CN117057088A - 用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法 - Google Patents
用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117057088A CN117057088A CN202310764416.XA CN202310764416A CN117057088A CN 117057088 A CN117057088 A CN 117057088A CN 202310764416 A CN202310764416 A CN 202310764416A CN 117057088 A CN117057088 A CN 117057088A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- data
- site
- soil
- parameters
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000013076 uncertainty analysis Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 50
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 4
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003920 environmental process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 3
- 239000002352 surface water Substances 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 102100029469 WD repeat and HMG-box DNA-binding protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710097421 WD repeat and HMG-box DNA-binding protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000149 chemical water pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003239 susceptibility assay Methods 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法，包括：技术路线图，所述技术路线图包括数据准备、模型模拟和清单制定，所述数据准备包括数据收集和数据处理，涉及模拟场地污染物跨介质迁移累积过程领域。本发明总结了一套处理数据、运行模型、敏感性分析、不确定性分析和结果导出的方法，并将方法和模型集成了软件。该软件成功弥补了处理数据的问题，根据不同数据的完善、充足程度，基于现有的数据，集成处理筛选，用于驱动模型。运行结束模型后，输出有助于分析的报告、图文和表格和区域场地污染物排放清单。该模型有望为中国场地调查、场地修复和场地模拟提供有效的操作软件。
Description
技术领域
本发明涉及模拟场地污染物跨介质迁移累积过程领域，具体是用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法。
背景技术
近年来，土壤物理学模拟软件已逐渐用于土壤和地下水中的污染物迁移建模。Hydrus具有出色的土壤水动力和溶质迁移的模拟能力，但在结合中国场地特点(如数据、区域、参数等)的专题模拟方面还存在一些不足。
现有方案是采用Hydrus进行模拟，自行处理输入数据，专业性很强，将软件直接用于模拟困难较大，费时费力。特别是，Hydrus很难获得一些重要参数和输入，例如污染物的输入量。各种场调资料大多是文字信息，需要数字化，存在困难。同时，模拟得到的结果要用于评估分析需要采用软件以外的算法和软件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件，包括：技术路线图，所述技术路线图包括数据准备、模型模拟和清单制定，所述数据准备包括数据收集和数据处理，所述模型模拟包括模型运行和结果分析，所述数据收集包括场地信息、污染物环境过程参数和输出形式。
用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，使用上述软件，所述数据收集如下：
第一部分，场地信息，所述场地信息包括：
场调报告获取土壤环境理化性质、土地利用历史、土壤污染源和土壤环境质量；
实地采集地表水、地下水、土壤、大气和植被样本，监测污染物浓度和范围；网上下载或咨询单位申请到的自然地理资料；
根据场地行业工业工艺、企业运营状况和土地利用变化，采用排放因子法计算排放清单；
