金屬礦區(qū)重金屬遷移對(duì)水體影響的數(shù)值模擬

軒曉博 逄 勇,李一平,王仕彬,王 雪

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098;2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003;3.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098；4.福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì),福建 泉州 362021)

金屬礦區(qū)重金屬遷移對(duì)水體影響的數(shù)值模擬

軒曉博1,2逄 勇1,3,李一平1,3,王仕彬4,王 雪1

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098;2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003;3.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098；4.福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì),福建 泉州 362021)

為了解礦區(qū)土壤中重金屬對(duì)周圍地表水體的影響,以閩江支流浐溪河彭村水庫為例,基于MIKE21模型平臺(tái)構(gòu)建二維重金屬預(yù)測(cè)模型,根據(jù)重金屬在水體和底泥中的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散、懸浮沉積及吸附解吸原理,采用土壤淋溶及浸泡試驗(yàn)所獲取的庫區(qū)土壤重金屬含量等數(shù)據(jù),模擬不同入庫流量下庫區(qū)Zn、Cd、Pb等3種重金屬污染分布規(guī)律。結(jié)果表明:小流量條件下,Zn的濃度為庫區(qū)中央最小，兩岸次之，靠近礦區(qū)區(qū)域最大；大流量下,庫區(qū)中央大于兩岸,下游大于上游。Pb的濃度為庫區(qū)中央大于兩岸,下游大于上游。Cd的濃度為庫區(qū)中央大于兩岸,下游大于上游。水庫蓄水后,重金屬濃度基本滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

金屬礦區(qū);重金屬遷移; MIKE 21; 水質(zhì); 數(shù)值模擬

重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化受金屬的化學(xué)特性、土壤的物理特性、生物特性和環(huán)境條件等因素影響,其遷移轉(zhuǎn)化過程分為物理遷移、化學(xué)遷移、物理化學(xué)遷移和生物遷移,其遷移轉(zhuǎn)化形式復(fù)雜多樣,是多種形式的錯(cuò)綜結(jié)合[1-3]。

通常狀況下,土壤中的重金屬基本處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),且難以遷出土體[4],當(dāng)土壤物理特性以及環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí),重金屬就會(huì)發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化。對(duì)于水庫,當(dāng)其蓄水后,由于水體的浸泡作用,土壤中的重金屬除部分發(fā)生水解生成難溶物外,剩余重金屬多會(huì)析出,并且能以離子態(tài)在底泥以及水體中轉(zhuǎn)移擴(kuò)散,從而有可能影響水體質(zhì)量。多年來因重金屬污染物進(jìn)入河流、水庫、湖泊等導(dǎo)致水環(huán)境污染釀成了不少悲劇,因此它是水庫(湖泊)、河流水環(huán)境評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一。

隨著計(jì)算機(jī)水平的快速發(fā)展,采用先進(jìn)的計(jì)算軟件平臺(tái)來構(gòu)建符合實(shí)際的重金屬預(yù)測(cè)模型,將成為一種新的預(yù)測(cè)手段。常見的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型有美國陸軍工程兵團(tuán)水道實(shí)驗(yàn)站的模型SELECT、CE-QUAL-R1和CE-QUAL-W2[4]等模型,美國國家環(huán)保署(EPA)開發(fā)的WASP[5]、EFDC[6]模型,美國農(nóng)業(yè)部(USDA)開發(fā)的SWAT模型[7]等,以及丹麥水力學(xué)研究所(DHI)研制開發(fā)的MIKE軟件模型,這些模型在水庫水質(zhì)模擬預(yù)測(cè)過程中都發(fā)揮了極其重要的作用。

