[發(fā)明專利]一種金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染負(fù)荷的預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310551832.8
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103544550A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任伯幟;劉克家;馬宏璞;周紅濤;盧鏡成
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G01N21/64;G01N21/31
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬礦山環(huán)境污染評價與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染負(fù)荷的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

土-水界面污染流是受污染土壤在降雨或融雪徑流作用下產(chǎn)生的復(fù)合污染流體，其中污染物包含了各種重金屬、持久性有機(jī)物和氮、磷等營養(yǎng)元素等，也是非點(diǎn)源污染的一種特殊表現(xiàn)形式。

重金屬（如Mn、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等）是全球性環(huán)境污染物，均對人體及生物具有慢性毒性及致癌性。隨著各種金屬（如鐵、銻、銅、錳、鉛、鋅、錳等）在各行各業(yè)的大量使用及大規(guī)模開采與選冶，大量伴生的重金屬進(jìn)入礦區(qū)土壤，在降雨或融雪徑流作用下，形成金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染流，造成金屬礦區(qū)及其周邊區(qū)域水環(huán)境重金屬復(fù)合型污染問題且日益突出。

金屬礦區(qū)開采和選冶過程中產(chǎn)生的固廢（礦石、廢礦石、尾礦砂、廢渣等）和生產(chǎn)污水等通過不同途徑進(jìn)入礦區(qū)土壤并導(dǎo)致土壤重金屬污染。受到降雨或融雪徑流的剪切、撞擊、沖刷、淋溶、浸泡等共同作用，土壤中的各種重金屬污染物在土壤與徑流界面之間發(fā)生擴(kuò)散、彌散、解吸、解離等多種物理化學(xué)反應(yīng)，最終形成復(fù)雜的金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染流。

由于金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染流與生態(tài)環(huán)境乃至人類健康息息相關(guān)，一直都是環(huán)境科學(xué)中備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。為有效評測和控制該特殊污染流對區(qū)域環(huán)境污染的影響，不僅要了解降雨或融雪徑流作用下金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染流組成、含量水平、污染特征及污染物來源，還應(yīng)對各種重金屬污染物的污染負(fù)荷預(yù)測進(jìn)行深入研究。

目前國內(nèi)外關(guān)于降雨或融雪徑流作用下土-水界面污染流分布特征的研究主要集中在農(nóng)田土壤、城市及城郊和公路等特殊下墊面區(qū)域。農(nóng)田土壤土-水界面污染流主要以化肥、農(nóng)藥等引起的有機(jī)污染物特征為主，城市及城郊土-水界面污染流主要以工業(yè)生產(chǎn)的重金屬污染物、持久性有機(jī)污染物、氮、磷等營養(yǎng)元素在內(nèi)的多種污染物特征為主，公路方面土-水界面污染流主要以徑流沖刷、汽車等產(chǎn)生的懸浮固體物（SS）、部分重金屬、油類污染物特征為主。

在土-水界面重金屬污染物污染負(fù)荷預(yù)測方面，經(jīng)大量文獻(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)：目前眾多學(xué)者主要對土-水界面污染流中單一介質(zhì)重金屬污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及影響因素進(jìn)行了較為深入研究，并在此基礎(chǔ)上對污染物的污染負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測。國內(nèi)外土水界面流的重金屬污染負(fù)荷的預(yù)測集中體現(xiàn)在用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測，通過幾個聯(lián)立的數(shù)學(xué)方程和邊界條件進(jìn)行求解，從而得到污染負(fù)荷。該類數(shù)學(xué)模型從簡單到復(fù)雜，由一維到三維，并不斷細(xì)化邊界條件，從而得到較為準(zhǔn)確的某一徑流的污染負(fù)荷。然而土-水界面并非一個均勻質(zhì)體,而是一個具有固液界面的空間變異體,具有高度的空間異質(zhì)性，加之，金屬礦區(qū)地形、地質(zhì)及降雨或融雪徑流條件復(fù)雜、固廢（礦石、廢礦石、尾礦砂、廢渣）及生產(chǎn)污水多且分布范圍廣、地表破壞嚴(yán)重等實(shí)際情況，使得數(shù)學(xué)模型對金屬礦區(qū)土-水界面重金屬污染流污染負(fù)荷預(yù)測存在一定的局限性，進(jìn)一步增加了金屬礦區(qū)非點(diǎn)源污染中伴生重金屬污染評價與控制的難度。20世紀(jì)90年代以后,隨著衛(wèi)星和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)與非點(diǎn)源污染模型相結(jié)合用于非點(diǎn)源的污染負(fù)荷預(yù)測和污染影響環(huán)境評價。SWAT模型是在遙感技術(shù)（RS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的較為成熟的大流域水文模型，由美國農(nóng)業(yè)部（USDA）的農(nóng)業(yè)研究中心Jeff?Amonld博士1994年開發(fā)的。它具有很強(qiáng)的物理基礎(chǔ)，可以應(yīng)用于多種土壤類型、多種土地利用方式和不同的管理?xiàng)l件下的大范圍的復(fù)雜流域，且可以自動獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)（在資料缺乏的地區(qū)）,在美洲部分地區(qū)已經(jīng)得到具體的實(shí)際應(yīng)用。SWAT模型在國內(nèi)的應(yīng)用，主要有：產(chǎn)流/產(chǎn)沙模擬、非點(diǎn)源污染研究及輸入?yún)?shù)對模擬結(jié)果的影響研究。國內(nèi)許多研究人員對不同的流域下墊面做了很多研究，但在重金屬污染研究方面極少，對于重金礦山土-水界面重金屬污染負(fù)荷的預(yù)測幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過借助林玉環(huán)汞遷移一維模型，建立金屬礦區(qū)土-水界面流中重金屬的一維遷移轉(zhuǎn)化動力學(xué)模型，并嵌入SWAT軟件中，產(chǎn)生改進(jìn)的能應(yīng)用于金屬礦區(qū)土水界面污染流重金屬污染負(fù)荷的預(yù)測方法。

本發(fā)明方法包括如下步驟：