某铀尾矿（库）地域浅层地下水中铀迁移的随机模拟研究

论文摘要

核废物对人类生存环境构成潜在威胁。为研究铀矿冶地域核素迁移规律,本文综合运用地下水动力学、随机理论及计算科学,结合某铀尾矿库特定地质环境,通过建立核素运移耦合模型,运用地下水模拟软件GMS进行了核素U(Ⅵ)在地下水中迁移随机数值模拟,并优化了模型参数。基于某尾矿库水文地质条件的概化,运用二维潜水流及溶质运移耦合模型,对库中U(Ⅵ)的迁移过程进行了数值仿真。通过对比水头的测量值与模拟值,校正了模型参数并验证了模型的可靠性。利用GMS结合校正后的参数,探讨了弥散度、阻滞系数和迁移时间对U(Ⅵ)在尾矿库地域地下水中迁移规律的影响。结果表明在近污染源处U(Ⅵ)的浓度随着弥散度的增大而降低,而距离污染源较远处U(Ⅵ)的浓度随弥散度增大而升高。而当增加相同数量级时,阻滞系数对U(Ⅵ)迁移的影响远大于弥散度的影响。当模拟时间为2000年时浓度分布曲线斜率开始变小,5000年后曲线趋于缓和,表明介质中U(Ⅵ)浓度趋于饱和。随机水文地质方法是研究非均质含水层中水流及溶质运移问题的新方法。应用基于随机理论的蒙特卡罗方法,假设渗透系数服从对数正态分布,利用地下水数值模拟软件GMS建立了参数随机数学模型,研究了渗透系数的变异性对尾矿库地域地下水中水流及U(Ⅵ)迁移的影响。研究表明,渗透系数的变异性对尾矿库地下水水位及U(Ⅵ)的迁移都具有显著的影响。在其它条件相同的情况下,随着渗透系数变异性的增大,水头标准差等值线峰值增大,呈以尾矿库为中心向周围递减的趋势。U(Ⅵ)的迁移范围也随着渗透系数标准差的增大而增大,U(Ⅵ)浓度分布梯度减小,峰值加大,且在U(Ⅵ)迁移范围内的相同位置节点处,U(Ⅵ)浓度标准差分布也越大。水头及U(Ⅵ)浓度标准差变化基本反映出了渗透系数的非均质变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 铀尾矿概述
• 1.2 铀尾矿地域核素迁移研究现状
• 1.3 核素运移数值模拟方法
• 1.3.1 水文地球化学模拟
• 1.3.2 水动力模拟
• 1.3.3 耦合模型模拟
• 1.3.4 随机模拟
• 1.4 随机模拟研究现状
• 1.4.1 国外研究进展
• 1.4.2 国内研究进展
• 1.5 课题的提出
• 1.6 课题研究背景与意义
• 1.7 主要研究内容与技术路线
• 1.7.1 主要研究内容
• 1.7.2 技术路线
• 第2章 核素（溶质）运移数值模拟基本理论与模拟软件
• 2.1 流体动力弥散理论
• 2.2 核素（溶质）运移基本微分方程及其定解条件
• 2.2.1 地下水动力弥散方程参数
• 2.2.2 组分质量守恒方程与对流-扩散方程
• 2.2.3 流体动力弥散方程
• 2.2.4 初始条件及边界条件
• 2.3 地下水溶质运移模型的数值解法
• 2.3.1 有限差分法（Finite Difference Method）
• 2.3.2 有限单元法（Finite Element Method）
• 2.3.3 边界元法（Boundary Element Method）
• 2.4 地下水随机动态模拟
• 2.4.1 地下水随机动态模拟的基本思想和条件
• 2.4.2 地下水动态随机模型
• 2.4.3 地下水动态随机参数
• 2.5 模拟软件简介
• 2.5.1 GMS 模拟软件
• 2.5.2 其他模拟软件
• 2.6 本章小结
• 第3章 H 厂铀尾矿库核素迁移数值模拟
• 3.1 H厂铀尾矿库概况
• 3.1.1 尾矿库区地质条件
• 3.1.2 尾矿库区地表水系、地下水系统特征
• 3.1.3 模拟对象选择
• 3.2 模拟区边界条件及模拟参数选择
• 3.2.1 模拟区边界条件
• 3.2.2 模拟参数选择
• 3.3 尾矿库区核素迁移模拟
• 3.3.1 核素迁移耦合方程
• 3.3.2 模型求解与校正
• 3.3.3 模拟结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 存在渗透系数变异性情况下的铀尾矿库核素迁移数值模拟
• 4.1 模拟方法与数学模型
• 4.1.1 随机模拟方法
• 4.1.2 研究区边界条件
• 4.1.3 数学模型的建立
• 4.2 模型求解
• 4.3 模拟结果与讨论
• 4.3.1 渗透系数对数的频度分布
• 4.3.2 水头均值等值线
• 4.3.3 水头标准差等值线
• 4.3.4 U（Ⅵ）平均浓度分布
• 4.3.5 U（Ⅵ）浓度标准差分布
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 成果目录
• 致谢