实地探访场地，再对场地进行采样调查；
对特征污染物定性判断，并确定模拟目标，采用excel表格输入，对于空信息的数据，需要提供shapefile文件；
第二部分，污染物环境过程参数，对于重要参数需要通过实验或定量关系获取，包括：
渗透系数：抽水实验或土柱实验；
孔隙度：土柱实验和孔隙度测量仪；
土壤粒度：筛分法，沉降法、激光法；
弥散度：弥散实验求得；
分配系数：等温吸附实验；土壤容重：环刀法；
降解系数：实验室控制下土柱试验；
速率系数：通过实验收集一套浓度-时间数据，然后计算得到；
其他参数：通过反演和查阅文献获得，如建立定量关系，则将部分场地信息作为输入数据，得到第二部分的参数，为excel输入；
第三部分，输出形式，根据目标污染物和***的复杂度设置迭代参数、时空分辨率和输出形式，概念化场地信息，将***物质输入输出定量化为模型输入的边界条件，场地地理信息和土地利用信息数字化为模型***结构，调整模型的空间分辨率和时间分辨率，为excel输入。
进一步的，所述数据处理如下：
采用代码根据属性寻找数据，筛选数据，去掉重复或偏离实际的属性信息，并填入表格一、二、三，其中，获取运行模型必须参数即可运行模型，凭经验值得到的参数，对于缺失的数据，点击填补，采用0或者是经验值。
更进一步的，所述模型模拟如下：
处理好的数据通过Matlab脚本输入模型，使用Hydrus实现污染物环境过程的参数化方案，并输出观测点的模拟值。采用决定性系数R2来检验模型的模拟效果，模型性能R2＞0.6则可反应累积历史，反之则需要调整输入数据，回到表格界面；计算公式如下:
式中，SST为总平方；SSR为回归平方；SSE为残差平方和，
采用如下公式进行敏感性分析，模型参数的灵敏度系数CS，i：
CS，i＝(Y1，1，i-Y1，0，i)/(0.1×Y1，0，i) (2)
CS，total＝∑abs(CS，i) (3)
式中，CS，i为模型参数在介质i的灵敏度系数，Y1，1，i和Y1，0，i分别为参数取值1.1倍和1倍时介质i的浓度；CS，total为灵敏度系数CS，i绝对值加和；以CS，total>0.5为标准，筛选出灵敏度显著的参数，
使用Monte Carlo法分析模型结果不确定性，假定参数服从正态分布，随机取值CS，total>0.5的参数，应用Crystal Ball软件运行10000次，计算各观测点不同环境介质的污染物浓度的变异系数及四分位差，其计算公式如下：
cv＝σ/μ (4)
Q＝C3-C1 (5)
式中，Cv为变异系数，σ为标准差，μ为平均值；Q为四分位差，C3为上四分位数，C1为下四分位数。
更进一步的，所述清单制定如下：
使用Matlab处理模拟数据，用于提取计算污染物多介质通量、制作污染物穿透曲线和分析评估采用ArcGIS制作网格化不同土壤深度不同时间段的污染物累积浓度分布；输出土壤污染清单报告，即不同行业多源排放的污染物，经过多途径输入进入土壤，在一定时期内跨介质迁移和多过程累积下，通过土壤污染清单函数计算得到的污染状况数据库；清单一般包含了许多支持性的数据，如网格化的污染物时空分布、各个环境介质的迁移通量、模型调参历史和拟合结果、模型验证结果、不确定性分析结果。
更进一步的，所述模型运行的方法包括：
步骤S1：运行Hydrus，新建项目，填入信息，next；
步骤S2：设置模拟范围样式；
步骤S3：设置模拟范围和坡度；
步骤S4：选择模型模拟的过程和模块；
步骤S5：时间信息设置；
步骤S6：输出信息设置；
步骤S7：迭代标准设置；
步骤S8：土壤水力模型选择；
步骤S9：水流参数设置；
步骤S10：溶质运移模型设置；
步骤S11：溶质运移参数设置；
步骤S12：反应性参数设置；
步骤S13：时间变化边界条件设置；
步骤S14：空间离散化设置；
步骤S15：默认属性和网格信息展示；
步骤S16：土壤类型设置；
步骤S17：观测点设置；
步骤S18：初始水流和浓度设置；
步骤S19：边界条件设置；
步骤S20：运行模型。
更进一步的，所述结果分析的方法包括：
步骤W1：污染物状况模拟；
步骤W2：敏感性分析；
步骤W3：不确定性分析；
步骤W4：污染清单。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明总结了一套处理数据、运行模型、敏感性分析、不确定性分析和结果导出的方法，并将方法和模型集成了软件。该软件成功弥补了处理数据的问题，根据不同数据的完善、充足程度，基于现有的数据，集成处理筛选，用于驱动模型。运行结束模型后，输出有助于分析的报告、图文和表格和区域场地污染物排放清单。该模型有望为中国场地调查、场地修复和场地模拟提供有效的操作软件。
附图说明
图1为本发明的技术路线图；
图2为本发明的场地污染物输入的定性判断的示意图；
图3为本发明的设置模拟范围样式的示意图；
图4为本发明的设置模拟范围和坡度的示意图；
图5为本发明的选择模型模拟的过程和模块的示意图；
图6为本发明的时间信息设置的示意图；
图7为本发明的设置输出信息的示意图；
图8为本发明的迭代标准设置的示意图；
图9为本发明的土壤水力模型选择的示意图；
图10为本发明的水流参数设置的示意图；