以上各類模型軟件都有各自的側(cè)重點(diǎn)和局限性,并且在模擬水流流場(chǎng)以及水質(zhì)分布方面存在一定的差異。如SELECT模型,只能預(yù)測(cè)已知密度水庫的垂向水質(zhì)分布,且對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行了物質(zhì)化處理；CE-QUAL-R1模型與SELECT模型一樣,也是確定水質(zhì)參數(shù)垂向位置隨時(shí)間變化的值,它將水庫概化為垂直方向一系列的水平層,且每一次的熱能與雜質(zhì)都均勻分布；另外該模型對(duì)氮、磷等營養(yǎng)元素的遷移轉(zhuǎn)化過程能較好地模擬,但對(duì)重金屬等應(yīng)用較少；SWAT模型主要針對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行模擬，等等。近年來經(jīng)過國內(nèi)外許多工程實(shí)際運(yùn)用,認(rèn)為MIKE模型在預(yù)測(cè)水庫水質(zhì)方面具備明顯優(yōu)勢(shì),且能模擬接近實(shí)際的水流條件,尤其對(duì)難溶解的污染物如重金屬的遷移擴(kuò)散等能進(jìn)行較好地模擬。MIKE模型分為MIKE11、MIKE21以及MIKE Basin等,MIKE21是應(yīng)用較為廣泛的平面二維數(shù)學(xué)模型,該模型可用于模擬河流、湖泊、河口、海灣的水流、波浪、泥沙及環(huán)境場(chǎng)。MIKE21模型包括水動(dòng)力學(xué)模塊和水質(zhì)模塊兩大部分,可定義多種類型的水邊界條件,如流量、水位或流速等,能進(jìn)行、干、濕節(jié)點(diǎn)和干、濕單元的設(shè)置,能較方便地進(jìn)行灘地水流的模擬。其中水動(dòng)力學(xué)模塊是MIKE 21軟件最核心的基礎(chǔ)模塊,可以模擬由于各種作用力的作用而產(chǎn)生的水位及水流變化,它包括了廣泛的水力現(xiàn)象,可用于任何忽略分層的二維自由表面流的模擬,該模塊為環(huán)境模擬提供了水動(dòng)力學(xué)的計(jì)算基礎(chǔ)。

目前該軟件在國內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展很快,并在一些大型工程中被廣泛應(yīng)用。如渾河流域采用了MIKE11模型進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測(cè),較好地分析了不同發(fā)展模式的合理性[8];上海世博園白蓮涇區(qū)域水量水質(zhì)預(yù)測(cè)模型依據(jù)MIKE11進(jìn)行構(gòu)建,并模擬了“6·29大雨”白蓮涇河區(qū)域的河道水量水質(zhì)情況[9];劉偉等[10]利用MIKE11模型計(jì)算了松花江干流松江大橋至通氣河口段的NH3-N納污能力,對(duì)不同水文條件下的流量、流速進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬,避免了因排污口概化造成的計(jì)算偏差;此外,MIKE模型還應(yīng)用于長(zhǎng)江口綜合治理工程、太湖富營養(yǎng)化治理工程、香港新機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)等[11]。

通過查詢相關(guān)課題研究成果及設(shè)計(jì)報(bào)告,并檢索了相關(guān)文獻(xiàn),目前在國內(nèi)對(duì)MIKE軟件的使用,多數(shù)集中在天然河流、湖泊以及人工水庫的模擬計(jì)算,但對(duì)于土壤中重金屬遷移對(duì)水庫的影響研究案例較少。本文以閩江支流浐溪河彭村水庫為例,基于MIKE21模型平臺(tái)構(gòu)建二維重金屬預(yù)測(cè)模型,采用土壤淋溶及浸泡試驗(yàn)所獲取的庫區(qū)土壤重金屬含量等數(shù)據(jù),模擬不同入庫流量下庫區(qū)重金屬污染分布規(guī)律,參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)水庫水質(zhì)進(jìn)行影響評(píng)價(jià)。

1 數(shù)據(jù)獲取與分析

1.1 數(shù)據(jù)來源

彭村水庫地處福建省德化縣,位于閩江下游的支流——大樟溪上游段,水庫正常蓄水位為642.0 m,總庫容7 871萬m3,具有多年調(diào)節(jié)性能。水庫壩址控制流域面積144.50 km2,占浐溪全流域的14.7%。該水庫主要功能以供水、防洪為主,兼顧發(fā)電等,具有較好的調(diào)節(jié)性能,可對(duì)流域來水“蓄豐補(bǔ)枯”,對(duì)下游起到一定的補(bǔ)償作用。彭村水庫庫區(qū)上游段河道右岸分布有未開發(fā)的鉛鋅礦,礦體分布高程725 m以上,高于正常蓄水位約83 m(圖1)。

