PDF《阿特拉津在饱和砂质壤土中 非平衡运移的模拟*》

3 ) , v 是体积含水量( cm3 cm-

3 ) , Kd 是在溶液和吸附相之间溶质的线性分配系数( Distribution coef - ficient, L kg-

1 ) [ 3] .LEA 模型假定由于吸附和/ 或扩散限制引起的浓度变化速率相对于对流浓度变化速 率要快[14] .

1 2 非平衡假设( Nonequilibrium Assumption,NEA) 两点和两区非平衡模型是用来描述溶质运移过程中与吸附有关的非平衡( Sorption -related nonequilib - rium) 和与运移有关的非平衡( Transpor- t related nonequilibrium) 现象的, 即通常的化学非平衡和物理非平衡 模型[1, 2, 4, 15] . 两点模型假定土壤中的吸附点可分为两种类型[ 2,15] : 类型

1 假定吸附是瞬时的, 用平衡吸附等温线 来描述;

类型

2 则假定吸附是速率受限( 依赖于时间) 的, 并遵从一阶动力学方程.两点模型的控制方程 为[1~ 3, 16] :

1 + f Kd v c t + v s2 t = D

2 c x2 - v c x (3) s2 t = [ (1- f ) Kdc - s2 ] (4) 这里, s2 指类型

2 吸附点上的吸附浓度( mg kg-

1 ) , f 是在平衡时发生瞬时吸附的交换点所占的分数, 是一阶动力学速率系数( h-

1 ) . 两区模型则假定液相被分为一个可动的 动态( Dynamic) 区域和一个不可动的 停滞( Stagnant) 区域.对流 弥散运移被限定在可动区域;

可动与不可动区域间溶质的交换( 吸附速率) 受溶质扩散到不 可动区域交换点的限制, 并用一阶动力学方程来描述[ 1,4, 15] .这里, 我们认为所有吸附点的吸附总是处 于平衡的( 即吸附是瞬时的) , 且吸附性溶质和非吸附性溶质都受物理非平衡的影响[4] .两区模型的控 制方程为[1~ 3, 16] : ( m + f Kd ) cm t + [ im + (1 - f ) Kd ] cim t = mDm

2 cm x2 - q cm x (5) [ im + ( 1- f ) Kd ] cim t = ( cm - cim) (6) 这里, 下标 m 和im 分别指可动和不可动的区域, m + im = v , q= vv = mvm 是容积水通量密度( Volu - metric water flux density) ( cm h-

1 ) , f 是与可动区域平衡的吸附点的分数, 是描述在可动和不可动区域间 溶质交换速率的一阶质量传递系数( h-

1 ) . 使用一些无量纲的参数, 可将两点模型和两区模型简化为相同的无量纲形式[ 2, 15,16] : R C1 T =

1 P

2 C1 Z2 - C1 Z - ( C1 - C2) (7) (1 - ) R C2 T = ( C1 - C2) (8) 其中, T = vt/ L , Z = x/ L , P = vL / D 这里, C1 和C2 的具体含义详见文献[ 2, 16] , P 是Peclet 数, L 是运移长度( cm) . 对于两点模型[ 1~ 4, 14~ 16] , = v + f Kd v + Kd = 1+ f Kd v R (9) = [ (1- ) RL] / v (10) 其中, 表示了吸附点在瞬时和速率受限区域的分布, 是Damkohler 数[ 4] , 表示了水动力驻留时间与吸 附特征时间的比率 [ 4, 14] . 对于两区模型[ 1~ 3, 14~ 16] ,

830 土壤学报40 卷=m+fKd v + Kd (11) = L / q (12) 式中, 表示土壤水在可动和不可动区的分布, 表示了水动力驻留时间与溶质在不可动区域运动的特 征时间的比率[14] .

1 3 运移参数的确定 CXTFIT

2 0[16] 是由美国盐渍土实验室研制的计算机软件, 它基于 Levenberg -Marquardt 算法对均质土 壤一维稳定流动中溶质易混合置换实验所得到的穿透曲线( Breakthrough curve, BTC) 进行非线性最小二 乘拟合.本文分别用LEA 和NEA 模型按以下步骤来拟合 Br- 和Atrazine 的BTC: 首先, 对于示踪溶质 Br- , 假定其与土壤基质不发生反应, 给定 R = 1, 用LEA 模型来估算 D 和v ;

再固定 v, 用LEA 模型来估 算D和R 并用两区模型来估算D、 R、 和 .其次, 对于吸附性溶质 Atrazine: ( 1) 固定 v , 用LEA 估算 D 和R 并用 NEA 模型来估算 D、 R 、 和;