图11为本发明的溶质运移模型设置的示意图；
图12为本发明的溶质运移参数设置的示意图；
图13为本发明的反应性参数设置的示意图；
图14为本发明的时间变化边界条件设置的示意图；
图15为本发明的空间离散化设置的示意图；
图16为本发明的土壤类型设置的示意图；
图17为本发明的观测点设置的示意图；
图18为本发明的初始水流和浓度设置的示意图；
图19为本发明的边界条件设置的示意图；
图20为本发明的工具栏的示意图；
图21为本发明的污染物(As)溶解态的垂向分布的示意图；
图22为本发明的污染物(As)吸附态的垂向分布的示意图；
图23为本发明的场地A模拟结果的示意图；
图24为本发明的实验观测点的示意图；
图25为本发明的敏感性分析的示意图；
图26为本发明的不确定性区间的示意图；
图27为本发明的2019年场地A土壤砷污染清单的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-27，本发明实施例中，本发明提供如下技术方案：用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法，包括：技术路线图，所述技术路线图包括数据准备、模型模拟和清单制定，所述数据准备包括数据收集和数据处理，所述模型模拟包括模型运行和结果分析，所述数据收集包括场地信息、污染物环境过程参数和输出形式。
作为本发明进一步的方案：所述数据收集(设计界面输入数据，形式为excel文件和shapefile文件，如含有时空属性需包含时空信息)如下：
第一部分，场地信息，所述场地信息包括：
场调报告获取土壤环境理化性质、土地利用历史、土壤污染源和土壤环境质量；
实地采集地表水、地下水、土壤、大气和植被样本，监测污染物浓度和范围；网上下载或咨询单位申请到的自然地理资料；
根据场地行业工业工艺、企业运营状况和土地利用变化，采用排放因子法计算排放清单；
实地探访场地，再对场地进行采样调查；
对特征污染物定性判断，并确定模拟目标，采用excel表格输入，对于空信息的数据，需要提供shapefile文件；
第二部分，污染物环境过程参数，对于重要参数需要通过实验或定量关系获取，包括：
渗透系数：抽水实验或土柱实验；
孔隙度：土柱实验和孔隙度测量仪；
土壤粒度：筛分法，沉降法、激光法；
弥散度：弥散实验求得；
分配系数：等温吸附实验；土壤容重：环刀法；
降解系数：实验室控制下土柱试验；
速率系数：通过实验收集一套浓度-时间数据，然后计算得到；
其他参数：可通过反演和查阅文献获得，如建立定量关系，可将部分场地信息作为输入数据，得到第二部分的参数，为excel输入，但如果遇到实验数据，比如时间序列数据，应具有根据不同公式拟合的功能；
第三部分，输出形式，根据目标污染物和***的复杂度设置迭代参数、时空分辨率和输出形式，概念化场地信息，将***物质输入输出定量化为模型输入的边界条件，场地地理信息和土地利用信息数字化为模型***结构，调整模型的空间分辨率(1m-100m)和时间分辨率(天-年)，为excel输入。
作为本发明进一步的方案：所述数据处理(含有多个表格的界面，针对充足程度不同的数据输入，填补、筛选和处理软件)如下：
采用代码根据属性寻找数据，筛选数据，去掉重复或偏离实际的属性信息，并填入表格一、二、三，其中，获取运行模型必须参数即可运行模型(末尾标记有A)，可凭经验值得到的参数(末尾标记有甲)，对于缺失的数据，点击填补，采用0或者是经验值(有专门的数据库，可调用)。
处理shapefile文件，样例如图2为污染物的输入位置信息，分为点线面属性，可使用Matlab提取污染物输入的位置信息(坐标点)，结合excel文件的污染物输入量的时间变化，得到具有时空信息的污染物输入数据。
作为本发明进一步的方案：所述模型模拟如下：
处理好的数据通过Matlab脚本输入模型，使用Hydrus实现污染物环境过程的参数化方案(对流、弥散、吸附、降解、挥发和化学过程)，并输出观测点的模拟值(同观测位置一致)。根据跨介质观测数据，设定两个时间段(校准期和验证期)采用决定性系数(R2)来检验模型的模拟效果，模型性能R2>0.6则可反应累积历史，反之则需要调整输入数据(回到表格界面)，模拟时间终点为2020年。计算公式如下：
式中，SST为总平方；SSR为回归平方；SSE为残差平方和。
根据未来政策和气候，重新设置输入参数，设计情景模拟未来累积趋势，模拟时间终点为2030年。采用如下公式进行敏感性分析，模型参数的灵敏度系数CS，i：
CS，i＝(Y1，1，i-Y1，0，i)/(0.1×Y1，0，i) (2)
CS，total＝∑abs(CS，i) (3)
式中，CS，i为模型参数在介质i的灵敏度系数，Y1，1，i和Y1，0，i分别为参数取值1.1倍和1倍时介质i的浓度；CS，total为灵敏度系数CS，i绝对值加和；以CS，total>0.5为标准，筛选出灵敏度显著的参数。
使用Monte Carlo法分析模型结果不确定性，假定参数服从正态分布，随机取值CS，total>0.5的参数，应用Crystal Ball软件(可采用简单算法代替)运行10000次，计算各观测点不同环境介质的污染物浓度的变异系数及四分位差。其计算公式如下：
