29. 源项设置 |
  
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29. 源项设置 |
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浓度加载形式
不同的源项处理方式不同，首先需要确定区域内所发生的物理，生物，和化学过程的特征。常见的浓度加载方式包括以下几种：
1）定浓度污染源：一般用于渗漏结构的模拟，例如存在渗漏的垃圾填埋场、池塘、残留的NAPL、矿山废料、排水沟、渗滤床等。这些污染源会持续产生污染的沥出物/液，而污染源的总质量可以看作无限大，地下水流经它们从而被污染。该假设一般来说是合理的，因为污染源的质量通常是远远大于可溶解的质量。因此这类污染物可看作是被动的污染源，可概化为定浓度边界。该类型污染物浓度存在上限，为该污染物最大可溶解的质量（溶解度，可以用Raoult’s Law，即拉乌尔定律计算）。需注意的是，当溶质的溶解度一定时，从定浓度边界进入模型的溶质质量完全由水流模型决定，所以这是一类被动的浓度边界，无需核对释放到模型中的物质的总质量。
2）补给浓度污染源：上述定浓度边界可以和水流模型中的水力边界耦合，从而模拟具有确定流入量的污染源。所需参数为补给速率、补给浓度，以及持续时间，如果速率或浓度不恒定，则给出每个应力期下的变化情况。例如注水井即可以用补给浓度边界描述，需要知道补给量和注水中物质的定浓度。如果选择补给浓度边界来描述污染物的沥出过程，则需要评估目标污染物的溶解速率。溶解速率通常通过模型校准确定，因为一般而言建模人员对于物质在地下水间的质量传递系数、源项与水体的接触面积，以及地下水水流速度对于溶解速率的影响等因素的理解有限。通常，地表水体可以概化为定水头和定浓度边界。但是，对于地表滞水，则概化为定流量或者第三类混合边界更为恰当。另外，沟渠等地表水体也可以接受地下水的排泄。
3）初始浓度：脉冲载入类的污染源由于是瞬时源，可以直接使用特定单元格的初始浓度来模拟污染事故的后果，这时需要使用模型单元格的物理特征（长宽高、孔隙度、容重等）仔细核算瞬态载入模型的溶质总量，尽量贴合实际中可能发生的情况。需要注意的是，如果模型中规定了吸附常数Kd，用户在模型中规定液相初始浓度时，也同时会根据Kd值为固相指定相应的浓度值，此时核算真正载入模型的溶质总量时，要将液相值和固相值统一计算，不可疏漏。另一类适合使用初始浓度载入溶质的情形是已经对污染源进行清理的污染场地，还残存以吸附态赋存在土壤和地下水中的污染物，这时可以使用初始浓度和Kd值联合对模型中的初始溶质质量进行设置。污染物在地下水和土壤介质中的质量计算公式如下：
式中：Mw为地下水中的污染物质量[M]；Ms为土壤中的污染物质量[M]；Cw为地下水中的污染物浓度[M/L3]；Cs为土壤中污染物的浓度[M/M]；n为孔隙度[-]；V为地下水的体积[L3]；ρb为介质的体积密度[M/L3]；
源项设置中的常见问题
模型中关于污染源的设定一般争议较多，且不确定性较高。大多数情况下，已知或者可观测的是污染源的影响，而非污染源本身。监测项目很大可能没有监测到污染羽中的最大浓度，例如，如果存在NAPL污染羽，土壤中污染物的质量并不确定。这种情况下，将污染源（有效污染源）假想为黑箱，通过定质量通量或者下游的浓度描述源项。该方法的不足在于，污染源的影响没有被充分评估和理解，因而造成源项定义的偏差。