地下水环境影响评价

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1、地下水环境影响评价 2 评价方法 3 实例： 4 评价方法 2004-11-115 污 染 物 迁 移 的 数 学 模 型 运 移 方 程 (i,j=1,2,3) ICuxxCDxtC iijiji )()( 2004-11-116 污 染 物 迁 移 的 数 学 模 型 初 始 条 件 区 域 ()上 所 有 点 在 某 一 初 始 时 刻 t=0时 的浓 度 分 布 ),(),( 00 zyxCtzyxC t 2004-11-117 污 染 物 迁 移 的 数 学 模 型 边 界 条 件 第 一 类 边 界 条 件 ， 边 界 上 浓 度 是 已 知 的 第 二 类 边 界 条 件 ， 边

2、 界 上 弥 散 通 量 是 已 知 第 三 类 边 界 条 件 ， 边 界 上 溶 质 通 量 是 已 知 ),(),( 1 1 tzyxftzyxC ),(22 tzyxfxCD jij ),()( 3 3 tzyxfnxCDCu iiiji 2004-11-118 数 学 模 型 的 求 解 方 法 解 析 法 简 单 条 件 下 的 溶 质 运 移 模 型 表 达 式 过 于 复 杂 而 难 于 实 际 应 用 数 值 模 拟 法 有 限 差 分 法 （ Finite Difference Method） 有 限 单 元 法 (Finite Element Method) 边 界 元

3、法 (Boundary Element Method) 2004-11-119 1、 有 限 差 分 法 (FDM) 基 本 思 想l 按 时 间 步 长 和 空 间 步 长 将 时 间 和 空 间 区 域 剖分 成 若 干 网 格l 用 未 知 函 数 在 网 格 结 (节 )点 上 的 值 所 构 成 的 差分 近 似 代 替 所 用 偏 微 分 方 程 中 出 现 的 各 阶 导数l 把 表 示 变 量 连 续 变 化 关 系 的 偏 微 分 方 程 离 散为 有 限 个 代 数 方 程 l 求 解 此 线 性 代 数 方 程 组 ， 以 求 出 溶 质 在 各 网格 结 (节 )点 上

4、 不 同 时 刻 的 浓 度 2004-11-1110 有 限 差 分 法 (FDM) 基 本 步 骤l （ 1） 剖 分 渗 流 区 ， 确 定 离 散 点l （ 2） 建 立 水 动 力 弥 散 问 题 的 差 分 方 程 组l （ 3） 求 解 差 分 方 程 组 点 逐 次 超 松 驰 方 法 (SOR) 线 逐 次 超 松 驰 方 法 (LSOR) 交 替 方 向 隐 式 迭 代 法 (IADI)及 强 隐 式 方 法 (SID)等 2004-11-1111 差 分 与 导 数（ Tarley级 数 ） 几 种 导 数 的 差 分 近 似l 1、 一 阶 向 前 差 分l 2、 一

5、阶 向 后 差 分l 3、 一 阶 中 心 差 分 l 4、 二 阶 导 数 的 差 分 x xfxxfdxdf )()( x xxfxfdxdf )()( x xxfxxfdxdf 2 )()( 222 )()(2)( x xxfxfxxfdxfd 2004-11-1112 差 分 方 程 的相 容 性 、 收 敛 性 、 稳 定 性l 相 容 性 导 数 与 其 差 分 近 似 式 之 间 存 在 截 断 误 差 当 时 间 步 长 t和 空 间 步 长 x都 趋 近 于 零 时 ， 差 分方 程 的 截 断 误 差 也 趋 近 于 零 ， 差 分 方 程 的 极 限 形 式就 是 原 偏

6、 微 分 方 程 这 时 ， 认 为 差 分 方 程 与 偏 微 分 方 程 是 相 容 的 ， 这 种相 容 性 表 示 差 分 方 程 “ 收 敛 ” 于 原 偏 微 分 方 程 2004-11-1113 差 分 方 程 的相 容 性 、 收 敛 性 、 稳 定 性l 收 敛 性 指 差 分 方 程 的 解 ， 即 当 步 长 t、 x0时 收 敛 于原 偏 微 分 方 程 的 解l 稳 定 性 差 分 方 程 的 求 解 是 以 步 进 方 式 进 行 的 ， 在 逐 步 推 进的 过 程 中 ， 误 差 也 逐 步 积 累 若 这 种 误 差 积 累 保 持 有 界 ， 则 差 分 方

7、 程 是 稳 定 的 ； 若 这 种 误 差 积 累 无 界 ， 则 差 分 方 程 是 不 稳 定 的 2004-11-1114 差 分 格 式 格 式 不 同 ， 其 截 断 误 差 、 稳 定 性 条 件 不 同l 1、 显 式 差 分 格 式 l 2、 隐 式 差 分 格 式l 3、 Crank-Nicolson差 分 格 式 nininini ECBCACC 111 nininini CECBCAC 11111 nininininini ECFCACECBCAC 1111111 浓 度 取 tn,浓 度 取 tn+1, O( t+ x2) 212 x tDL 1xtuxDu L 2O

8、( t+ x2) O( t2+ x2) TtLxxCuxCDtC L 0,022 2004-11-1115 有 限 元 法 (FDM) 基 本 思 想 l 把 研 究 区 域 剖 分 为 有 限 个 子 区 域l 在 每 个 子 区 域 上 用 某 种 插 值 函 数 来 近 似待 求 解 的 未 知 函 数l 得 到 求 解 相 应 偏 微 分 方 程 的 线 性 代 数 方程 组 2004-11-1116 有 限 元 法 (FDM) 种 类l 里 兹 (Ritz)有 限 单 元 法 基 于 变 分 原 理 ， 从 泛 函 取 极 小 的 变 分 问 题出 发 进 行 离 散 化 的 寻 找

9、 泛 函 往 往 较 为 困 难 ， 常 对 原 方 程 进 行适 当 变 换 ， 但 这 种 变 换 常 引 起 较 大 的 误 差 ，而 导 致 计 算 失 败l 伽 辽 金 (Galerkin)有 限 单 元 法 2004-11-1117 有 限 元 法 (FDM) 基 本 步 骤 加 权 余 量 法 (Method of Weighted Residuals) l 设 微 分 方 程 ： L(u) f 0l1、 用 一 组 有 限 级 数 代 替 未 知 函 数 u Mj jjuu 1试 探 函 数 基 函 数形 状 函 数插 值 函 数 2004-11-1118 有 限 元 法 (F