Cv＝σ/μ (4)
Q＝C3-C1 (5)
式中，CV为变异系数，σ为标准差，μ为平均值；Q为四分位差(上四分位数与下四分位数的差)，C3为上四分位数(即位于75％)，C1为下四分位数(即位于25％)。
作为本发明进一步的方案：所述清单制定如下：
使用Matlab处理模拟数据(模型会自动输出模拟结果)，用于提取计算污染物多介质通量、制作污染物穿透曲线和分析评估。采用ArcGIS制作网格化不同土壤深度不同时间段的污染物累积浓度分布。输出土壤污染清单报告，即不同行业多源排放的污染物，经过多途径输入进入土壤，在一定时期内跨介质迁移和多过程累积下，通过土壤污染清单函数计算得到的污染状况数据库。清单一般包含了许多支持性的数据，如网格化的污染物时空分布(历史重建和情景预测)、各个环境介质的迁移通量、模型调参历史和拟合结果、模型验证结果、不确定性分析结果。
作为本发明进一步的方案：所述模型运行的方法包括：
步骤S1：运行Hydrus，新建项目(File-new)，填入信息，next；
步骤S2：设置模拟范围样式，选择2D-Simple和2D-Vertical Plane XZ，单位选择m，其他默认，next；
步骤S3：设置模拟范围和坡度，X设置为20m，y(深度)设置为10m，为污染严重地区的范围。深度10m以下污染较轻，暂不考虑。坡度为0，next；
步骤S4：选择模型模拟的过程和模块，选择水流模型和溶质运移模型(标准)，next；
步骤S5：时间信息设置，时间单位为年，初始时间为0，终年为47年，初始时间步长为0.01，最小和最大时间步长为0.001和5。边界条件打勾，边界条件记录为47(每年一个输入)，重复为1；
步骤S6：输出信息设置，打印选项默认，物质平衡分区默认，打印数量改成47，每年输出一个，点击update更新，next；
步骤S7：迭代标准设置，最大迭代数设为10，含水量和水头的检验标准为0.1和1，其他参数如图8输入(调参得到)，next；
步骤S8：土壤水力模型选择，模型选择VG模型，后的打勾一定要勾上，考虑了粘土的进气值，其他默认如图9，next；
步骤S9：水流参数设置，由于第一层的填土层和第二层的性质类型，因此采用一套参数。先选择土层的数量3个，点击更新，直接点击每一行的土壤参数集，选择左下角土壤数据库目录，选择对饮的土壤类型，直接得到参数(之后通过调参Ks来提升精度)，next；
步骤S10：溶质运移模型设置，时空权重默认，溶质信息，数量1，单位mg，频率38年(污染物输入的年份)，其他参数默认。初始状态采用全部浓度，打勾。Next；
步骤S11：溶质运移参数设置，容重、水平垂直弥散系数如图12所示，后面两个参数设为0。即不考虑非平衡迁移过程。注意单位调整为kg/m3。水扩散系数设为1，空气扩散系数为0，next；
步骤S12：反应性参数设置，除了Kd和Alpha需设置，其他均设为零，吸附为瞬时平衡线性吸附，每一层需设置不同的Kd(在一个范围中调参优化)，Alpha设为1(传输系数)，next；
步骤S13：时间变化边界条件设置，需修改污染物输入水通量Var.Fl1和Var.Fl2为-10和-1(调参后，主要表现为污染物输入和扩散)，cValue1和cValue2为15500和10000(调参后，合理范围内)，时间为1-38(污染物泄露)和23-47(填埋渗滤液)，next；
步骤S14：空间离散化设置，X轴离散化100，Z轴离散化50，点击update更新，其他默认，next；
步骤S15：默认属性和网格信息展示，直接next；
步骤S16：土壤类型设置，点击左侧domain properties的material，点击右侧的三个土壤类型，在中间土壤画出土壤类型。(由于污染严重，进行了更加精细的土壤类型)；
步骤S17：观测点设置，点击左侧domain properties的observation nodes，点击右侧的insert observation nodes，在图17中对应位置添加观测点；
步骤S18：初始水流和浓度设置，点击左侧initial condition的Pressure Head，点击右侧的set Pressure Head IC，框选图18中间的所有土壤，设置水头为-1，浓度设置为0，假设土壤清洁无污染；
步骤S19：边界条件设置，点击左侧boundary conditions的water flow，点击分别点击的Varible Flux 1、Varible Flux 2和free drainage(自由排水，直接向下快速迁移，以下为地下水)，在图19中选中相应边界。溶质的边界条件和水流一致，不需要额外设置；
步骤S20：运行模型，点击工具栏的运行模型，如图20为工具栏。
作为本发明进一步的方案：所述结果分析(word文件、JPEG文件、excel文件)的方法包括：
步骤W1：污染物状况模拟(JPEG文件、excel文件)，如图21，展示了场地A模拟得到污染最严重地区的污染羽和浓度分布，该地区主要为污染物泄漏，废渣堆积/填埋为次要的输入。如图21和图22，污染物不仅仅只有垂向迁移，横向迁移和吸附也会影响到污染物的累积分布，如图23为场地A模拟的实测值与模拟值的对比，决定性系数均较高(R2>0.6)。土壤总污染量C的计算公式(未考虑土壤空气部分部分)为：
