Hydrus-1D軟件在地下水污染風險評價中的應用

地下水有機污染常具有污染物種類多、含量低,危害大的特點[1-3].由于地下水更新速度慢,埋藏情況復雜,一旦發生有機污染,依靠其自凈能力很難降解污染物,需要投入大量的時間及成本進行治理[1,3].因此,針對地下水污染的風險評價工作就顯得尤為重要.地下水污染風險評價方法主要有迭置指數法、數據分析法及過程模擬法3大類[4],傳統的迭置指數法,如DRASTIC 評價方法,其指數設置主觀性強,不同區域的評價結果難以比較,評價精度有待提高[5-6];數據分析法及過程模擬法均需要長期、大量的觀測數據及計算參數,相比較而言,數據分析法可以在參數相對缺乏的情況下,依靠數學方法進行不確定性分析,減小數據離散化產生的誤差,提高評價準確性[4,7];過程模擬法在數據相對充足的情況下,可以依靠計算機軟件或數學模型模擬污染物長期的動態變化過程,同時與GIS 技術相結合,能夠較為準確的進行區域性地下水污染風險評價[7-9].包氣帶是污染物自地表輸入最終進入含水層的必經之路,在小范圍、淺層包氣帶,可依靠野外取樣及室內實驗測試,獲取包氣帶土壤和水力學相關參數,以及污染物分布特征等,但當以大尺度區域或深層包氣帶為研究對象時,野外大量取樣常較為困難,故需要在參照經驗參數的基礎上,借助計算機軟件進行模擬計算.

 

Hydrus-1D 是由美國農業部、美國鹽堿實驗室等機構在SUMATRA、WORM 及SWMI 等模型的基礎上創建發展而來,模擬宏觀及微觀尺度上飽和及非飽和介質中一維水流、溶質、熱和二氧化碳運移和反應的軟件, 其作者是JirkaŠimůnek、Rien van Genuchten、Miroslav Šejna 等.它可以通過網格剖分精確刻畫介質結構,根據反應物質及邊界條件的不同,具有多種水流、溶質反應模型供用戶選擇,在農業、水利、環境學、微生物學等領域得到了廣泛應用[10-15].近年來該軟件主要應用于農業領域或室內試驗模擬,如計算田間氮素流失及氮轉化[13,16-17]、農藥遷移轉化,灌溉水量周期性變化[19-20],重金屬離子運移[14,21]等,其研究區尺度及模擬深度均較小(研究區一般小于100m×100m,模擬深度一般小于2m),將該軟件應用于大尺度范圍,模擬污染物在整個包氣帶中的遷移轉化過程,并將模擬結果應用于地下水污染風險評價的研究尚不多見.因此,本研究基于Hydrus-1D 軟件,以北京市東南郊農業灌溉用再生水中持久性有機污染物萘、菲為研究對象,模擬其自地表灌溉進入地下后在整個包氣帶中發生的遷移衰減過程,以最終穿透包氣帶進入潛水含水層的萘、菲濃度為輸出結果,結合MapGIS 進行成圖分析,對萘、菲濃度進行區劃評價,從而得到區域地下水多環芳烴污染風險評價結果,為合理利用再生水,保護地下水資源提供理論依據.