圖1 彭村水庫工程位置及與礦區(qū)位置關(guān)系

本次評(píng)價(jià)所采取的源數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取,試驗(yàn)內(nèi)容包括淋溶試驗(yàn)、浸泡試驗(yàn)及試坑滲水試驗(yàn),其中浸泡試驗(yàn)包括水泡試驗(yàn)和酸泡試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)采樣根據(jù)不同的高程按等高距10 m結(jié)合100 m×20 m網(wǎng)度進(jìn)行取樣控制,自下游向上游垂直于主河道在庫區(qū)左岸布置16條測(cè)線,測(cè)線間距100 m,共采取50個(gè)樣品,樣品測(cè)試因子為Pb、Zn、Cd。

本次試驗(yàn),采用不同的pH值分別進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果隨著pH的不同而有所不同。

土壤淋溶試驗(yàn)。測(cè)定Zn、Cd、Pb的質(zhì)量濃度分別為: 2.61～16.70 mg/m3、0.01～0.91 mg/m3、0.49～3.97 mg/m3。

土壤水泡試驗(yàn)。采用蒸餾水進(jìn)行試驗(yàn),浸取結(jié)果顯示:Zn、Cd、Pb的質(zhì)量濃度分別為30.44～212.30 mg/m3、0.40～1.21 mg/m3、1.18～21.62 mg/m3;Zn、Cd達(dá)到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ～Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),Pb符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)占40%,其余符合Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

土壤酸泡試驗(yàn)。采用稀硫酸和硝酸進(jìn)行試驗(yàn),酸泡試驗(yàn)pH值選取5.2、5.5、5.8、6.0,之所以選取這4個(gè)值,是根據(jù)彭村水庫下游龍門灘水庫2012年1月3日以來的逐日監(jiān)測(cè)報(bào)表,于當(dāng)年7月25日出現(xiàn)最低pH值5.2確定的。浸取結(jié)果顯示:Zn、Cd、Pb的質(zhì)量濃度分別為 31.51～153.80 mg/m3、0.18～6.71 mg/m3、0.07～2.42 mg/m3;均小于GB 5085.3—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》的標(biāo)準(zhǔn)中所列的濃度限值,該土壤不具有浸出毒性特征的危險(xiǎn)廢物。

試坑滲水試驗(yàn)。試驗(yàn)得出該區(qū)域土壤滲透系數(shù)為0.099 4～0.305 7 m/d。

1.2 數(shù)據(jù)可靠性分析

本次預(yù)測(cè)源數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)、進(jìn)行一系列的浸溶試驗(yàn)得到,布點(diǎn)時(shí)考慮了水庫水位上漲與消落的過程,取不同高程點(diǎn)進(jìn)行垂向布置,并根據(jù)礦區(qū)與水庫的位置關(guān)系,依據(jù)“近密遠(yuǎn)疏”的原則,進(jìn)行了縱向與橫向的布置,試驗(yàn)的每一個(gè)過程嚴(yán)格按照GB/T 14158—93《區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘查規(guī)范》(1∶50 000)試驗(yàn)規(guī)范要求進(jìn)行,因此,所取得的數(shù)據(jù)是可靠的。

2 模型構(gòu)建

所構(gòu)建的模型包括水動(dòng)力學(xué)模塊和水質(zhì)模塊兩個(gè)部分,水動(dòng)力學(xué)模塊主要模擬水流條件,水質(zhì)模塊主要模擬污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程。

2.1 水動(dòng)力學(xué)模塊

MIKE 21 FM水動(dòng)力部分的輸入數(shù)據(jù)分為以下幾個(gè)部分:①計(jì)算域和相關(guān)時(shí)間參數(shù),包括網(wǎng)格地形及時(shí)間設(shè)置;②校準(zhǔn)要素,包括底床阻力、渦黏系數(shù)和風(fēng)摩擦阻力系數(shù);③初始條件,如水面高程;④邊界條件,分為開邊界條件和閉邊界條件,這里主要為開邊界條件,包括流量、水位等;⑤其他驅(qū)動(dòng)力,包括風(fēng)速、風(fēng)向、源匯項(xiàng)和波浪輻射應(yīng)力等。

