Hydrus-1D软件在地下水污染风险评价中的应用

地下水有机污染常具有污染物种类多、含量低,危害大的特点[1-3].由于地下水更新速度慢,埋藏情况复杂,一旦发生有机污染,依靠其自净能力很难降解污染物,需要投入大量的时间及成本进行治理[1,3].因此,针对地下水污染的风险评价工作就显得尤为重要.地下水污染风险评价方法主要有迭置指数法、数据分析法及过程模拟法3大类[4],传统的迭置指数法,如DRASTIC 评价方法,其指数设置主观性强,不同区域的评价结果难以比较,评价精度有待提高[5-6];数据分析法及过程模拟法均需要长期、大量的观测数据及计算参数,相比较而言,数据分析法可以在参数相对缺乏的情况下,依靠数学方法进行不确定性分析,减小数据离散化产生的误差,提高评价准确性[4,7];过程模拟法在数据相对充足的情况下,可以依靠计算机软件或数学模型模拟污染物长期的动态变化过程,同时与GIS 技术相结合,能够较为准确的进行区域性地下水污染风险评价[7-9].包气带是污染物自地表输入最终进入含水层的必经之路,在小范围、浅层包气带,可依靠野外取样及室内实验测试,获取包气带土壤和水力学相关参数,以及污染物分布特征等,但当以大尺度区域或深层包气带为研究对象时,野外大量取样常较为困难,故需要在参照经验参数的基础上,借助计算机软件进行模拟计算.

 

Hydrus-1D 是由美国农业部、美国盐碱实验室等机构在SUMATRA、WORM 及SWMI 等模型的基础上创建发展而来,模拟宏观及微观尺度上饱和及非饱和介质中一维水流、溶质、热和二氧化碳运移和反应的软件, 其作者是JirkaŠimůnek、Rien van Genuchten、Miroslav Šejna 等.它可以通过网格剖分精确刻画介质结构,根据反应物质及边界条件的不同,具有多种水流、溶质反应模型供用户选择,在农业、水利、环境学、微生物学等领域得到了广泛应用[10-15].近年来该软件主要应用于农业领域或室内试验模拟,如计算田间氮素流失及氮转化[13,16-17]、农药迁移转化,灌溉水量周期性变化[19-20],重金属离子运移[14,21]等,其研究区尺度及模拟深度均较小(研究区一般小于100m×100m,模拟深度一般小于2m),将该软件应用于大尺度范围,模拟污染物在整个包气带中的迁移转化过程,并将模拟结果应用于地下水污染风险评价的研究尚不多见.因此,本研究基于Hydrus-1D 软件,以北京市东南郊农业灌溉用再生水中持久性有机污染物萘、菲为研究对象,模拟其自地表灌溉进入地下后在整个包气带中发生的迁移衰减过程,以最终穿透包气带进入潜水含水层的萘、菲浓度为输出结果,结合MapGIS 进行成图分析,对萘、菲浓度进行区划评价,从而得到区域地下水多环芳烃污染风险评价结果,为合理利用再生水,保护地下水资源提供理论依据.

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