摘要本文通過介紹地下水污染溶質運移的理論模型及研究進展，以及可應用的計算軟件；提出目前地下水溶質運移模型仍存在的問題，并對應用前景進行了展望。
　　關鍵詞地下水污染溶質運移進展
　　
　　地下水污染溶質運移模型是指運用數(shù)學模擬方法研究污染物在地下水中遷移、轉化，通過模擬可溶性污染物在地下水中遷移時濃度的時空變化規(guī)律，預測地下水污染的瞬時動態(tài)與擴展范圍，可以更好的為防治地下水污染提供科學依據。
　　1溶質運移研究的理論基礎
　　目前，關于地下水溶質運移行為特征的模型主要有兩種：一是溶質的水動力運移模型，描述水文和物理的溶質運移過程；二是溶質的多組分化學平衡模型，研究的是在各種復雜化學作用下的溶質形態(tài)分布的狀況。
　�。�1）水動力運移模型
　　水動力運移模型即傳統(tǒng)的對流彌散模型，以多孔介質中的物質運輸理論為基礎，遵循質量守恒定律而建立的偏微分方程。溶質是非揮發(fā)性物質，當氣相物質被忽略時，溶質運移方程表達式為：
　　
　　式中V=q/為達西速度（L/T）：h為壓力水頭（L）；為衰變常數(shù)（1/T）；為介質的干容重（M/L3）；為修正的介質壓縮系數(shù)（1/L）；M為其他過程的源匯項（M/L3）。
　　（2）化學平衡模型
　　對于已知其原理的化學反應，模型的建立一般基于以下原理：質量守恒定律，質量作用定律，電中性方程。在局部平衡的假設下，各組分的每種化學反應均可由代數(shù)方程描述，以絡合反應為例：
　　絡合物由基本組分形成：
　　
　　平衡時的質量作用定律可以表示為：
　　
　　為平衡常數(shù)，為反應計量系數(shù)，為基本組分的電荷數(shù)，為反應計算系數(shù)，為基本組分的電荷數(shù)，為絡合物的電荷數(shù)。熱動力學活度，可近似表達為：
　　
　　式中為活度系數(shù)，為溶解組分的摩爾濃度。
　　2國內外研究進展
　　2.1國外研究進展
　　自上世紀開始可以分為三個階段：
　　第一階段在70年代：是在水動力模型研究基礎上開始地下水溶質運移模型的研究。通過簡化的和統(tǒng)計的模型研究各種水動力彌散理論，制定出了測定溶質運移參數(shù)的方法。代表作為以色列學者Jacob、bear分別發(fā)表的著作《Dynamicsoffluidsinporousmedia》和《Hydraulicsofgroundwater》。
　　第二階段為發(fā)展階段，從80-90年代初期：開始出現(xiàn)了大量溶質模型，包括水溶液平衡地球化學模型、地下水溶質運移模型以及耦合模型：如Miller和Benson建立了用于模擬一維飽和多孔介質溶質運移的數(shù)學模型CHEMTRN[1]，并將該模型應用于鍶(Sr)在地下水中的運移；Cederberg等人提出了多組分溶質系統(tǒng)的一個質量運移模型TRANQL，用鎘(Cd)、氯化物、溴化物進行絡合和吸附反應的模擬。
　　此外，還有Walter等提出了模擬多種熱動力化學反應物質運移模型MINTRAN；Pfingsten提出的一維耦合模型MCOTAC。
　　第三階段，自90年代中期，主要是將傳統(tǒng)模型進行改進。Tebes-Stevens和Alocchit建立了反應運移模型FEREACT，把兩步迭代和地球化學及微生物反應作用聯(lián)合起來，提高了傳統(tǒng)連續(xù)迭代法的收斂性。Merkel研究了鈾(U)在地下水中的反應運移[2]，考慮了其在地下水及水與固體之間的對流、彌散、稀釋、吸附等相互作用。Ferrel等則應用地球化學運移模式PHREEQC預測模擬重金屬(Pb)在黏土中的滯留問題。
　　近年來，國外學者在地下水溶質運移理論和實驗研究方面又取得了新的進展，對污染物運移的彌散系數(shù)提出了與時空相關的表達式，使得運移方程中的系數(shù)考慮更全，取值更加合理。
　　2.2國內研究進展
　　我國對地下水運移模型的研究是從80年代初才開始的。自1982年武漢水利電力學院應用伽遼金有限元法，求解了在滲流區(qū)有抽水井條件下的溶質運移問題后。許多學者開始進行這方面的理論和應用研究，如：蔣輝曾以硝酸鹽氮伽作為模擬計算因子[3]，對河南沁陽市地下水水質進行數(shù)值分析。吳吉春、薛禹群首次建立了越流含水層系統(tǒng)地下水污染的數(shù)學模型[4]，并將其應用于平原盆地地下水污染。史曉杰等運用PHREEQC模型軟件模擬灌溉水與土壤之問的相互作用過程，探討了土壤鹽漬化的形成機理。
　　3地下水溶質運移模型存在的問題
　　雖然國內外關于地下水溶質運移模型的研究已經取得了很大進展，從單純、孤立的研究，成為目前多學科交叉的溶質運移模型；但是仍然存在著諸多問題，包括：模擬作用過程的機理還需進一步查明；彌散系數(shù)的實測分析方法有待完善；非保守性污染物的運移轉化問題還需進一步加強等等。
　　4目前常用的模擬軟件
　　目前在國際上，DOS版本的MODFLOW、MT3D等依然發(fā)揮著重要的作用，其中：MODFLOW是由美國地質調查局（USGS)于80年代開發(fā)出來的一套專門用于孔隙介質中三維有限差分地下水流數(shù)值模擬的軟件。
　　隨著計算機技術的發(fā)展，帶有可視化功能的地下水模擬軟件發(fā)展迅速，以加拿大Waterloo水文地質公司開發(fā)的VisualMODFLOW和FEFLOW最為著名，其中：VisualMODFLOW是目前國際上最為流行且被一致認可的三維地下水流和溶質運移模擬評價的標準可視化專業(yè)軟件系統(tǒng)。
　　在國內以中國水利水電科學研究院為代表的基于有限元方法和有限差分方法開發(fā)的GWMS三維地下水溶質運移模型也得到了廣泛應用。
　　比較流行的化學平衡模擬軟件有PHREEQC、MINTEQA2等。其中：MINTEQA2是美國環(huán)保局(EPA)開發(fā)的模擬軟件，被廣泛用于地下水分析、采鈾區(qū)地下水的修復等許多實際工作。
　　5結語
　　隨著計算機科學及“3S”系統(tǒng)的發(fā)展和應用，通過對地下水污染溶質運移轉化進行模擬，已成為環(huán)境保護、土地規(guī)劃等領域的常用手段，廣泛的用于控制地下水污染，防止土壤鹽堿化等各個方面，預計地下水溶質運移模型必將更好的為人類服務。
　　參考文獻
　　[1]MillerCW,BensonLV.Simulationofsolutetransportinchemicallyreactiveheterogeneoussystem:modeldevelopmentandapplication[J].WaterResour.Res.,1983,19(2):381-391
　　[2]MerkelB.地下水中鈾的反應運移模擬[J].地球科學-中國地質大學學報，2000,25(5):451-455
　　[3]蔣輝.河南沁陽市地下水水質的數(shù)值模擬[J].水文地質工程地質,1996,23(2):14-15.
　　[4]吳吉春,薛禹群.越流含水層系統(tǒng)中的溶質運移方程[J].水文地質工程地質,1996,25(1):30-31

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