該模塊初始條件根據(jù)工程設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)定,驅(qū)動(dòng)力則由氣候統(tǒng)計(jì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所得。本次研究選擇預(yù)測(cè)范圍內(nèi)3個(gè)邊界的流量以及水位時(shí)間序列作為開邊界條件。由于一般水庫豐水時(shí)段水質(zhì)較差,因此計(jì)算時(shí)采用典型年份(P=10%的1974—1975年的水文年份)豐水期的日流量及水位資料,模型參數(shù)率定采用水質(zhì)與水文同步監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。

該模塊網(wǎng)格概化見圖2,地形內(nèi)插結(jié)果參見圖3,模型基本設(shè)置如下：網(wǎng)格數(shù)量為18 981個(gè)，最小網(wǎng)格尺度為15 m， 時(shí)間步長(zhǎng)為300 s， 渦黏系數(shù)為0.4，曼寧數(shù)為32，風(fēng)摩擦阻力系數(shù)為0.001 3。

圖2 彭村水庫水動(dòng)力學(xué)模塊網(wǎng)格概化

2.2 水質(zhì)模型

2.2.1 模型基本方程

流域水質(zhì)模型主要模擬以下污染因子:溶解態(tài)重金屬、吸附態(tài)重金屬、底泥孔隙水中溶解態(tài)重金屬、底泥中吸附態(tài)重金屬、懸浮顆粒物及沉積物量。重金屬在水中和底泥中轉(zhuǎn)移擴(kuò)散、懸浮沉積及吸附解吸的原理如圖4所示,據(jù)此原理推算出重金屬模型見式(1)。

(1)

圖3 彭村水庫水動(dòng)力學(xué)模塊地形內(nèi)插結(jié)果

圖4 重金屬在水體和底泥中的遷移轉(zhuǎn)化示意圖

其中Aadss=kwKdSHMXSS

Ddess=kwXHM

式中:XHM為水體中吸附態(tài)重金屬質(zhì)量濃度，g/m3;Asdss為吸附過程中溶解態(tài)重金屬濃度，g/(m3·d);Ddess為解吸過程中溶解態(tài)重金屬濃度,g/(m3·d);Ssev為沉積過程吸附態(tài)重金屬濃度,g/(m3·d);Rresv為起懸過程吸附態(tài)重金屬濃度,g/(m3·d);t為計(jì)算時(shí)段,s;kw為水體中的解吸率,d-1;kd為重金屬在顆粒態(tài)和水之間的分配系數(shù);SHM為水體中溶解態(tài)重金屬質(zhì)量濃度,g/m3;XSS為水體中懸浮顆粒質(zhì)量濃度,g/m3;Vvsm為SS的沉降速度,m/d;Z為計(jì)算層厚度,m;Rresrat為SS的再懸浮率,g/(m2·d);XHMS為底泥里吸附態(tài)重金屬濃度,g/m2;XSED為沉降通量,g/m2。

由于吸附態(tài)重金屬占總量的95%以上,所以一般不考慮水體中溶解態(tài)重金屬,則上式有時(shí)也可簡(jiǎn)化為

2.2.2 模型邊界條件

模型邊界條件包括水動(dòng)力邊界條件以及水質(zhì)邊界條件。根據(jù)MIKE 21 模型設(shè)置要求,水質(zhì)模型邊界主要為開邊界,與水動(dòng)力學(xué)模塊開邊界一樣,此次研究中共有3個(gè)水質(zhì)開邊界,包括1個(gè)上游開邊界和2個(gè)下游開邊界。從偏保守角度考慮,本次模擬時(shí)的邊界濃度取最不利情況下的數(shù)值。風(fēng)場(chǎng)邊界的確定根據(jù)德化縣30年長(zhǎng)系列氣象觀測(cè)資料,考慮概化為空間均勻的風(fēng)場(chǎng),利用風(fēng)速和風(fēng)向因子,數(shù)據(jù)格式為dfs0文件格式。

2.2.3 模型率定和驗(yàn)證

對(duì)浐溪流域水體監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行了污染物計(jì)算值與實(shí)測(cè)值驗(yàn)證，結(jié)果見圖5。采用2012年2月浐溪流域的實(shí)測(cè)水質(zhì)資料進(jìn)行模型參數(shù)率定。

圖5 浐溪河監(jiān)測(cè)斷面污染物質(zhì)量濃度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值驗(yàn)證

水動(dòng)力模型參數(shù)率定過程中,針對(duì)模型的糙率進(jìn)行調(diào)整,通過對(duì)水位和流量的率定確定模型糙率值為0.03。模型驗(yàn)證過程中,水位和流量誤差均在25%以內(nèi),表明參數(shù)選取較為合理。水質(zhì)模型參數(shù)主要利用ECO Lab中的水質(zhì)模塊和重金屬模塊進(jìn)行率定驗(yàn)證,通過反復(fù)的試算與比較,最終確定參數(shù)值。模型中部分參數(shù)的變化對(duì)整個(gè)模型的影響相對(duì)較小,故采用默認(rèn)值。最終確定的主要參數(shù)見表1。

3 結(jié)果及分析

3.1 模型預(yù)測(cè)結(jié)果

采用已建模型對(duì)蓄水后礦區(qū)附近水庫水質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算,分大、小流量不同條件進(jìn)行計(jì)算,大流量采取典型年份豐水期的平均值,小流量采取典型年份枯水期的平均值。通過計(jì)算得出不同條件下的污染分布圖,結(jié)果見圖6。

由圖6可知不同流量條件下不同重金屬污染分布規(guī)律如下:

a. Zn的質(zhì)量濃度分布規(guī)律。在小流量情況下,庫區(qū)內(nèi)靠近礦區(qū)一岸的狹長(zhǎng)區(qū)域污染濃度較大,大致介于5.281 2×10-3～5.281 6×10-3mg/L,在水庫中央以及下游濃度最小,基本介于5.276 8×10-3～5.277 6×10-3mg/L,其他靠近河岸邊的區(qū)域濃度居中;在大流量情況下,整體的濃度要較小流量條件下的大,庫區(qū)內(nèi)的分布規(guī)律與小流量條件下的恰好相反,在庫區(qū)中央地帶濃度較大,基本處于5.8×10-3～5.83×10-3mg/L,靠近兩岸處較小,為5.78×10-3～5.81×10-3mg/L。不管是小流量條件下,還是大流量條件下,庫區(qū)蓄水后,Zn的質(zhì)量濃度整體滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 水質(zhì)模型參數(shù)取值范圍

圖6 彭村水庫中重金屬在不同流量條件下的污染分布

b. Pb的質(zhì)量濃度分布規(guī)律。在小流量條件下,庫區(qū)中央的濃度較大,基本在9.782 8×10-3～9.783 3×10-3mg/L之間,越靠近兩岸越小,基本介于9.781 2×10-3～9.779 8×10-3mg/L之間;在大流量條件下,庫區(qū)整體分布規(guī)律與小流量基本一致,中央?yún)^(qū)域大,兩岸較小,與小流量條件下分布不同的是,靠近兩岸的濃度更小,基本介于9.74×10-3～9.742×10-3mg/L之間。可以看出,兩種流量條件下,下游濃度大于上游濃度,整體都滿足相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

c. Cd的質(zhì)量濃度分布規(guī)律。在小流量條件下,庫區(qū)中央濃度較大,基本介于8.118 5×10-4～8.119×10-4mg/L,兩岸較小,且靠近礦區(qū)一側(cè)的較對(duì)岸濃度稍大,基本介于8.115 5×10-4～8.116 2×10-4mg/L,且中央?yún)^(qū)域?yàn)橄掠未笥谏嫌?兩岸區(qū)域?yàn)橄掠魏蜕嫌涡∮诘V區(qū)附近;在大流量條件下,整體分布規(guī)律與小流量條件下基本一致,中央?yún)^(qū)域濃度較小流量條件下小,除靠近礦區(qū)一側(cè)區(qū)域,兩岸區(qū)域濃度比小流量條件下稍大,介于8.106×10-4～8.11×10-4mg/L。可以看出,在彭村水庫蓄水后,水庫的Cd質(zhì)量濃度均可以滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜上可知,在不同流量條件下,礦區(qū)重金屬污染范圍均較小,按GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)價(jià),均滿足Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果合理性分析

