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公路环境中固废产品污染物迁移的数值模拟结果

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:公路环境中固废产品的污染物浸出与迁移,主要涉及两方面的数字模拟,一是水的入渗与流动模型,二是污染物的浸出与迁移模型。Baldwin等已经为道路结构中的水的来源设想了一个简单模型。Baldwin等假设,一年当中降雨平均强度的至少20%流过了该材料层。对于土壤中的挖方,Baldwin等假设,挖方上降落的雨水,1%到达底基层下方的路基。

公路环境中固废产品污染物迁移的数值模拟结果

公路环境中固废产品的污染物浸出与迁移,主要涉及两方面的数字模拟,一是水的入渗与流动模型,二是污染物的浸出与迁移模型。

4.4.4.1 水的入渗与流动模型

水的入渗与流动模型,主要的难点就是水的来源。因为水的流动可以利用流体力学公式加以模拟。Baldwin等(1996)已经为道路结构中的水的来源设想了一个简单模型。他们假设,水进入道路结构的主要途径(图4-16)如下:

(1)水通过道路的基部,尤其是挖方处,渗入路基中。

(2)由于地下水位的上升或下降而进入。

(3)水通过道路表面的渗透:尽管这一般为水分的垂直运动,但严重的开裂可导致渗入底基层中的水发生水平运动。

图4-16 水向道路结构内的进入

(4)未完工道路上降雨,可由于水分通过底基层的水平运动,导致路基含水量改变。道路施工时,路堤未被覆盖。Baldwin等假设,一年当中降雨平均强度的至少20%流过了该材料层。土壤覆盖层施工后,入渗率可假设为平均年降雨的10%。这是因为有更多的水将被覆盖层分流到排水系统中。不透水铺装完工后,入渗水进入结构内的主要路线,是路肩和坡面。于是,可采用图4-16的方法,但入渗水的数量,仅为入渗面积与材料层总面积之比。(www.xing528.com)

图4-17 释放控制场景

为建模,假设地下水位变化受到工作中排水系统的控制,从而忽视这一方面水的入侵。另假设高效的排水系统还控制了道路邻近高地中水的渗透。对于土壤中的挖方,Baldwin等假设,挖方上降落的雨水,1%到达底基层下方的路基。毛细作用可使得底基层被下卧路基润湿。再假设到达路基的水分中,有25%可被用于润湿底基层。通常这一毛细上升可忽略。

一个困难的问题是,通过道路表面的渗透。通过道路铺装的入渗,与道路结构的渗透性相关。不透水沥青(也被称为“密实沥青”)的渗透性应小于10-9 m/s。如果渗透性为5×10-9 m/s左右,则可估计年降雨的10%通过沥青层入渗了。某一道路铺装的渗透性,也可能因为有了额外材料如土工膜而被降低。

4.4.4.2 污染物的浸出与迁移模型

其目标是使得室内短期内表征的浸出试验结果,能被应用到更长的寿命上(如100年)。模型应考虑浸出液中的各种化合物与周围基质之间的相互作用,以及作用条件随时间的变化。譬如,土壤的吸附作用,太阳能诱发的导致污染物不可逆氧化的光解作用,液相和固相中化学组分挥发向大气逃逸的作用,以及固废材料中有机化合物被微生物好氧或厌氧降解的作用等。这样,模型利用了4.5.4节中试验测得的浸出参数。目前的长期评估模型,复杂度方面不尽相同,可从简单至复杂,具体依赖于渗透/平衡,还是扩散控制。也可设计出更为复杂的模型,考虑固相与液相之间的化学作用、冲刷效应,以及时断时续的润湿与老化过程(化学过程与物理过程)。

Kosson等(2002)给出了两个极端的污染物释放场景:渗透场景与质量控制的场景(图4-17)。用这两个场景得到了某一规定时间框架下,估计累积释放的简化公式。渗透场景中,假设了局部的平衡,累积释放基于以p H 值和L/S比为函数的平衡试验。同时也示出了试验室应用的L/S比,应用到实际现场场景的计算中。对质量控制场景,基于Fick第二法则的解答,累积释放由槽浸出试验计算。这两类浸出场景,简化模型都需要场景的输入数据,包括填方的密度和体积、入渗速率和现场p H 值等。

目前,更为复杂的释放模拟仍在开发之中。

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