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经典的地下水污染扩散模型构建时往往需要考虑介质内部的物质和能量交换过程、生物和化学衰减过程的影响,其计算过程较为复杂、耗时较长,并且受到边界条件等的诸多限制,在突发事故发生时,无法实现网络环境下三维地下水污染动态扩散的实时模拟。 本文以农药污染为例,通过元胞自动机(Cellular Automaton,以下简称CA)模型和地理信息系统技术相结合的手段,针对突发地下水污染事故发生后,污染物从地表渗透进包气带,最终汇聚到饱和带的三个扩散过程,建立污染物扩散模型的演化规则,具体包括: (1)污染开始时,污染物由地表的点源向四周扩散,其扩散的主要驱动力为地表不同位置间的高程差和地表粗糙度,并且污染扩散通量与高程差成正比,与地表粗糙度成反比。通过研究区数字高程模型(Digital Elevation Model,以下简称DEM)数据计算相邻元胞的高程差,并借助坡度数据推导地表粗糙度,通过中央元胞与邻域元胞的两种主要因素的配比关系,确定元胞在不同方向上的扩散系数。 (2)污染物沿地表扩散时,点源污染物会进入介质发生垂向扩散,此过程主要发生在土壤的非饱和带。考虑对流作用和水动力弥散作用的影响,在包气带空间建立三维CA模型,根据经验公式,分别得到对流作用的扩散通量和水动力弥散系数,进而在三维空间中推演污染物扩散规则。以现有土壤属性为约束条件,采用蒙特卡洛方法模拟得到地下土壤三维元胞的属性。 (3)污染物由介质进入到地下水过程发生在饱和带,主要考虑水动力弥散过程,用抛物线方程模拟源汇项的输入,在二维平面上通过经验公式推演水动力弥散系数,进而计算元胞的污染扩散通量。 本文将算法集成到突发性地下水污染事故应急决策系统中,动态模拟地下水污染扩散过程,确定地下水污染的范围和程度,为地下水污染事故应急决策提供技术支持。