本模型是在MIKE21平臺(tái)基礎(chǔ)上,充分考慮污染因子的釋放及轉(zhuǎn)移規(guī)律而建立起來。首先按照2012年2月份水質(zhì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行模型率定和驗(yàn)證,并參照太湖流域水質(zhì)預(yù)測(cè)模型中有關(guān)對(duì)重金屬預(yù)測(cè)的參數(shù)取值來確定本次預(yù)測(cè)的參數(shù)值。同時(shí)在模型計(jì)算條件設(shè)置中充分考慮了氧化還原、水體紊動(dòng)強(qiáng)度等方面的因素,使得模擬計(jì)算的過程更趨近于實(shí)際,因此預(yù)測(cè)結(jié)果基本合理。

4 結(jié) 語

筆者基于MIKE21模型,結(jié)合該工程區(qū)的特點(diǎn)以及本水庫特性,構(gòu)建了重金屬二維預(yù)測(cè)模型,進(jìn)一步梳理了重金屬在水體、土壤、底泥過程中的遷移轉(zhuǎn)化過程,對(duì)未開發(fā)礦區(qū)水庫蓄水所產(chǎn)生的重金屬污染影響狀況進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明:水庫蓄水后,Zn濃度分布規(guī)律為:小流量條件下,庫區(qū)中央最小，兩岸次之，靠近礦區(qū)區(qū)域最大,大流量下,中央大于兩岸,下游大于上游;Pb濃度分布規(guī)律為:中央大于兩岸,下游大于上游;Cd濃度分布規(guī)律為:中央大于兩岸,下游大于上游。整體上重金屬濃度均滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可知，該未開發(fā)的金屬礦,在水庫蓄水后不會(huì)對(duì)水庫水質(zhì)產(chǎn)生影響。通過對(duì)污染分布規(guī)律的研究,為水庫設(shè)計(jì)調(diào)度提供優(yōu)化建議,并為類似水庫水質(zhì)預(yù)測(cè)提供參考。

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Numerical simulation of influence of heavy metal migration on water in metallic mining areas

XUAN Xiaobo1,2, PANG Yong1,3, LI Yiping1,3, WANG Shibin4, WANG Xue1

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China; 2.YellowRiverEngineeringConsultingCo.Ltd.,Zhengzhou450003,China; 3.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourcesDevelopmentonShallowLakes,MinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;4.SoutheastFujianGeologicalBrigadeofFujianProvince,Quanzhou362021,China)

In order to make it clear the effects of heavy metals in the soil of mining area to its surface water around, taking the Pengcun Reservoir on the Chanxi River which is a branch of Minjiang River as an example, a two-dimension heavy metal prediction model was set up based on the MIKE21 model. According to the principles of migration-diffusion, suspension-deposition and adsorption-desorption of heavy metals in water and sediment, and by using the concentration data of heavy metals in the reservoir area obtained from the experiment of soil leaching and immersion, the contamination distribution of heavy metals such as Zn, Cd and Pb under different reservoir inflow was simulated. The results show that the distribution order from small to big of Zn concentration under a low flow condition is the central zone of reservoir,river banks,the places close to mining area, while under a high flow condition, the order from big to small is the central zone of reservoir, river banks and downstream, upstream; the distribution order from big to small of Pb concentration is the central zone of reservoir, river banks and downstream, upstream; the distribution order from big to small of Cd concentration is the central zone of reservoir, river banks and downstream, upstream; after reservoir impounding, the concentration of heavy metals in the reservoir can basically meet the water quality standard of Class II in GB 3838—2002 surface water environment quality standard.

metallic mining area;heavy metal migration;MIKE21;water quality;numerical simulation

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.02.006

國家自然科學(xué)基金(51179053)

軒曉博(1979—),男,工程師,碩士研究生,主要從事水資源保護(hù)規(guī)劃及環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。E-mail:xbxuan@126.com

X524

A

1004-6933(2015)02-0030-06

2014-10-18 編輯：徐 娟)