申请/专利权人：河海大学;浙江省环境科技有限公司

申请日：2022-08-30

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN115983143B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2023.05.05#实质审查的生效;2023.04.18#公开

摘要：本发明公开了一种温度场耦合驱动下土壤‑地下水有机污染运移数值模拟方法及系统，用于模拟温度场驱动下有机污染物的运移规律。该模型能够考虑温度改变有机污染物的理化性质及其驱动参数，进而影响其在土水介质中的迁移及空间分布，构建了耦合非等温多相流、溶质运移和物理化学驱动过程的模型来模拟温度场影响场地有机污染物迁移的过程。本发明所提供的方法包括：考虑温度改变有机污染物的理化性质及其驱动参数，构建耦合非等温多相流、溶质运移和物理化学驱动过程的模型，开展温度场驱动下有机污染物的迁移分布规律数值模拟。本发明所提供的模拟技术可为场地有机污染防治提供科学合理的理论依据。

主权项：1.一种温度场耦合驱动下土壤-地下水有机污染运移数值模拟方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤SS1：确定温度场耦合驱动下有机污染物运移模型的基本参数，所述模型基本参数包括：地质结构模型的地层密度、孔隙度、渗透率，相对渗透率，毛细压力，非等温多相流模型的大气压强、水力梯度和温度梯度，非等温多相流溶质运移模型的有机污染物密度、粘度、溶解度、扩散率，以及有机物泄露位置及泄露速率；步骤SS2：根据步骤SS1收集的模型参数设置地层的岩性参数以建立地质结构模型，并进行网格剖分；步骤SS3：在步骤SS2中所建地质结构模型的基础上，根据渗流场方程、质量和能量守恒的基本方程、多相流控制方程、温度场方程建立非等温多相流模型，步骤SS4：确定非等温多相流模型的初始条件、边界条件、进行求解，以计算模拟区域的渗流速度和温度的时间和空间分布；步骤SS5：在步骤SS4获得的非等温多相流模型结果的基础上，结合温度与理化性质及驱动参数耦合数学方程建立非等温多相流溶质运移模型；步骤SS6：设置非等温多相流溶质运移模型中有机污染物的理化性质、扩散率、以及泄露速率参数，并确定非等温多相流溶质运移模型的初始条件，源汇项；步骤SS7：求解非等温多相流溶质运移模型以得到模拟区内时间上和空间上有机物各相饱和度的分布，刻画出有机污染物泄露后的迁移规律，完成温度场耦合驱动下有机污染物土壤-地下水系统中运移的数值模拟；所述步骤SS3中的非等温多相流模型构建过程如下：1采用渗流场方程、质量和能量守恒方程、多相流控制方程计算模型中渗流速度的空间和时间分布、各组分质量、组分各相饱和度：a.渗流场方程为： 式中，ρ为流体密度；vβx，vβy，vβz为渗流速度v在三个坐标轴上的分量；Δx、Δy、Δz为单元体体积，t为时间，n为孔隙度，S为相饱和度；b.质量和能量守恒方程： 式中：m为流动区单元体表面的外向单位矢量；Mk为组分k在单位土壤介质中质量，Vm为流动单元体的体积；Γm为流动单元体的表面积；Fκ为进入到流体单元体的组分κ的总通量；qx为组分κ在单元体的源汇相；c.多相流控制方程： 式中，β为指示相，为组分κ的β相通量，k为总渗透率，kγβ为β相的相对渗透率，处于0到1之间，ρβ为β相的密度，μβ是β相的动力黏度，Pβ是β相中的流体压力，g重力矢量；2使用温度场方程计算得到在考虑热量交换以及各种反应引起的热量变化导致温度变化下模型在x、y、z方向上的温度梯度分布情况： 式中：Cm、Cw分别为多孔介质和水的热容量，Jm3·℃；T为模拟区的温度，℃；λxx、λyy、λzz为x、y、z方向的热动力弥散系数，Jm·d·℃，vx、vy、vz为x、y、z方向的渗流速度，f1为单位时间单位体积含水层内由其它的化学反应或者微生物活动引起的热量变化，Jt·m3；所述步骤SS5中，结合温度与有机物理化性质及驱动参数耦合数学方程建立非等温多相流溶质运移模型，从污染物密度、粘度、溶解度、饱和蒸气压方面确定温度与有机物物化性质以及驱动过程参数的耦合关系： lnS′＝A+BT+CT2+DT37 Pvap＝Pcexp{[a1-Tr+b1-Tr1.5+c1-Tr3+d1-Tr6]Tr}9式中，k≠water，NCG表示组分κ不是水和不可压缩性气体，vn为NAPL相的摩尔体积，为VOC组分κNAPL相的摩尔分数，vk为VOC组分κ的偏摩尔体积，TR为参考温度，是参考温度TR下组分κ的摩尔体积，ωκ是偏心因子，Tc为VOC组分κ的临界温度，Tcκ组分κ的临界温度，S′为溶解度，Pvap为纯VOC组分的饱和蒸汽压，Pc为临界压力，Tr＝TTc，表示为模拟区温度和组分κ临界温度的比值，μ为粘度，a、b、c、d、A、B、C、D、A′、B′、C′、D′均为系数。

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