10、DM) 加 权 余 量 法 余 量 R ： R L()fl 2、 使 余 量 R在 某 种 意 义 下 达 到 最 小 ， 找 出 待求 参 数 uj 简 单 的 办 法 是 使 R在 区 域 平 均 意 义 下 为 零 但 是 ， 这 对 于 M个 未 知 数 来 说 仅 能 得 到 一 个 方 程 。为 了 得 到 M个 方 程 ： 通 过 选 取 权 函 数 W(i 1，2， ， M)， 使 每 个 加 权 的 余 量 在 积 分 意 义 下 为 零 0 Rd),2,1(0 MidRWi 2004-11-1119 有 限 元 法 (FDM) 加 权 余 量 法 根 据 权 函 数 Wi的

11、 选 择 方 法 不 同 ， 可 以 得 到各 种 计 算 方 法 伽 辽 金 法 选 取 权 函 数 Wi为 基 函 数 i， 即 Wi = i 当 待 求 函 数 为 浓 度 C时 ),2,1(0)( MidfuL i enj jjCC 1 2004-11-1120 有 限 元 法 (FDM) 加 权 余 量 法l3、 将 试 探 函 数 式 代 入 权 剩 余 方 程 ， 把权 剩 余 在 整 个 区 域 上 的 积 分 化 为 在 各 个单 元 上 的 积 分 ， 然 后 求 和 ， 便 得 到 一 个方 程 组 0)()( 1 MMe e ji dfCLdfCL 2004-11-11

12、21 有 限 元 中 的 基 函 数 线 单 元l 试 探 函 数l 单 元 e的 基 函 数 12 2112 )()()( xx CxxCxxxC 2112 12 1221 xxxxx xx xx xxee 2004-11-1122 有 限 元 中 的 基 函 数 三 角 形 单 元 l 试 探 函 数l 基 函 数 （ 结 点 i， j， m按 逆 时 针 编 号 ） yaxaaC 321 ),()(21 mjilydxba llll ijjim miimj jmmji yxyxa yxyxa yxyxa jim imj mji yyb yyb yyb ijm mij jmi xxd xx

13、d xxd mm jj ii yx yx yx111 2004-11-1123 有 限 元 中 的 基 函 数 三 角 形 单 元 l 基 函 数 的 性 质 l在 结 点 l上 为 1， 在 其 它 两 个 结 点 上 为 0 l沿 着 三 角 形 的 边 随 距 离 作 线 性 变 化 l在 三 角 形 中 心 处 的 值 等 于 1/3 在 结 点 l的 对 边 上 ， l 0 在 单 元 上 任 一 点 处 都 有 ： i +j +m 1 矩 形 单 元 l=i, j, m 2004-11-1124 边 界 元 法 (BEM) 基 本 思 想 l 基 于 Green公 式 和 Gree

14、n函 数l 把 问 题 的 解 表 示 为 沿 区 域 边 界 的 积 分l 在 计 算 上 把 三 维 问 题 约 化 为 二 维 问 题 ，把 二 维 问 题 约 化 为 一 维 问 题l 能 方 便 并 且 精 确 地 处 理 作 为 奇 点 的 井 点 2004-11-1125 边 界 元 法 (BEM) 基 本 原 理lGreen公 式 表 示 平 面 上 的 曲 线 积 分 与 二 重 积 分 之 间 的关 系 dsynQxnPdxdyyQxP ),cos(),cos( 2004-11-1126 边 界 元 法 (BEM) 基 本 原 理lGreen第 一 公 式 、 第 二 公

15、式 令 yvuQ xvuPdsnuudxdyvudxdyyvyuxvxu Green第 一 公 式 ： dsnuvnvudxdyuvvu )()(Green第 二 公 式 ： 2004-11-1127 边 界 元 法 (BEM) 基 本 关 系l 若 取l C为 浓 度l G称 为 Green函 数 ， 为区 域 中 任 意 一 固 定 点（ 即 基 本 点 ） M 0（ x0， y0） 至 动 点 M（ x， y）的 距 离 Grv Cu MM0ln 若 M与 M0重 合 ， G在 M0点产 生 的 奇 异 性 ， 不 能 应 用Green第 二 公 式 。 为 此 ，可 做 一 个 以 M

16、0为 圆 心 ， 为 半 径 的 园 ， 把 M0包 围 起来 ， 余 下 的 区 域 使 用 第 二公 式 2004-11-1128 边 界 元 法 (BEM) 基 本 关 系l 如 果 点 M0位 于 边界 上 ， 也 可 作 类 似处 理 ， 即 以 M0为圆 心 ， 为 半 径 作一 半 园 （ 园 缺 ） 。 CdxdyGdsnCGnGCMC MM )( 00 )( )(0 对 于 折 线 边 界边 界 夹 角 的 弧 度 对 于 光 滑 边 界M 2004-11-1129 边 界 元 法 (BEM) 基 本 关 系l 可 以 统 一 写 为 CdxdyGdsnCGnGCMC MM

17、)( 00 )( )( )(2 0 0 00 位 于 边 界 的 转 折 点 上位 于 光 滑 边 界 上内 部位 于MM MM 2004-11-1130 边 界 元 法 (BEM) 基 本 步 骤 l 1、 先 把 边 界 离 散 为 N个 结 点 ， 每 个 结 点 用直 线 相 连 ， 该 联 线 称为 边 界 单 元 ， 外 边 界上 的 结 点 编 号 顺 序 为顺 时 针 ， 内 边 界 上 结点 编 号 顺 序 为 逆 时 针 。然 后 把 区 域 离 散 为NT个 三 角 形 单 元 。 2004-11-1131 边 界 元 法 (BEM) 基 本 步 骤 l 2、 在 任 意

