环境工程毕业设计（论文）-基于MATLAB的垃圾渗滤液在包气带迁移数值模拟研究.docx

号（学号）:大学毕业论文（设计）（2009届本科）题 目：基于MATLAB的垃圾渗滤液在包气带迁移数值模拟研究院係）： 环境科学与工程学院专 业： 环境工程 姓 名： *** 扌旨 导老0帀： *** 完成日期： 2009年06月04日基于MATLAB的渗滤液在包气带迁移数值模拟研究环境工程05级:指导教师：摘要 通过静态吸附、静态降解、动态弥散实验得到李坑垃圾填埋场底部土层的 吸附参数、弥散系数、渗透系数等；基于MATLAB开发了垃圾填埋场渗滤液中COD 下渗包气带迁移数值模型，并对COD迁移产生地下水影响进行了风险预测，结果 表明：5米处(丰水期地下水位埋深)，7. 8天以后将出现渗滤液下渗引起的地下 水COD污染(下渗水达到III类标准以上)，9. 2天以后将出现严重污染8米处(枯 水期地下水位埋深),20. 4天以后将出现渗滤液下渗引起的地下水COD污染,23.2 天以后将出现COD严重污染(下渗水达到V类标准以上)关键词李坑；垃圾渗滤液；包气带；饱水带；数值模型；ABSTRACT Through static adsorption, degradation of static anddynamic diffusion experiments Hang Li landfill soil at the bottom of the adsorption parametersr diffusion coefficient, permeability coefficient and so on; Developed based on MATLAB Landfill Leachate COD infiltration in vadose zone numerical model of migration, migration and COD have a risk of groundwater impact prediction, The results show that: 5 m Department (the wet period the water table depth) r 7.8 days will be caused by infiltration of groundwater leachate COD pollution (under the water to reach the standard Class III and above), 9.2 days will be heavily polluted. Department 8 meters (dry season water table depth), 20.4 days after the infiltration will be caused by leachate contamination of groundwater COD, 23.2 days after the COD will be a serious pollution (under the water to meet the criteria for Class Vabove)・KEY WORDS likeng； landfill leachate； aerated zone； saturation zoneNumerical model1前言 11.1研究背景、目的、意义 11.1.1研究背景 11. 1.2研究目的 11. 1.3研究意义 11. 2研究进展 11.3研究内容、技术路线与关键技术 31.3. 1研究内容 31.3.2技术路线 31.3.3关键技术和创新点 32垃圾渗滤液中COD在土层中迁移模拟原理 42. 1 COD在土层中迁移转化的主要作用 42. 1. 1对流、扩散与弥散物理作用 42. 1.2生物降解及降解因子 52. 1.3阻滞（滞留）因子与吸附作用 52. 2垃圾渗滤液在包气带土层迁移数值模型 72.2.1数值模型建立差分方程的求解方法说明 2. 2. 2迁移方程求解一数值解 73. 渗滤液中COD在包气带迁移数值模型程序设计 93. 1模型程序结构设计 103. 2 MATLAB程序设计 104李坑填埋场渗滤液中COD地下水污染风险预测 114.1渗滤液、包气带和饱水带土层样品的采集与有关参数的测定 114. 1.1渗滤液、包气带和饱水带土层样品的采集 124. 1. 2包气带和饱水带土层有关参数的测定 124. 2研究区环境背景 134.3填埋场渗滤液中COD地下水污染风险预测 145结论与建议 165. 1结论 165.2建议 17致谢 17参考文献 181.1研究背景、目的、意义1-1-1研究背景题目来源于广州城市地质调查专项，专题题目为《广州市垃圾处理场地质环 境条件调查评估与场址优选区划》，是基于区域综合地质调查基础上的城市水工 环及环境地球化学调查与污染评价的一个面与点结合的调查研究项目，项目编 码：121201051U05o1.1.2研究目的本文以李坑生活垃圾填埋场为例，以COD为主要研究对象，通过室内模拟实 验研究垃圾渗滤液在包气带及饱水带中迁移和作用机理；确定污染物在地下环境 （包气带和饱水带）中迁移模型，拟合实验结果求出模型迁移参数，以及通过实 验求出迁移参数，并通过模型来预测污染物在包气带及饱水带中的时空分布。

1.1.3研究意义1）理论意义：随着我国经济发展和人民生活水平的提高，垃圾填埋场渗滤 液已成为表层土壤、浅层地下水污染的重要因素之一揭示垃圾渗滤液中有机污 染物在包气带及饱水带中的迁移转化规律，为最终提出污染物迁移的控制措施、 方案和环境保护提供理论依据2）现实意义：李坑垃圾填埋场是广州市主要的四大垃圾填埋场之一，1991 年开始使用，2002年12月封场，采用普通方式填埋，天然土层防渗，垃圾渗滤 液部分处理巴因此渗滤液对周围地下水环境存在较大的影响，并且这种影响已 经在周边老百姓以及单位的用水中明显反映出来，建立有效的预警机制与提出有 效的管理措施对进一步加强当地垃圾填埋场的管理与规范地下水资源的开发利 用以及生态环境保护具有重要意义1.2研究进展我国地下水质模型的研究工作起步于20世纪80年代，北京市环境保护 研究所等单位建立了我国第一个地下水质模型，采用食盐荧光染料及放射性示 踪剂在野外实测了弥散系数，取得了国内首批弥散系数野外观测资料近几年 有关地下水质模拟问题的研究已取得较大进展针对垃圾填埋场渗滤液污染地下 水这一具体问题，国内研究较多的是有关垃圾渗滤液的处理及防渗问题，而对 评价垃圾填埋场渗滤液对地下水环境、土壤污染的影响研究还处于初期。

国外学者进行了有关垃圾渗滤液对地下水污染方面的试验和理论研究，并 取得了很大成就其主要研究内容包括垃圾渗滤液的产生机理、运移过程、污染 范围、污染物的生物化学转化过程等其主要方法是将地下水溶质运移模型应用 进来通过建立数学模型和利用数值模拟方法，建立了水质模拟数学模型包括确 定性模型和随机性模型，模型中参数的确定通过试验计算得到到目前为止， 已有比较完善和成熟的计算方法和数值模拟软件随着计算机的普及及其性能的 提高，出现了许多地下水污染物运移的比较成熟的模拟软件如由美国地质调查 局McDonald博士等设计的三维有限差分模拟程序M0DFL0W是目前功能较全面 的地下水模拟软件，在其基础上由加拿大WHI公司开发的VISUAL M0DFL0W软件 以其良好的输入、输出界面成为目前国际上最流行和应用最多的地下水模拟软 件近年来，许多研究者从各自的目的出发对基础数学方程进行改进诞生了一批 较有实用价值的模型如：美国环保署开发的PRZM2 一维有限差分模型，采用 PRZM、VAD0FT模型的联合，可以模拟植物根区和非饱和带水分和杀虫剂的运移; HYDRUS 1D> HYDRUS2D可定量研究水分和氮素在农田土壤-植物系统中的循环和利 用过程。

VAD0SE/W是二十世纪九十年代加拿大GE0-SL0PE公司开发的一套基于 有限单元法有限差分原理的软件，是目前为止功能较为齐全的非饱和带水流模拟 软件之一，可以模拟饱和-非饱和带的水分运移，同时充分考虑了地表、大气、 植被及地下水的影响因素，可应用于斜坡稳定性分析、蒸发量模拟、垃圾填埋（设 计垃圾填埋场单一或复杂的土壤盖层）等垃圾处理场渗滤液对地下水环境污染研究内容丰富，涉及领域众多模拟方 法是开展这些研究的主要方法之一，它又包括物理与或数学模拟方法⑷垃圾填 埋场地下水污染研究较少，对李坑垃圾填埋场地下水污染的研究就更少了，因为 不同地方不同地质、土壤结构、气候、温度等水文地质条件，垃圾渗滤液对地下 水的迁移、渗透污染等都不同，所以我们的研究较新，同时也是有较大意义的1.3研究内容、技术路线与关键技术1.3. 1研究内容1） 研究区环境水文地质调查与采样2） 采样设计与室内迁移参数测定实验3） 污染物迁移数学模型的构建及其MATLAB程序设计（重点）4） 应用模型进行污染迁移时空分布预测，为垃圾填埋场及其周围地下水资源 管理提供参考1.3.2技术路线文献资料 收集技术路线图如图1所示：查询背景资料及相关的研究文献卩COD测定方法选择 片 -供验装直的选择和安装| 测COD等，用\/B软件设计模型 口程序设计软件选择 卩 戸填埋场周围水环境调查■角左井水和污水采样点卜—— 调查周围水环境状况勺确定土壌米样点 卩 H 土样对COD的吸附研究h ul在柱中的弥散实验卜-T COD降解实验 匚图1技术路线流程图Fig. 1 technology pathway flow chart1.3.3关键技术和创新点1）关键技术利用数值法求解迁移模型，并利用MATLAB进行数值模拟程序设计。

2）创新点C1）从1992李坑垃圾填埋场启用开始至今，垃圾渗滤液已经对当地居民食 用地下水产生了深远的影响，附近一公里内特别是有河流的地方，地下水污染严 重，但目前对李坑垃圾填埋场的污染预测研究较少，特别是通过研究当地包气带 甚至饱水带COD下渗的规律来预测有机污染物在时空尺度上的变化对建立有效 的预警机制和进一步加强当地垃圾填埋场的管理与规范地下水资源的开发利用 等具有积极指导意义2) 实验同时做了饱水带中各种(同包气带)参数的测定，我们大胆的把包 气带参数的测定方法及预测机理应用于饱水带中来预测饱水带能承受的最大污 染程度，进而进行预测风险评估，是一个很大的突破3) 基于MATLAB的COD下渗迁移数值模拟程序设计，进一步提高了模拟的 精度，避免了解析法的简化计算带来的误差2垃圾渗滤液中COD在土层中迁移模拟原理2.1 COD在土层中迁移转化的主要作用包气带和地下水中有机污染物的迁移转化是综合物理、化学和生物作用的过 程，其中包括对流与扩散、衰减和生物降解过程等土壤溶质运移间由对流(convection)、分子扩散(moleculardiffusion)和机 械弥散(mechanical dispersion)⑷等三个物理过程以及溶质在运移过程中所发 生的化学、物理化学过程和其它过程综合作用的结果。

2. 1. 1对流、扩散与弥散物理作用1) 对流作用及流速因子对流是指土壤溶质随着土壤水运动而移动的过程，对流也称质流(massflow) o对流引起的溶质通量Jc在数值上等于土壤水流速q与溶质浓度c的积，即Jc=Vc (2—1)可见，土壤水空隙流速是对流引起溶质迁移的主要因子2) 扩散与弥散。