【摘要】：土壤和地下水污染問題已成為環(huán)境污染問題中的一個重要研究課題。而污染物種類繁多,其中對氟污染物的研究,是目前比較關(guān)注的環(huán)境問題之一。由于氟具有特殊的化學(xué)性質(zhì),它在土壤中的遷移方向和強(qiáng)度,取決于土壤性質(zhì)和多種環(huán)境要素的共同作用,即氟在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。目前研究污染物在飽和、非飽和土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律常用的方法是土柱實(shí)驗(yàn),通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可以幫助我們分析影響遷移轉(zhuǎn)化的各種因素,揭示污染物在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移機(jī)理,同時也可解決野外實(shí)驗(yàn)投資大、周期長、不確定因素較多難以控制等問題,從而縮短了實(shí)驗(yàn)研究周期。 本文基于多孔介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移理論,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上完整地從小土柱—大土槽、飽和—非飽和、單層土壤—成層土壤作了全套的大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,采用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算相結(jié)合的分析研究方法,歸納總結(jié)了氟(氯)離子在不同條件下的運(yùn)移規(guī)律,并對非飽和土壤中土水運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行了擬合計(jì)算分析研究。主要研究內(nèi)容如下: (1)通過不同尺度的飽和、非飽和土柱實(shí)驗(yàn),獲得氟(氯)在不同質(zhì)地、不同分層土壤條件下的運(yùn)移規(guī)律,并利用擬合穿透曲線法反求出運(yùn)移參數(shù)。重點(diǎn)研究了不同的加溶質(zhì)方式對氟離子在土壤中運(yùn)移規(guī)律的影響。結(jié)果表明:氟離子在粘粒含量高的的土壤中的阻滯因子和水動力彌散系數(shù)均大于粘粒含量低的土壤中的阻滯因子和水動力彌散系數(shù)。在加溶質(zhì)方式上,同時注入NaF和NaCl混合溶液比單獨(dú)注入NaF溶液在濃度峰值到達(dá)時間上要來得慢些,濃度峰值也小,但在清水淋濾過程中合加NaF和NaCl混合溶液時淋出氟的濃度比單加NaF溶液時要大,這表明鈉離子的加入對氟離子的遷移起了促進(jìn)作用。通過氟氯對比試驗(yàn)進(jìn)一步明確了氟離子較氯離子更加活潑。(2)對各種不同配比的土壤進(jìn)行了非飽和土水運(yùn)動參數(shù)的大量實(shí)驗(yàn)研究,得到了土水特征曲線、非飽和導(dǎo)水率的關(guān)系,并利用VG模型對其進(jìn)行了擬合分析研究。并將所得參數(shù)應(yīng)用到非飽和—飽和土柱實(shí)驗(yàn)計(jì)算中,為氟運(yùn)移理論模型的初步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(3)通過大土柱和準(zhǔn)三維大土槽物理模型實(shí)驗(yàn)對氟氯離子在垂向和水平方向上動態(tài)遷移特性進(jìn)行了比較研究,得到了不同特性的運(yùn)移規(guī)律。將小土柱物理模型率定的參數(shù)應(yīng)用到大土槽中,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對參數(shù)作了修正。在模型編程計(jì)算時,為了減小流速波動對氟、氯離子運(yùn)移的影響,在模型計(jì)算中流速沒有按常規(guī)方法取平均流速,而是研究了分段流速計(jì)算的方法,結(jié)果表明,后種計(jì)算模擬方法更接近實(shí)驗(yàn)值。(4)為了探討氟離子濃度在水平和垂直方向上的淋濾凈化過程,采用經(jīng)驗(yàn)公式對各測點(diǎn)氟離子濃度衰減變化進(jìn)行擬合研究,表明其符合指數(shù)衰減曲線規(guī)律。為建立氟離子濃度峰值衰減與沿程距離的相關(guān)關(guān)系曲線,對水平和垂直兩個方向分別采用二次多項(xiàng)式擬合,從相關(guān)系數(shù)看,兩結(jié)果是一致的。
【圖文】：

:飽和一非飽和土中氟運(yùn)移規(guī)律動態(tài)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究圖4一1監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)部分圖4一2監(jiān)測系統(tǒng)傳感器部分整套監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件和軟件部分，其中硬件部分由監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)和水勢傳感器兩大部分組成(見圖4一l和圖4一2)。()l監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)是由程控多路開關(guān)陣列、恒流源、隔離變送放大器和12位A心變換器等單元組成。當(dāng)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序驅(qū)動下，對各路傳感器進(jìn)行周期巡回檢測。傳感器的輸出信號由程控多路開關(guān)送入隔離變送放大器，各傳感器測得的微弱信號被放大，正負(fù)輸出電平在士SV之間。放大后的信號電壓經(jīng)刀D變換器轉(zhuǎn)換成12BIT數(shù)字信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息采集、處理分析、并存入內(nèi)存，被測量結(jié)果能以表格或曲線方式顯示和復(fù)制。

:飽和一非飽和土中氟運(yùn)移規(guī)律動態(tài)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究圖4一1監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)部分圖4一2監(jiān)測系統(tǒng)傳感器部分整套監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件和軟件部分，其中硬件部分由監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)和水勢傳感器兩大部分組成(見圖4一l和圖4一2)。()l監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)是由程控多路開關(guān)陣列、恒流源、隔離變送放大器和12位A心變換器等單元組成。當(dāng)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序驅(qū)動下，對各路傳感器進(jìn)行周期巡回檢測。傳感器的輸出信號由程控多路開關(guān)送入隔離變送放大器，各傳感器測得的微弱信號被放大，正負(fù)輸出電平在士SV之間。放大后的信號電壓經(jīng)刀D變換器轉(zhuǎn)換成12BIT數(shù)字信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息采集、處理分析、并存入內(nèi)存，，被測量結(jié)果能以表格或曲線方式顯示和復(fù)制。
【學(xué)位授予單位】：河海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號】：X53;X523

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本文編號：2708531