煤矸石淋滤液对地下水污染的数值模拟研究

"煤矸石淋滤液中多组分溶质对地下水污染的研究 (2006年)" 本文是一篇自然科学领域的学术论文，主要探讨了煤矸石淋滤液对地下水污染的影响及其动力学模型。煤矸石是煤炭开采过程中产生的废弃物，含有多种有毒有害元素。当这些废弃物暴露在自然环境中，尤其是经历雨水淋滤时，其中的化学成分会渗透到土壤和地下水系统，导致地下水污染。 作者以阜新市新邱露天煤矿的煤矸石堆存区为例，基于溶质运移理论，分析了淋滤液在含水层中的运移规律。考虑到对流扩散、吸附解吸以及生物降解等关键过程，建立了一个耦合动力学数学模型。这一模型旨在模拟不同溶质（如Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-）在地下水中的动态行为和分布情况。 在模型构建中，采用了Galerkin有限元方法，这是一种数值计算方法，常用于解决偏微分方程，能够将连续问题离散化为便于处理的有限个子问题。同时，结合Picard迭代法来求解这个耦合模型，该方法在处理非线性问题时十分有效。通过模型，作者模拟了淋滤液污染地下水的过程，预测了污染物浓度的时空分布特征，并与实际观测数据进行了比较。 研究结果显示，随着时间的推移，污染区域不断扩大，而且纵向扩散现象显著。不同溶质组分由于其物理化学性质的差异，污染程度表现出明显的区别。例如，某些离子可能更容易被吸附或生物降解，从而降低它们在地下水中的浓度，对地下水的污染程度相对较低。而其他离子则可能在地下水中快速扩散，造成更严重的污染。 论文的结论指出，所建立的模型能够有效地反映淋滤液对地下水的污染状况，其预测结果与实际监测数据相吻合，验证了模型的可行性和实用性。同时，生物降解在某种程度上起到了稀释污染物的作用，有助于净化地下水系统。这项研究对于理解和防治因煤矸石产生的地下水污染具有重要的理论和实践意义，对于合理开发、保护和利用地下水资源提供了科学依据。 关键词包括：煤矸石、地下水、数值模型、有限元法。此研究对于中国这样一个煤炭资源大国尤其具有重要价值，因为煤矸石堆积造成的环境问题亟待解决。