18、 边 界 段上 ， 引 进 局 部 坐 标系 （ ， ） ， 找 出浓 度 及 其 法 向 导 数的 表 达 式 ； 在 区 域内 部 的 浓 度 可 用 线性 插 值 基 函 数 表 示 31 )(),(),( j jj tCyxNtyxC 2004-11-1132 边 界 元 法 (BEM) 基 本 步 骤 l3、 离 散 形 式 的 边 界 元 积 分 方 程 ： 把 2中 的 各 表 达 式 代 入 边 界 元 法 的 基 本 关 系方 程l4、 依 次 把 每 一 边 界 结 点 和 内 部 结 点 当作 基 本 点 i， 写 出 上 式 的 形 式 ， 便 得 到一 方 程 组 2

19、004-11-1133 改 进 的 数 值 法 必 要 性l 大 量 的 计 算 实 践 表 明 当 弥 散 作 用 占 优 时 ， 能 取 得 较 为 满 意 的 计算 结 果 对 流 作 用 占 优 的 问 题 时 ， 都 会 遇 到 两 个 数值 困 难 ， 即 数 值 弥 散 和 过 量 2004-11-1134 改 进 的 数 值 法 过 量 现 象l 一 维 流 动 一 维 水 动 力 弥 散 问 题的 纯 对 流l 解 析 解 与 有 限 差 分 数 值 解 C-x曲线 l 在 浓 度 锋 面 附 近 数 值 计 算 的 浓度 超 过 最 大 浓 度 值 1和 小 于 最 小浓

20、度 0。 这 种 计 算 结 果 违 背 了 基本 的 物 理 意 义 。 我 们 称 这 种 现象 为 “ 过 量 现 象 ” 2004-11-1135 改 进 的 数 值 法 数 值 弥 散l 精 确 解 析 解 的 峰 面 是 直 立的 ， 没 有 过 渡 带 ， 但 有 限差 分 的 数 值 解 却 存 在 一 个过 渡 带l 这 个 过 渡 带 在 物 理 上 显 然是 不 存 在 的 ， 它 是 由 于 数值 计 算 过 程 中 的 误 差 产 生的 ， 通 常 称 之 为 数 值 弥 散 2004-11-1136 改 进 的 数 值 法 改 进 方 法l 上 游 加 权 法 l

21、特 征 值 法l 动 坐 标 法l 网 格 变 形 法l 随 机 步 行 法 l 引 入 人 工 扩 散 量 法 实例 2004-11-30 38 研究区概况湘 江 2004-11-30 39 库区地质结构剖面示意图更 新 统棕 红 色 砾 石 层 ，呈 透 镜 状 发 育 ，单 个 透 镜 体 厚 1 2m， 透 镜 体 重 迭 部 位 厚 3 5m，砾 石 磨 圆 度 高 ， 分 选 性 好 ，砾 径 多 为 2 5cm，多 呈 孔 隙 式 胶 结 更 新 统棕 红 色 网 纹 状 亚 粘 土厚 5 10m， 多 呈 厚 层 状 ，胶 结 紧 密 ， 抗 风 化 能 力 强 ，具 有 清

22、晰 的 黄 白 或 白 色蠕 虫 状 条 纹全 新 统砂 卵 石全 新 统亚 粘 土湘江 上 更 新 统棕 黄 色 、 红 色 粘 土 、 亚 粘 土3-12米 厚上 更 新 统砂 卵 石始 新 统 流 市 组 茶 山 坳 段 下 部 岩 段 ，主 要 由 紫 红 色 、 暗 紫 色 泥 岩 、粉 砂 质 泥 岩 和 泥 岩 、 粉 砂 岩夹 薄 层 状 灰 色 钙 泥 质 页 岩 和泥 灰 岩 等 组 成 ，灰 色 夹 层 厚 度 一 般 为 10 30cm，发 育 不 稳 定 。接 近 岩 层 顶 部 的 岩 石 中 普 遍 发 育 有 峰 窝 状 孔 洞 ，孔 径 一 般 小 于 1mm

23、， 孔 内 壁 多 附 白 色 碳 酸 盐 矿 物 薄 壳 。 级 阶 级 阶 级 阶 尾 矿 库E 2004-11-30 40 地下水地球化学特征 矿 化 度 0.119 0.718g/lH CO3SO4NaCaH CO3SO4CaNaSO4H CO3CaNa型 水pH 值 为 7. 5 8.1。矿 化 度 1.07g/lSO42-含 量 0.632 0.715g/lSO4ClCaNaClSO4CaNa4 Ca型 水H 值 为 6.3 7.3。pH=3.16-6.73HC 3含 量 低其 它 组 分 含 量 偏 高矿 化 度 4.63g/lSO42- 达 3.06g/lSO4CaNa型 水p

24、H值 为 3.2 尾 矿 水 尾 矿 坝 渗 水 第 四 系 地 下 水 第 三 系 地 下 水 混 合 地 下 水 pH 为 4.36 6.44矿 化 度 0.03 0.29g/lClH CO3NaCaClNO3NaCa型 水 ，NO3-的 高 含 量U（ ） 在 地 下 水 中 的 含 量 很 低 ，一 般 为 n g/L， 仅 在 尾 矿 库 库 底 的地 下 水 中 含 量 较 高 ， 如 WKB-29-1和WKB-29-2中 铀 的 含 量 达 65.8 g/L和18.0 g/L， 这 说 明 现 在 铀 的 迁 移 仍以 垂 向 为 主 ， 同 时 由 于 库 底 粘 土 的 阻滞

25、 ， 迁 移 缓 慢 。 2004-11-30 41 尾矿库规模n国 营 272厂 铀 水 冶 尾 矿 库 位 于 湖 南 省 衡 阳市 东 南 15km处 ， 地 处 湘 江 衡 阳 段 上 游 的丘 陵 区 。n该 尾 矿 库 从 1963年 8月 投 入 使 用 到 1994年 退 役 为 止 ， 已 形 成 了 滩 面 面 积 为1.47km2、 堆 积 尾 矿 渣 2.0 107t、 二 库联 用 周 圈 堆 坝 、 中 心 排 水 的 平 地 型 尾 矿 。就 其 规 模 而 言 ， 在 亚 洲 亦 属 罕 见 。 2004-11-30 42 尾矿库运营史n 1963年 8月 投