C＝ρbcs+θc1 (6)
式中，cs为吸附态溶质浓度；cl为溶解态浓度；ρb土壤容重；θ为体积含水量；
步骤W2：敏感性分析(JPEG文件、excel文件)，对十个参数(表)分别偏离±30％，实验观测点如图24，求得模拟结果的平均偏离值和偏离百分比；
敏感性分析结果如图25所示；
步骤W3：不确定性分析(word文件、JPEG文件、excel文件)根据不确定性分析算法，得到不确定性区间(JPEG文件、excel文件)和不确定性分析报告(word文件)。不确定性区间如下图26；
不确定分析报告(根据数据充足与否和采用经验值参数的数量，提前编写好字段，输出报告word)：首先是模型参数的代表性，土壤水分运移参数来自默认数据库和文献，和实际场地土壤有一定差别。其次是污染物输入的设置。不仅是通过现有模型参数和实测数据反求出来的，还没有相应的数据去检验输入数据的时空正确性，具有不确定性。另外，较低时空分辨率的采样数据会带来不确定性。在场地尺度下，土壤异质性会显著影响模型模拟的结果。本次模拟除了污染严重地区采用了较高的垂直分辨率，其他地区则采用较粗的分辨率(数据不足)，会导致不确定性；
步骤W4：污染清单(JPEG文件、excel文件)，采用ArcGIS(Matlab也可以做到)制作网格化不同土壤深度不同时间段的污染物累积浓度分布(图27)，对于污染严重地区，采取密网格(10m)，对于污染较轻地区，疏网格(30m)。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件，包括：技术路线图，其特征在于：所述技术路线图包括数据准备、模型模拟和清单制定，所述数据准备包括数据收集和数据处理，所述模型模拟包括模型运行和结果分析，所述数据收集包括场地信息、污染物环境过程参数和输出形式。
2.用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，其特征在于：使用权利要求1所述的软件，所述数据收集如下：
第一部分，场地信息，所述场地信息包括：
场调报告获取土壤环境理化性质、土地利用历史、土壤污染源和土壤环境质量；
实地采集地表水、地下水、土壤、大气和植被样本，监测污染物浓度和范围；网上下载或咨询单位申请到的自然地理资料；
根据场地行业工业工艺、企业运营状况和土地利用变化，采用排放因子法计算排放清单；
实地探访场地，再对场地进行采样调查；
对特征污染物定性判断，并确定模拟目标，采用excel表格输入，对于空信息的数据，需要提供shapefile文件；
第二部分，污染物环境过程参数，对于重要参数需要通过实验或定量关系获取，包括：
渗透系数：抽水实验或土柱实验；
孔隙度：土柱实验和孔隙度测量仪；
土壤粒度：筛分法，沉降法、激光法；
弥散度：弥散实验求得；
分配系数：等温吸附实验；土壤容重：环刀法；
降解系数：实验室控制下土柱试验；
速率系数：通过实验收集一套浓度-时间数据，然后计算得到；
其他参数：通过反演和查阅文献获得，如建立定量关系，则将部分场地信息作为输入数据，得到第二部分的参数，为excel输入；
第三部分，输出形式，根据目标污染物和***的复杂度设置迭代参数、时空分辨率和输出形式，概念化场地信息，将***物质输入输出定量化为模型输入的边界条件，场地地理信息和土地利用信息数字化为模型***结构，调整模型的空间分辨率和时间分辨率，为excel输入。
3.如权利要求2所述的用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，其特征在于：所述数据处理如下：
采用代码根据属性寻找数据，筛选数据，去掉重复或偏离实际的属性信息，并填入表格一、二、三，其中，获取运行模型必须参数即可运行模型，凭经验值得到的参数，对于缺失的数据，点击填补，采用0或者是经验值。
4.如权利要求3所述的用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，其特征在于：所述模型模拟如下：
处理好的数据通过Matlab脚本输入模型，使用Hydrus实现污染物环境过程的参数化方案，并输出观测点的模拟值，采用决定性系数R2来检验模型的模拟效果，模型性能R2＞0.6则可反应累积历史，反之则需要调整输入数据，回到表格界面，模拟时间终点为2020年，计算公式如下:
式中，SST为总平方；SSR为回归平方；SSE为残差平方和；
采用如下公式进行敏感性分析，模型参数的灵敏度系数CS，i:
CS，i＝(Y1.1，i-Y1.0，i)/(0.1×Y1.0，i) (2)
CS，total＝∑abs(CS，i) (3)
式中，CS，i为模型参数在介质i的灵敏度系数，Y1.1，i和Y1.0，i分别为参数取值1.1倍和1倍时介质i的浓度；CS，total为灵敏度系数CS，i绝对值加和；以CS，total＞0.5为标准，筛选出灵敏度显著的参数；
