、細(xì)顆粒物的粒徑分析，滲流性污染物、鹽分、重金屬等物質(zhì)含量的測(cè)定。析儀
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X52

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