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近年来,随着经济的发展,尤其是采矿、电镀、金属加工、电子等行业的增多,向水体中排放的重金属废水量日益增加,水体重金属污染日趋严重。为了从整体上把握水体中重金属污染物的迁移特征及累积特点,分析水体及底泥中重金属污染状况,有必要建立水体重金属迁移转化及累积模型,利用有限的监测数据来模拟计算重金属污染物在整个区域的分布状态及变化规律。
本文系统地分析了重金属的污染特性,讨论了泥沙对重金属的吸附-解吸作用,回顾了近年来国内外关于水体中重金属迁移转化模型的研究进展,归纳了重金属在水体中的迁移转化规律。在前人研究的基础上,建立了感潮河网地区重金属迁移转化的分相及累积模型以及适于水流变化平缓、泥沙浓度小河流的整体及累积模型。
分相模型以一维水动力、非均匀悬移质泥沙为基础,充分考虑水流对流扩散、非均匀悬移质泥沙及底泥的吸附解吸以及河床冲淤变形对重金属迁移转化的影响;适于少沙河流的整体模型考虑水流对流扩散及底泥吸附解吸的影响。参考一维水质模型的求解方法,本文给出了重金属整体及分相模型的求解方法及求解步骤。
由于水体中重金属浓度资料缺乏以及重金属的监测浓度都是全量浓度,本文以重金属镉为模拟因子,将引入综合系数的整体模型(modelⅠ)及建立的考虑底泥吸附解吸的整体模型(modelⅡ)应用于泥沙浓度低的北江干流飞来峡至石角河段,采用实测数据对模型进行调试和验证,验证结果表明,两模型均能较好的模拟水体中重金属的迁移转化。
由于modelⅡ能更好的反映重金属在底泥中累积的实际过程,所以采用modelⅡ对重金属在底泥中的累积进行模拟。结果表明:河床底泥是水体中重金属镉污染物的巨大累积库,计算时段(2006年1月4~18日,共15天)内有1.12t重金属镉累积于计算范围内河床底泥中,当河段沉积物对重金属的吸附作用达到吸附解吸平衡时,底泥中的累积量随时间变化不大。