使用MonteCarlo法分析模型结果不确定性，假定参数服从正态分布，随机取值CS，total＞0.5的参数，应用CrystalBall软件运行10000次，计算各观测点不同环境介质的污染物浓度的变异系数及四分位差，其计算公式如下:
Cv＝σ/μ (4)
Q＝C3-C1 (5)
式中，Cv为变异系数，σ为标准差，μ为平均值；Q为四分位差，C3为上四分位数，C1为下四分位数。
5.如权利要求4的用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，其特征在于，所述清单制定如下：
使用Matlab处理模拟数据，用于提取计算污染物多介质通量、制作污染物穿透曲线和分析评估采用ArcGIS制作网格化不同土壤深度不同时间段的污染物累积浓度分布；输出土壤污染清单报告，即不同行业多源排放的污染物，经过多途径输入进入土壤，在一定时期内跨介质迁移和多过程累积下，通过土壤污染清单函数计算得到的污染状况数据库；清单一般包含了许多支持性的数据，如网格化的污染物时空分布、各个环境介质的迁移通量、模型调参历史和拟合结果、模型验证结果、不确定性分析结果。
6.如权利要求5所述的用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的方法，其特征在于，所述模型运行的方法包括：
步骤S1：运行Hydrus，新建项目，填入信息，next；
步骤S2：设置模拟范围样式；
步骤S3：设置模拟范围和坡度；
步骤S4：选择模型模拟的过程和模块；
步骤S5：时间信息设置；
步骤S6：输出信息设置；
步骤S7：迭代标准设置；
步骤S8：土壤水力模型选择；
步骤S9：水流参数设置；
步骤S10：溶质运移模型设置；
步骤S11：溶质运移参数设置；
步骤S12：反应性参数设置；
步骤S13：时间变化边界条件设置；
步骤S14：空间离散化设置；
步骤S15：默认属性和网格信息展示；
步骤S16：土壤类型设置；
步骤S17：观测点设置；
步骤S18：初始水流和浓度设置；
步骤S19：边界条件设置；
步骤S20：运行模型。
7.如权利要求6所述的用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程方法，其特征在于：所述结果分析的方法包括：
步骤W1：污染物状况模拟；
步骤W2：敏感性分析；
步骤W3：不确定性分析；
步骤W4：污染清单。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2022114980777 | 2022-11-27 | ||
| CN202211498077 | 2022-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117057088A true CN117057088A (zh) | 2023-11-14 |
| CN117057088B CN117057088B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=88663364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310764416.XA Active CN117057088B (zh) | 2022-11-27 | 2023-06-27 | 用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117057088B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106250666A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-12-21 | 中国水利水电科学研究院 | 一种灌溉***发达区湖泊氮磷污染负荷模拟方法 |
| US20190303785A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | Azimuth1, LLC | Forecasting soil and groundwater contamination migration |
| CN110729026A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-24 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种基于混合清单构建和空间多介质模型模拟相结合的多氯联苯时空定量溯源的方法 |
| CN110991054A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 暨南大学 | 一种模拟有机污染物时空迁移归趋分布的方法 |
| CN112434076A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-03-02 | 南京润江安全环保科技有限公司 | 土壤污染物迁移与预警模拟方法及*** |
