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河流重金属迁移转化的一维分相模型软件

1.痛点问题我国水体重金属污染给区域环境造成了一定危害，也给人体健康和生态安全带来了潜在威胁。目前，我国制定区域污废水重金属排放总量控制目标的方法采用目标总量管理模式，忽略了水体水质和底泥质量的约束性；如果考虑上述约束，又缺乏相应的技术手段支撑。特别地，能够预测含重金属污水进入河流后对水质和底质质量的影响，以及根据生态系统保护和修复目标确定污染减排控制要求等定量分析工具的缺失，制约了水污染控制与管理的精细化和精准化发展。为解决重金属容量总量管理和污染控制缺乏决策工具的问题，开发了河流重金属迁移转化的一维分相模型，以支持河流重金属污染过程模拟与相应容量总量定量计算。 2.解决方案由于河流中重金属的演化规律非常复杂，影响因素众多，因此目前国内外对于河流中重金属数值模拟的研究尚不完善。考虑到基于化学反应动力学机理的模型构建复杂且不易与管理工作结合，而基于化学热力学平衡机理的模型存在过度简化从而不满足控制需求等问题，本项目采用迁移转化动力学机理予以建模。特别地，针对重金属在受纳河流中存在溶解态、悬浮颗粒态和底泥沉淀态的赋存特征，本项目突破已有经验模型、整体模型的局限，采用了分相模型的形式。所开发的模型软件可用于定量刻画河流中重金属动态迁移转化规律。该模型系统具有分相特征，将河流体系划分为水相和底泥相，同时考虑推流迁移、纵向弥散、沉降作用、再悬浮作用，以及重金属在水相和底泥相之间的吸附解析作用等核心机理。采用一阶隐式欧拉算法实现模型的正向数值求解和预测，用于量化一维河流水相和底泥相中重金属在时间和空间上的迁移转化过程。针对在流域/区域尺度上开展河流重金属污染管控的需求，本项目在构建重金属模拟模型的基础上，进一步开发了基于蒙特卡洛模拟的逆向算法，可用于估算同时满足水质和泥质要求的污染源最大排放量。当针对河流保护对象给定水质和泥质双重保护目标时，本项目开发的软件可作为在水相和底泥相浓度限值约束下控制排污口重金属总量的计算工具。合作需求（1）寻求在水污染监测与环境管理系统研发、生产、销售及运营服务的企业开展技术研发合作；（2）寻求在生态环境、水利、市政等政府部门或事业单位及受环保部门重点监管的污染源企业的环境监测与管理相关应用场景对接资源。

清华大学 2022-07-04