26、入 使 用 ， 尾 矿 浆 开 始 向 第 一 尾 矿 库 排 放 .n 1964年 在 第 一 拦 水 坝 顶 建 虹 吸 排 水 塔 ， 用 于 防 洪 ， 当库 水 位 超 过 78.8m时 ， 即 向 湘 江 排 废 水 ；n 1966年 第 二 尾 矿 库 建 成 并 投 入 使 用 ；n 1970-79年 开 始 在 第 一 拦 水 坝 处 放 矿 堆 坝 ；n 1981年 用 高 32m， 直 径 5m框 架 溢 洪 井 和 直 径 1.1m， 长度 5500m钢 筋 砼 管 联 合 组 成 尾 矿 库 排 洪 系 统 ；n 1994年 退 役n 现 在 尾 矿 库 的 9个 坝

27、 段 在 标 高 为 82-95.3m的 粘 土 坝 上 用尾 矿 砂 堆 高 了 11m 尾矿库全貌示意图松 林 坝 战 斗 坝 初 期 坝 第 一 拦 水 坝 雷 公 坝第 二 拦 水 坝跃 进 坝 南陂坝虹 吸 排 水 井 塔 2004-11-30 44 尾矿砂柱浸实验n R=12cm， H=50cmn 装 填 量 为 9.8kgn 干 装 填 密 度 为1.73 103kg/m3n n=0.45， K=1.83 10-3cm/s。 2004-11-30 45 尾矿砂柱浸实验结果n 黄 铁 矿 氧 化 起 控 制 性作 用n 铀 的 解 吸 量 为 148.96 mgn 铀 在 尾 矿

28、砂 上 的 吸 附浓 度 为 15.2 mg/kg 2004-11-30 46 n在 尾 矿 库 底 部 分 布 有 一 层 厚 约 4 5米 的粘 土 层 ， 30多 年 来 ， U（ ） 被 滞 留 在粘 土 的 0.1 0.5m的 范 围 内n为 了 研 究 核 素 在 粘 土 中 的 吸 附 与 迁 移n 批 实 验n 土 柱 实 验粘土对核素吸附作用的实验与模拟 2004-11-30 47 一、批实验n 粘 土 样 采 自 尾 矿 库 西 南 沿 的 松 林 坝 附 近 。n 实 验 用 的 溶 液 是 用 铀 标 准 经 0.01M的 NaNO3溶液 稀 释 而 配 制 的 。n

29、铀 浓 度 =4.3 10-4M（ ABC组 ， 8份 /组 ，100ml/份 , pH=2-9, S=1g、 0.1g、 0.01g ）n 铀 浓 度 = 4.3 10-5M(D组 ， 8份 ， 100ml/份 , pH=2-9, S=0.1g ) 2004-11-30 48 一、批实验 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.10.20.30.40.50.6 0.70.80.91.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.10.20.30.40.50.6 0.70.80.91.0pH（ a） pH（ b） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.10.20.30.

30、40.50.6 0.70.80.91.0 pH（ c） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9012345 678910 pH（ d）图 3.4 U( )在 粘 土 上 的 吸 附 与 pH的 关 系 ： （ a） A组 实 验 ； （ b） B组 实 验 ；（ c） C组 实 验 ； （ d） D组 实 验U 的吸附量（mg ） U 的吸附量（mg ） U 的吸附量（mg ） U 的吸附量（mg ） 2004-11-30 49 一、批实验nDLM模 型 的 建 立 表 3.16 U（ ） 在 粘 土 上 吸 附 的 DLM模 型 参 数 固 体 浓 度 (M/V) 1g/l 点 密 度 2.

31、3 个 /nm2 有 效 吸 附 表 面 积 9.7m2/g 总 吸 附 点 浓 度 AlOH: 1.68 10 -5mol/l SiOH: 2.02 10-5mol/l 离 子 强 度 0.1M NaNO3 233U( )的 浓 度 4.3 10-4M PCO2 10-3.5atm 表 面 络 合 反 应 LogK AlOH0+H+ AlOH2+ 8.33 AlOH0 AlO-+H+ -9.73 AlOH0+UO22+ AlO-UO2+H+ 2.7 AlOH0+3UO22+5H2O AlO-(UO2)3(OH)50+6H+ -15.00 SiOH0 SiO-+H+ -7.2 SiOH0+UO

32、22+ SiO-UO2+H+ 2.65 SiO0+3UO22+5H2O SiO-(UO2)3(OH)50+6H+ -15.24 2004-11-30 50 一、批实验 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1001234 5678910 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00.20.40.60.81.0pH pH(a)C=4.3 10-5M (b)C=4.3 10-4M图 3.6 DLM模 型 计 算 值 与 实 验 数 据 的 对 比 图 ： (a) 实 圆 点 表 示 D组 实 验 数 据 点 ， 点 线 表 示 模 型 的 拟 合 曲 线 ； (b) 实 圆 点 、 上

33、三 角 形 和 菱 形 块 分 别 表 示 A组 、 B组 和 C组 的 实 验 数 据 点 ， 实 线 、 点 线 和 短 连 线 分 别 表 示 在 这 三 种实 验 条 件 下 的 模 型 计 算 值 。 U 的吸附量（mg ）U 的吸附量（mg ） 2004-11-30 51 一、批实验n 分 配 系 数 （ Kd）n 传 统 的 方 法 有 两 点 不足 ： （ 1） 不 能 提 供溶 质 在 固 体 上 吸 附 机理 的 信 息 ； （ 2） 由于 其 是 在 特 定 条 件 下测 得 的 ， 而 将 其 用 于复 杂 的 天 然 环 境 ， 势必 会 产 生 很 大 的 误 差

34、。 pH图 3.7 DLM模 型 计 算 出 的 U（ ） 在 粘 土 上 吸 附 的 分 配 系 数 与pH值 的 变 化 曲 线 （ U（ ） 浓 度 为 4.3 10-5M， M/V=10g/l）0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.000.050.100.150.20 0.25Kd (L/g) 2004-11-30 52 二、土柱实验n 纵 向 弥 散 度 为 6cmn U（ ） 的 分 配 系 数 为 0.038L/g 2004-11-30 53 模拟软件简介nVisual MODFLOW是 三 维 地 下 水 流 动 和污 染 物 运 移 最 完 整 、 最 易 用 的