| CN112507048A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-16 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 一种污染场地水土环境多要素一站式管理*** |
| WO2021208393A1 (zh) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | 北京工业大学 | 一种大气污染物排放清单的反演估算方法 |
| KR102379326B1 (ko) * | 2021-09-03 | 2022-03-30 | 대한민국 | 특수차량기반 재난조사시스템 및 이를 활용한 재난조사 방법 |
| CN114417604A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法 |
-
2023
- 2023-06-27 CN CN202310764416.XA patent/CN117057088B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106250666A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-12-21 | 中国水利水电科学研究院 | 一种灌溉***发达区湖泊氮磷污染负荷模拟方法 |
| US20190303785A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | Azimuth1, LLC | Forecasting soil and groundwater contamination migration |
| CN110729026A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-24 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种基于混合清单构建和空间多介质模型模拟相结合的多氯联苯时空定量溯源的方法 |
| CN110991054A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 暨南大学 | 一种模拟有机污染物时空迁移归趋分布的方法 |
| WO2021208393A1 (zh) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | 北京工业大学 | 一种大气污染物排放清单的反演估算方法 |
| CN112434076A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-03-02 | 南京润江安全环保科技有限公司 | 土壤污染物迁移与预警模拟方法及*** |
| CN112507048A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-16 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 一种污染场地水土环境多要素一站式管理*** |
| KR102379326B1 (ko) * | 2021-09-03 | 2022-03-30 | 대한민국 | 특수차량기반 재난조사시스템 및 이를 활용한 재난조사 방법 |
| CN114417604A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于质量平衡原理的土壤重金属累积过程概率模拟方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张洪伟等: "地下水燃油污染物迁移模型的参数敏感性分析", 兰州交通大学学报, vol. 37, no. 5, 15 October 2018 (2018-10-15), pages 74 - 79 * |
| 陈铭;韩明;黄双;王晶玮;袁立江;王会义;邵峰;徐耀红;: "包气带污染物运移过程基于Hydrus-1D的参数敏感性分析", 电力勘测设计, no. 1, 31 July 2018 (2018-07-31), pages 6 - 10 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117057088B (zh) | 2024-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1028733C2 (nl) | Werkwijze voor het construeren van een geomechanisch model van een ondergronds gebied, bestemd om te worden gekoppeld aan een reservoirmodel. | |
| CN106203729A (zh) | 一种协助进行地下水污染评估的方法及*** | |
| Kumar | Groundwater flow models | |
