库岸地下水变动规律及双酚A迁移机理研究

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水污染对生态环境及人民健康的影响一直以来是社会关注的热点问题,而经济社会的发展也使得诸多新型污染物不断出现。环境雌激素双酚A(Bisphenols A,BPA)作为一种典型的新型污染物,会引起人体内分泌失衡、生殖障碍、发育异常,更甚者会诱发癌症。国内对于BPA迁移运动情况的相关研究相对滞后,已有研究内容多为BPA在各介质中的吸附/解吸行为,未见有BPA在地下水体中的迁移机理与规律的相关研究成果。地表水体及土壤中的BPA在库水位变动条件下易通过渗流作用污染地下水。因此,为了揭示库水位变动、吸附特性以及非均质特性综合影响下的BPA迁移规律,本文依托重庆市基础研究与前沿探索项目“基于变动水位刺激的水力层析扫描机理及库岸地下水量水质预测”(编号Cstc2018jcyjAX0559),开展了库岸地区地下水运动及BPA迁移规律的研究。
  本文运用随机方法构建区域非均质场,探讨了非均质地层中库岸地下水迁移规律。并通过室内试验,探索了BPA在土体介质中的吸附行为。基于以上内容,进一步以实际区域为研究对象,模拟分析了水位变化、非均质特性及吸附作用对BPA在含水层中迁移规律的影响。主要研究内容及成果如下:
  (1)进行了非均质含水层中地下水运动规律的研究。通过随机方法构建非均质场,分别就渗透系数统计参数(均值、方差、相关尺度)以及库水位变动幅度对库岸地下水运动规律的影响进行研究。结果表明渗透系数均值越大,均值变化对地下水变动影响越大;随着方差的增大,渗透系数取值范围越大,随机场非均质性越强,地下水响应库水位变化的能力越弱;相关尺度越大,地下水对库水位变化的响应能力越强,其水位变化幅度越大;库水位变化幅度越大,库岸地下水受地层非均质特性影响越大,而随着区域渗透系数的增大,此影响越小。
  (2)进行了不同级配土壤对BPA的等温吸附试验研究。发现BPA在各土壤中的吸附过程为非线性吸附,可用Freundlich等温吸附模型拟合。土壤中细颗粒含量与其吸附能力成正比,土壤颗粒有效粒径D10以及渗透系数大小与吸附能力成反比,土壤对BPA的吸附能力随渗透系数增大而减小,最终趋于恒值。
  (3)分别就库水位变动、地层非均质性以及吸附作用对BPA在地下水中的迁移过程影响进行模拟研究。结果表明:库水位变化直接影响地下水水力梯度大小,进而影响BPA的对流迁移过程;地层非均质性越强,地下水中BPA迁移速率越小,BPA浓度衰减速率越小。而土壤对BPA的吸附作用,使BPA的弥散迁移及对流迁移过程均受到延迟,地下水中BPA的迁移速率较无吸附作用时小得多。
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