35、模 拟 环 境n将 MODFLOW、 MODPATH和 MT3D同最 直 观 强 大 图 形 用 户 界 面 结 合 在 一 起 。n在 建 立 模 型 和 显 示 结 果 的 任 何 时 候 ， 都可 以 用 剖 面 图 和 平 面 图 的 形 式 将 模 型 网格 、 输 入 参 数 和 结 果 加 以 可 视 化 显 示 。 2004-11-30 54 U（）反应-输运模型的建立n单 元 剖 分n 平 面 上 剖 分 60列 ， 43行 ， 共 2580个 单 元 ；n 垂 向 上 分 为 三 层n 第 一 层 为 粘 土 、 亚 粘 土 层 n 第 二 层 为 更 新 统 及 第 四

36、系 的 砂 卵 石 层n 第 三 层 为 下 第 三 系 的 基 岩 2004-11-30 55 边界条件河 流 边 界隔 水 边 界隔 水 边 界隔 水 边 界 2004-11-30 56 尾矿库垂向渗漏量的确定n尾 矿 库 运 营 期 （ 1963 1994）n 水 均 衡 法 ： 7.03 105 m3/an 我 们 以 浅 部 枯 水 期 废 水 中 铀 的 浓 度 的 均 值 ，即 C=0.705mg/ln退 役 后 （ 1994年 以 后 ）n1.73 105 m3/an 据 柱 浸 实 验 ， C=0.509mg/L 2004-11-30 57 水动力参数的选取与分区四 区一 区

37、二 区三 区 五 区 2004-11-30 58 水动力参数的选取与分区一 区二 区三 区四 区五 区 2004-11-30 59 水动力参数的选取与分区 2004-11-30 60 弥散度的取值n 越 来 越 多 的 室 内 外 弥 散 试 验 不 断 地 证 实 了 空 隙 介 质 中水 动 力 弥 散 具 有 尺 度 效 应 。n 一 些 研 究 者 综 合 世 界 范 围 内 百 余 个 水 质 模 型 中 所 使 用的 纵 向 弥 散 度 与 空 间 尺 度 的 关 系 ， 认 为 水 动 力 弥 散 的尺 度 效 应 具 有 分 形 特 征 ， 同 时 ， 还 给 出 了 不 同

38、模 型 纵向 弥 散 度 尺 度 效 应 的 分 维 数 。 2004-11-30 61 弥散度的取值 2004-11-30 62 分配系数的取值n 利 用 DLM模 型 来 确 定 U（ ） 在 粘 土 中 的 分 配系 数n C=0.705mg/L、M/V=10g/Ln 酸 雨 严 重 ， pH=4.054.10， 取 pH=4.1时 的 U（ ） 的 分 配 系 数 ， 即0.0025L/g 图 4.3 DLM模 型 计 算 的 U(6+)的 Kd与 pH值 的 关 系曲 线 (C=0.708mg/L, M/V=10g/L)pH2 4 6 8 100.000.020.040.060.08

39、0.10 0.120.140.16Kd (L/g) 2004-11-30 63 退役后研究区地下水等水位平面图 2004-11-30 64 退役后研究区地下水流向剖面图 2004-11-30 65 退役时核素在粘土层中分布情况从 图 中 可 以 看 出 ， 30多 年 来 ， 库 底 粘 土 层 对 于核 素 的 迁 移 起 到 了 很 好 的 屏 障 作 用 ， 核 素 基 本被 限 制 在 粘 土 层 的 厚 度 范 围 内 ； 核 素 的 迁 移 以垂 向 为 主 ， 侧 向 迁 移 很 小 ， 地 下 水 中 铀 浓 度 除了 库 底 较 高 外 ， 其 它 处 都 很 低 。 这 些

40、 结 果 与 我们 观 察 到 的 结 果 （ 表 3.2和 3.11） 基 本 一 致 ，进 一 步 证 明 我 们 所 建 的 模 型 是 可 靠 的 。 2004-11-30 66 退役500年时核素在地下水中分布情况 2004-11-30 67 退役1000年时核素在地下水中分布情况 5、地下水污染风险评价 2004-11-1169 几 个 概 念 1、 风 险l 当 存 在 危 害 性 行 为 时 遭 受 损 失 、 损 害 和 破 坏 的 可 能 性 。 2、 风 险 评 价l 确 定 某 一 危 害 性 行 为 的 破 坏 效 应 的 性 质 和 大 小 的 过 程 。 3、 环

41、 境 风 险 评 价l 评 估 环 境 污 染 事 件 发 生 概 率 以 及 在 不 同 概 率 下 事 件 后果 的 严 重 性 ， 并 决 定 应 当 采 取 的 适 宜 对 策 。 2004-11-1170 几 个 概 念 4、 危 害 处 理l 在 风 险 评 价 的 基 础 上 ， 综 合 考 虑 法 律 、社 会 、 经 济 、 生 态 、 政 治 等 因 素 ， 确 定是 否 或 在 多 大 程 度 上 控 制 未 来 有 毒 有 害物 质 的 排 放 。l 换 句 话 ， 控 制 污 染 物 质 到 一 种 可 被 接 受的 水 平 。 2004-11-1171 人 类 健

42、康 风 险 评 价 人 类 健 康 风 险 评 价l 描 述 人 类 接 触 有 害 物 质 时 ， 危 害 效 应 的 特 征 。 评 价 过 程l 以 评 价 人 类 暴 露 在 或 能 够 暴 露 在 有 毒 及 有 害 物 质 中 的程 度 ， 确 定 现 在 或 将 来 的 人 类 健 康 风 险 。 现 场 风 险 评 价 l 它 用 来 确 定 人 类 暴 露 于 有 毒 物 质 或 处 于 污 染 现 场 时 ，其 健 康 所 遭 受 的 风 险 程 度 。 2004-11-1172 人 类 健 康 风 险 评 价 的基 本 要 素 （ 步 骤 ） 1、 危 害 鉴 定 2、

43、接 触 方 式 评 价 3、 危 害 性 评 价 （ 毒 性 评 价 ） 4、 风 险 特 征 描 述 2004-11-1173 一 、 危 害 识 别 鉴 定 污 染 物l 鉴 定 与 描 述 有 害 污 染 物 的 特 征 l 污 染 物 在 发 源 地 及 其 在 媒 介 中 活 动 程 度 确 定l 与 污 染 物 接 触 是 否 会 产 生 危 及 人 类 健 康的 效 应 。 2004-11-1174 二 、 接 触 方 式 评 价 1、 定 义 ：l 某 种 化 学 或 物 理 媒 介 （ 即 污 染 物 ） 与 人类 或 其 它 生 态 效 应 接 受 体 的 相 互 作 用

44、方式 评 价 ， 包 括 ： 接 触 的 程 度 大 小 、 频 率 、 持 久 性 人 们 可 能 受 到 的 危 害 的 性 质 与 大 小 污 染 物 与 人 类 的 可 能 接 触 方 式 2004-11-1175 二 、 接 触 方 式 评 价 2、 内 容 ：l 接 触 点 现 场 （ 非 ） 接 触 、 沉 淀 物 接 触 、 地 表 （ 地 下 ） 水 接 触l 接 触 方 式 皮 肤 吸 附 、 摄 取 、 吸 入l 接 触 人 口 与 污 染 物 接 触 敏 感 的 人 口 数 量 l 接 触 持 久 性 急 性 与 短 期 接 触 、 慢 性 与 长 期 接 触 2004

45、-11-1176 二 、 接 触 方 式 评 价 3、 主 要 步 骤l 确 定 接 触 方 式 的 性 质l 接 触 途 径 的 确 定l 接 触 方 式 的 量 化 2004-11-1177 第 一 、 接 触 方 式 性 质 的 确 定 现 场 物 理 性 质 气 候 、 地 质 条 件 、 植 被 、 土 壤 类 型 、 地 下 水 的 水 力 学性 质 、 地 表 水 情 况 等 可 能 受 害 人 口 以 及 风 险 增 加 时 应 避 免 接 触 人 口 居 住 或 邻 近 于 污 染 现 场 的 人 群 消 费 产 于 污 染 现 场 产 品 的 消 费 者 从 污 染 现 场

46、 迁 移 出 来 的 、 并 有 可 能 接 触 化 学 物 质 人 群 对 接 触 化 学 物 质 非 常 敏 感 的 人 群 由 于 其 活 动 方 式 可 能 使 自 身 受 到 危 害 的 可 能 性 增 加 的 人 群 2004-11-1178 第 二 、 确 定 接 触 途 径 概 念 ： 某 种 污 染 物 接 触 人 类 的 机 理 接 触 点 污 染 物 可 能 与 人 类 相 接 触 的 地 方 ； 通 过 考 虑 人 口 居 住 地 位 置 与 污 染 地 区 或 可 能 被 污 染 地区 附 近 的 人 类 活 动 方 式 来 确 定 的 。 污 染 物 传 输 介 质

47、 与 来 源 很 可 能 成 为 接 触 点 ， 特 别 是 当污 染 现 场 正 在 被 使 用 或 即 将 被 使 用 、 或 接 近 污 染 现 场不 被 禁 止 的 时 候 。 可 能 的 接 触 点 一 般 来 说 位 于 污 染 现 场 的 水 力 下 游 或 风 向 下 游 。 2004-11-1179 第 二 、 确 定 接 触 途 径 依 赖 于 ：l 接 触 介 质 （ 地 下 水 、 地 表 水 、 沉 淀 物 、 土 壤 /粉尘 、 空 气 和 食 物 ） 与 接 触 点 的 人 类 活 动 方 式 主 要 的 接 触 途 径 包 括l （ 1） 摄 取 ， （ 2）

48、吸 入 ， （ 3） 皮 肤 接 触 注 意 ： 接 触 点 的 存 在 并 不 一 定 意 味 着 接 触 途 径的 存 在 2004-11-1180 第 三 、 接 触 方 式 的 量 化 完 全 的 接 触 方 式 l 污 染 源 l 污 染 物 排 放 入 环 境 中 l 接 触 行 为 发 生 时 的 接 触 点 l 接 触 行 为 发 生 时 的 接 触 途 径 如 果 以 上 要 素 中 任 意 一 个 不 存 在 的 话 ， 这 种接 触 方 式 将 被 认 为 是 不 完 全 的 2004-11-1181 第 三 、 接 触 方 式 的 量 化 如 果l 接 触 方 式 是

49、完 全 的l 且 具 备 可 能 受 到 污 染 物 危 害 的 人 口 的 详 细 资料 则 可 以 确 定 出 ：l 污 染 物 与 人 相 接 触 的 程 度 、 频 率 和 持 久 性 。 分 两 个 阶 段 完 成 l （ 1） 估 算 接 触 点 的 污 染 物 浓 度l （ 2） 计 算 化 学 物 质 摄 入 量 。 2004-11-1182 估 计 接 触 点 的 污 染 物 浓 度 利 用 ：l 单 独 利 用 监 测 数 据l 或 污 染 物 在 环 境 中 的 赋 存 与 迁 移 模 型 ， 均 可 对 接 触 点 的 污 染 物 浓 度 进 行 计 算 。 2004-

50、11-1183 计 算 化 学 物 质 摄 入 量 化 学 物 质 摄 入 量l 在 接 收 体 交 换 边 界 （ 如 皮 肤 、 肺 ） 可 以被 吸 收 的 化 学 物 质 的 含 量 。 假 设 污 染 物 的 接 收 体 一 直 处 于 同 一 位置 ， 并 与 相 同 的 污 染 物 浓 度 相 接 触 ，则 ： ATBWEFDCRCI 1 2004-11-1184 计 算 化 学 物 质 摄 入 量 上 式 中 ：l I摄 入 量 ； 即 交 换 边 界 化 学 物 质 的 含 量 (mg/kg.d) l C污 染 物 浓 度 ； 即 整 个 接 触 期 间 污 染 物 的 平

51、均 浓 度 (mg/l) l CR污 染 率 ； 即 单 位 时 间 或 时 期 内 被 污 染 介 质 的 数 量（ l/d）l EFD接 触 频 率 与 持 久 度 ； 即 表 征 污 染 物 与 人 相 接 触 时 间长 短 与 频 率 大 小 的 物 理 量 。 一 般 计 算 时 采 用 两 个 术 语 （ EF与ED） ， EF为 接 触 频 率 （ d yr） ， ED为 接 触 持 久 度 （ yr） l BW人 体 重 量 ； 即 整 个 接 触 期 间 人 体 的 平 均 重 量 （ kg）l AT平 均 时 间 ， 即 接 触 期 间 的 平 均 长 度 （ d） 200

52、4-11-1185 三 、 毒 性 评 价 1、 危 害 性 鉴 定l 确 定 与 污 染 物 接 触 是 否 会 加 强 对 健 康 的 负 面 影 响 （ 如癌 症 、 生 育 缺 陷 、 智 力 发 育 迟 缓 ） 2、 剂 量 -反 应 评 价l 定 量 地 研 究 污 染 物 的 毒 性 大 小 及 人 体 吸 收 污 染 物 含 量与 其 健 康 受 损 程 度 的 关 系 。 l 常 用 “ 剂 量 -反 应 示 意 曲 线 图 ” 表 示l 如 果 产 生 一 种 危 害 所 需 的 污 染 物 剂 量 越 少 ， 说 明 这 种污 染 物 的 毒 性 越 大 2004-11-

53、1186 三 、 毒 性 评 价 剂 量 -反 应 评 价l 当 强 度 或 剂 量 比 较 小 时 ， 虽 引 起 生 理 学 改 变 ， 但 属 正常 范 围 ， 机 体 处 于 代 偿 状 态 ， 不 显 现 临 床 症 状 ；l 随 剂 量 的 增 大 ， 超 越 了 机 体 适 应 范 围 ， 则 出 现 疾 病 甚至 死 亡 。l 在 代 偿 向 失 代 偿 过 渡 的 过 程 中 ， 机 体 处 于 临 床 前 驱 期 ，这 时 出 现 的 生 理 学 改 变 属 亚 临 床 变 化 ， 其 条 件 是 可 逆的 ， 故 仍 可 恢 复 到 完 全 健 康 状 态 。 人 体 能

54、 正 常 调 节 而不 出 现 任 何 病 变 的 最 大 剂 量 为 最 高 容 许 浓 度 2004-11-1187 剂 量 -反 应 曲 线 ab失 代 偿代 偿 正 常 代 偿准 病 态患 病死 亡 a 持 久 性 危 害b 可 逆 性 变 化 机体反应小 剂 量 大 2004-11-1188 生 物 学 反 应 谱 环 境 中 的 有 毒 有 害污 染 物 作 用 于 人 群时 ， 受 影 响 人 群 的比 例 呈 金 字 塔 形 分布 分 为 五 个 阶 段 1 体 内 污 染 负 荷 量 增 加2 意 义 不 明 的 生 理 变 化3 亚 临 床 变 化4 发 病5死 亡 对 健

55、 康 有害 的 影 响 剂 量 2004-11-1189 综 合 毒 性 多 种 有 毒 有 害 污 染 物 时 ：l 相 加 作 用 当 两 种 以 上 毒 物 同 时 存 在 时 ， 它 们的 毒 性 可 能 表 现 为 其 作 用 的 总 和 l 相 乘 作 用 多 种 毒 物 联 合 作 用 的 毒 性 大 大 超 过这 几 种 毒 物 毒 性 的 总 和 l 撷 抗 作 用 多 种 毒 物 联 合 作 用 的 毒 性 低 于 各 种毒 物 毒 性 的 总 和 2004-11-1190 污 染 物 毒 性 资 料 的 来 源 疫 学 研 究 l 可 清 楚 指 示 某 一 化 学 物

56、质 与 某 种 负 面 健 康 效 应 之 间 的 关 系 ，是 最 可 靠 的 资 料 ； 动 物 研 究 l 从 动 物 研 究 所 获 得 的 资 料 推 断 某 种 化 学 物 质 对 人 体 健 康 的 影响 ， 即 假 定 人 类 与 动 物 对 化 学 物 质 具 有 相 同 的 反 应 。 通 常 用于 研 究 的 动 物 包 括 老 鼠 、 兔 子 、 猪 、 狗 和 猴 子 。 辅 助 研 究 l （ 1） 新 陈 代 谢 与 药 理 学 研 究 ， （ 2） 细 胞 结 构 与 器 官 微 组 织研 究 ， （ 3） 结 构 -活 性 研 究 2004-11-1191 毒

57、 性 参 数 1、 非 致 癌 效 应l 非 致 癌 化 学 物 质 的 毒 性 不 会 导 致 癌 症 或 基 因突 变 ， 注 意 ， 致 癌 化 学 物 质 也 会 对 人 体 有 非致 癌 的 影 响 ， 即 表 现 出 系 统 毒 性 。l 无 观 察 效 果 水 平 （ NOEL）l 无 观 察 危 害 效 应 水 平 （ NOAEL）l 参 考 剂 量 （ RfD） 2004-11-1192 无 观 察 效 果 水 平 （ NOEL） 无 观 察 效 果 水 平 （ NOEL）l 不 对 人 体 或 动 物 试 验 造 成 影 响 的 化 学 物 质 的最 高 剂 量 水 平 最

58、 低 观 察 效 果 水 平 （ LOEL）l 在 缺 乏 NOEL资 料 的 情 况 下 ， 可 以 采 用 LOEL来 代 替 安 全 剂 量 下 限 。l 处 于 LOEL时 ， 通 常 不 会 观 察 到 任 何 影 响 ， 即使 有 ， 也 不 会 存 在 毒 性 。 2004-11-1193 无 观 察 危 害 效 应 水 平（ NOAEL） 无 观 察 危 害 效 应 水 平 （ NOAEL）l 化 学 物 质 不 产 生 明 显 有 害 效 应 时 的 最 高剂 量 水 平 最 低 观 察 危 害 效 应 水 平 （ LOAEL）l 当 NOAEL不 明 确 时 ， 采 用 L

59、OAEL作 为代 替 。 2004-11-1194 参 考 剂 量 （ RfD） 概 念l 最 常 用 的 毒 性 指 标 。l 在 不 产 生 危 害 的 情 况 下 ， 人 体 所 能 吸 收有 毒 物 质 的 最 大 含 量 。 单 位 mg/kg.d。 2004-11-1195 参 考 剂 量 （ RfD） 类 型l 慢 性 参 考 剂 量 指 在 不 受 化 学 物 质 危 害 的 前 提 下 ， 与 化 学 物 质 相 接 触 的人 在 其 整 个 生 命 期 间 内 的 化 学 物 质 日 接 触 量 。 接 触 期 在 7年 （ 约 为 人 寿 命 的 1/10） 到 一 生