| Kumar | Groundwater data requirement and analysis | |
| CN115330153A (zh) | 一种重金属污染土壤治理修复决策方法 | |
| CN117057088B (zh) | 用于模拟场地污染物跨介质迁移累积过程的软件及方法 | |
| Mandle | Groundwater modeling guidance | |
| Chang et al. | Kalman filtering with regional noise to improve accuracy of contaminant transport models | |
| Christakos et al. | Spatiotemporal analysis of spring water ion processes derived from measurements at the Dyle Basin in Belgium | |
| Khaja et al. | Hydraulic conductivity estimation of sandy soils: a novel approach | |
| Bower et al. | Grid resolution study of ground water flow and transport | |
| Schiavo | Numerical impact of variable volumes of Monte Carlo simulations of heterogeneous conductivity fields in groundwater flow models | |
| Reilly | A conceptual framework for ground-water solute-transport studies with emphasis on physical mechanisms of solute movement | |
| Kramer et al. | Review of vadose zone flow and transport models | |
| El-Rawy et al. | Fundamentals of Groundwater Modeling Methods and a Focused Review on the Groundwater Models of the Nile Valley Aquifer | |
| Abichou et al. | Design of cost effective lysimeters for alternative landfill cover demonstrations projects | |
| Bartsch et al. | Soil information system as part of a municipal environmental information system | |
| Watson et al. | Design of a software framework based on geospatial standards to facilitate environmental modelling workflows | |
| Herrera et al. | Optimal design of groundwater-quality sampling networks with three-dimensional selection of sampling locations using an ensemble smoother | |
| Wagner | Optimal groundwater quality management under uncertainty | |
| Hassan | Long-term monitoring plan for the Central Nevada test area | |
| Liu | Design of Cost Effective Lysimeter for Field Evaluation of Alternative Landfill Cover Projects Using HYDRYS 2D Simulation | |
| Kumar | INTRODUCTION TO GROUNDWATER MODELLING | |
| Razak et al. | GIS Mapping of Water Quality Index for Sungai Benut, Simpang Renggam | |
| Aguirre | Stochastic finite element modeling of unsaturated flow and solute transport in porous media |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |