水沙环境中重金属迁移转化数学模型初探

论文摘要

本文对河流、河口以及近岸海域中重金属迁移转化的数学模型的研究进展进行了回顾和分析。详细探讨了水体中颗粒吸附的机理,以及几种常用的吸附等温式,并重点分析了泥沙吸附重金属的特性及主要的影响因素。基于整体模型的框架,建立了水沙环境中重金属迁移转化的水深积分数学模型,其中包括水动力学、泥沙运动学和重金属迁移转化三个主要的子模型。探讨了数学模型的定解条件,并实现了数值求解。在泥沙单纯沉积和单纯侵蚀两种特定的动床条件下,引入一定的假设,得出了一维重金属迁移转化模型的两个简单解析解,用解析解对模型的数值解法进行了初步验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的相关背景
• 1.2 研究的现状
• 1.2.1 重金属迁移转化的模型研究
• 1.2.2 解析解研究的必要性
• 1.3 研究存在的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 泥沙吸附重金属的数学模型及影响因素
• 2.1 引言
• 2.2 基本概念
• 2.2.1 物理吸附和化学吸附
• 2.2.2 吸附曲线
• 2.2.3 吸附热
• 2.3 气-固表面的吸附定温式
• 2.3.1 Langmuir 吸附定温式
• 2.3.2 Freundlich 吸附定温式
• 2.3.3 BET 吸附等温式
• 2.3.4 Henry 吸附等温式
• 2.4 固体在溶液中的吸附
• 2.4.1 吸附定温线
• 2.4.2 吸附动力学方程
• 2.4.3 影响溶液中吸附的一些因素
• 2.5 影响泥沙吸附重金属离子的因素
• 2.5.1 粒度对重金属吸附的影响
• 2.5.2 温度对重金属吸附的影响
• 2.5.3 pH 对重金属吸附的影响
• 2.5.4 重金属吸附的“颗粒效应”
• 2.6 小结
• 第三章 重金属迁移数学模型的推导
• 3.1 引言
• 3.2 水动力学模型
• 3.2.1 连续性方程
• 3.2.2 动量方程
• 3.3 泥沙运动的控制方程
• 3.4 重金属运动的控制方程
• 3.4.1 三维吸附态重金属迁移转化控制方程
• 3.4.2 水深积分二维吸附态重金属迁移转化控制方程
• 3.4.3 水体中总的重金属迁移转化控制方程
• 3.5 数值求解方法的简要介绍
• 3.6 小结
• 第四章 重金属迁移转化模型解析解的研究及初步验证
• 4.1 引言
• 4.2 重金属的迁移规律
• 4.2.1 基本定义
• 4.2.2 吸附和解附
• 4.2.3 分配系数
• 4.2.4 水体和底床的质量交换
• 4.3 数学模型的解析解
• 4.3.1 单纯沉积过程
• 4.3.2 单纯侵蚀过程
• 4.4 数学模型的初步验证
• 4.4.1 单纯沉积过程
• 4.4.2 单纯侵蚀过程
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