60、之 内 ， 均 该 类 型 。l 亚 慢 性 参 考 剂 量 接 触 期 间 约 在 2周 到 7年 之 内 。l 发 展 性 参 考 剂 量 用 于 评 价 独 立 接 触 事 件 中 ， 正 在 生 长 的 器 官 所 可 能 受 到的 危 害 。 2004-11-1196 参 考 剂 量 （ RfD） 不 确 定 系 数 （ 即 安 全 系 数 ）l （ 1） 总 人 口 数 的 差 异 ， 特 别 是 对 化 学物 质 敏 感 的 人 口 总 数 的 差 异 ；l （ 2） 人 类 与 动 物 的 种 属 差 异 （ 如 在 把动 物 试 验 的 结 论 推 之 于 人 类 时 ） 。

61、 2004-11-1197 毒 性 参 数 2、 致 癌 效 应l 致 癌 效 应 与 非 致 癌 效 应 不 同 ， 它 基 于 无下 限 剂 量 模 型 ， 亦 称 “ 一 击 命 中 ” 模 型 ，假 定 即 使 是 一 个 分 子 的 致 癌 物 质 也 会 导致 疾 病 。l 最 常 用 的 毒 性 指 标 斜 度 系 数 致 癌 能 力 分 级 系 统 2004-11-1198 致 癌 能 力 分 级 系 统 化 学 污 染 物 可 按 照 对 人类 致 癌 效 应 证 据 的 多 寡来 进 行 分 级 。 致 癌 证 据 可 被 认 为 是 ：l （ 1） 充 分 的l （ 2）

62、 有 限 的 l （ 3） 不 足 的l （ 4） 无 致 癌 依 据l （ 5） 有 不 致 癌 证 据 。 分 类 描 述A 对 人 具 有 致 癌 性 的 物 质 B1 or B2 对 人 很 可 能 具 有 致 癌 性 的 物质 ， B1指 该 物 质 对 人 的 致 癌性 有 部 分 证 据 ， B2指 该 物 质对 动 物 的 致 癌 性 有 充 足 的 证据 ， 但 对 人 的 致 癌 性 则 证 据不 足 或 无 证 据 C 可 能 对 人 致 癌 的 物 质 D 对 人 的 致 癌 力 不 可 分 类 E 对 人 无 致 癌 性 2004-11-1199 斜 度 系 数 （

63、SF） 在 人 的 一 生 中 摄 入 一 个 单 位 的 致 癌 物质 后 患 癌 症 的 最 大 可 能 性 每 单 位 剂 量 化 学 物 质 的 致 癌 风 险 （ 即与 致 癌 物 质 接 触 的 人 口 中 患 癌 症 的 比例 ） 在 95%可 信 度 下 剂 量 -反 应 曲 线 的 斜 率 ，单 位 为 （ mg/kg.d） -1 2004-11-11100 单 位 浓 度 下 的 致 癌 风 险 可 根 据 SF分 别 以 吸 入 接 触 方 式 和 口 服接 触 方 式 定 义l 空 气 中 的 单 位 浓 度 风 险 （ 吸 入 方 式 ）=SF 吸 入 率 /70千

64、克l 水 中 的 单 位 浓 度 风 险 （ 口 服 方 式 ）=SF 消 耗 率 /70千 克l 吸 入 率 =20立 方 米 /天 ， 消 耗 率 =2升 /天 2004-11-11101 不 同 接 触 途 径 间 毒 性 参 数 的转 换 吸 收 系 数 同 一 化 学 物 质 在 不 同 接 触 途 径 中 的 毒 性 参 数是 可 以 转 换 的 ， 但 在 吸 收 有 毒 物 质 与 新 陈 代谢 方 面 的 差 异 ， 把 一 种 接 触 途 径 中 的 毒 性 参数 直 接 用 于 另 一 种 时 存 在 很 大 的 差 异 ， 为 此 ，引 入 吸 收 系 数 。 如 把

65、口 服 接 触 途 径 的 RfD用 于 皮 肤 接 触 途 径时 ， 对 于 有 机 化 学 物 质 与 无 机 化 学 物 质 来 说 ，吸 收 系 数 的 取 值 分 别 为 10%与 1%。 2004-11-11102 四 、 风 险 特 征 描 述 定 义 ：l 它 是 风 险 评 价 最 后 的 一 步 ， 同 时 也 是 风 险 处理 的 第 一 步 。l 它 结 合 接 触 方 式 评 价 与 毒 性 评 价 ， 对 暴 露 于有 毒 物 质 或 可 能 暴 露 于 有 毒 物 质 的 人 口 的 风险 提 供 定 性 的 和 定 量 的 评 估 。 l 通 过 评 价 致 癌

66、 有 害 效 应 与 非 致 癌 有 害 效 应 的大 小 及 它 们 各 自 所 占 的 份 额 来 描 述 。 2004-11-11103 （ 一 ） 致 癌 风 险 值 定 义l 与 致 癌 物 质 相 接 触 的 人 在 其 生 命 中 患 得某 种 癌 症 的 可 能 性 的 增 加 值 。l 致 癌 风 险 值 可 通 过 癌 症 SF与 摄 入 量 相乘 来 获 得 。 2004-11-11104 致 癌 风 险 值 的 计 算 模 型 1、 线 性 低 剂 量 模 型 l 应 用 于 低 风 险 水 平 （ 即 小 于 0.01） 2、 一 点 模 型l 应 用 于 化 学 物 质 摄 入 量 比 较 高SFCDICR )exp(1 SFCDICR 2004-11-11105 致 癌 风 险 值 的 计 算 模 型 上 式 中lCR: 某 种 癌 症 发 生 的 可 能 性 ,无 量 纲lCDI: 长 期 接 触 条 件 下 的 日 平 均 摄 入 量 , mg/kg.dlSF: 斜 度 系 数 , mg/kg.d-1 2004-11-11106 总 计 致 癌 风 险