CN113654943A - 环境系统模拟中化学物质的土壤行为模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学物质土壤行为模拟方法，该方法中化学物质在土壤中的液溶解态和固相吸附态之间的吸附解吸行为包括溶解态化学物质被土壤固相表面吸附，固相表面吸附的化学物质随时间向固相内部空隙迁移；以及固相内部空隙吸附的化学物质随时间迁移到固相表面，固相表面吸附的化学物质解吸为液相化学物质，液相溶解态化学物质和固相吸附态化学物质达到吸附解吸平衡。本发明的方法可以高精度动态模拟化学物质在土壤中的环境行为，计算其暴露浓度，可以模拟化学物质在土壤不同相态中的浓度。本发明的方法将化学物质的迁移与水文过程耦合起来的方法，可以计算化学物质在不同土壤层中不同相态的浓度。

Description

环境系统模拟中化学物质的土壤行为模拟方法

技术领域

本发明涉及化学物质环境风险分析、环境风险评估和环境风险管理等领域，具体涉及化学物质环境系统植物中化学物质行为的模拟。

背景技术

各种化学物质被制造出来后丰富人类生活的同时，其带来的环境风险，可能危害到公众健康和生态系统中各种生命，成为国内外化工行业发展与环境安全治理的核心内容之一。化学物质环境风险分析是环境风险评估和环境风险管理的基础；而环境风险需要预测化学物质在各种环境介质，例如土壤、水体、植被和大气等中的浓度，称为化学物质在某环境介质中的预测环境浓度(Predicted Environmental Concentration,PEC)，该浓度与化学物质对生物的危害阈值相比较，按PEC是否超过阈值判断化学物质是否对某种生物形成风险。因此，如果能够模拟出化学物质环境浓度的动态变化，例如环境介质中化学物质浓度在一年(甚至多年)内每日浓度(或每96h、每7d、每30d的平均浓度，等等)涨落，就可以灵活匹配不同暴露时长下化学物质产生毒害效应的阈值，从而为更准确评估化学物质的环境风险奠定基础。

目前的化学物质暴露评估模型是基于风险管理中的“谨慎性原则”(precautionary principle)估计环境介质中“长期稳定条件下”的浓度，将该浓度作为预测环境浓度PEC使用；与之相匹配的是用毒性实验结果估计某环境介质(如地表水)中的预测无效应浓度(Predicted No-Effect Concentration,PNEC)，然后按PEC/PNEC是否大于1来判断风险。事实上，化学物质对生物产生的毒害效应与暴露时间和生物的特定生命阶段有关，化学物质的危害阈值浓度随暴露时间、生物生命阶段例如季节性的不同而显著变化，因此以长期稳定条件设定PNEC和PEC的方法在遵守保守性原则的同时却存在过度保守的偏倚(over-conservative bias)。过度保守的化学物质风险管理会损害化学工业、特别是高端化学工业的发展，并对产业链下游的材料工业、装备制造业等造成重要不利影响。如果能够合理估计化学物质在不同环境介质中浓度的通年动态变化，则有可能逐日审视环境介质浓度的涨落规律，并与生物的生命史进行对照分析，就可以实现精准的环境风险分析，避免化学物质环境风险评估中的过度保守偏倚。

目前主流的环境暴露估计方法包括逸度理论、基于逸度平衡理论的主流暴露模型、和基于水文流量时空分异的化学物质空间分布模型，从化学物质风险评估的基本逻辑和化学物质暴露模型的发展脉络可以看出，以均质、稳态的自然环境假设和平衡分配为核心的化学物质归趋为基本特征的环境暴露模型开始转向重视水文过程等自然环境的动力学过程对化学物质环境暴露的影响。

耦合水文过程的化学物质暴露模拟模型具有以下基本特征：

A)一般的，以流域(watershed)为模拟和预测的空间范围；区域(region)如果超出流域范围，则需要分别模拟所涉及的流域后再进行适当的空间综合；

B)流域内会根据地形和汇流特征划分为若干子流域(sub)；每个子流域则进一步根据地形坡度、土壤属性、地表覆盖划分为若干基本水文单元(如水文响应单元，HRU)；

C)化学物质在地表环境介质例如土壤，地表水，底泥中的空间分异通过水文的空间单元表达，如某HRU的土壤表层和次表层中的浓度，某sub对应河段中河水中的浓度和该河段底泥中的浓度，某HRU上作物叶中的浓度等；

D)化学物质在各空间单元上每种环境介质中发生相应的化学反应(如降解，也包括可能存在的生成)，该反应受对应空间单元的温度、湿度、光照等环境条件的影响；

E)化学物质伴随水文过程而迁移：伴随降水大气中化学物质进入土壤和水体；伴随蒸散发土壤、水体、叶表的化学物质进入大气；伴随地表径流和土壤侵蚀土壤表层化学物质进入河段；伴随下渗和毛细上升流土壤表层(下层)的化学物质迁移至土壤下层(上层)；伴随植物摄入土壤水分化学物质进入植物根部并转运至叶表；伴随水体中悬浮颗粒物沉降和底泥表层的再悬浮化学物质也由水入泥或由泥入水；等等；

F)化学物质在各空间单元之间的迁移是水的空间迁移(地表径流及土壤侵蚀、壤中流、河段接续、汇合、拦河坝蓄泄流、灌溉调水)。

土壤是人类生存环境中与人类最密切相关环境介质之一，在自然环境中化学物质含量最多，对人类威胁极大。目前使用较多的模拟物质环境暴露的方法是逸度模型，但其有着仅能计算化学物质平衡后的浓度、忽略了环境系统的时间不稳定性、计算不变等种种缺陷，在使用上限制条件很多。而且化学物质迁移转化所依赖的地表自然环境是一个非线性非平稳系统，当一种化学物质在局地浓度土壤增多时，其环境行为必定是非平衡态的，而此时因其暴露浓度很大，将对人产生严重威胁。在这种情况下，能够动态模拟短时间尺度的化学物质模拟方法对于风险评估将会行之有效。因此，开发构建一个与风险管控需求相适应的模拟化学物质土壤行为的模拟方法成为必须。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种化学物质土壤行为模拟方法，其中化学物质在土壤中的液溶解态和固相吸附态之间的吸附解吸行为包括溶解态化学物质被土壤固相表面吸附，固相表面吸附的化学物质随时间向固相内部空隙迁移；以及固相内部空隙吸附的化学物质随时间迁移到固相表面，固相表面吸附的化学物质解吸为液相化学物质，液相溶解态化学物质和固相吸附态化学物质达到吸附解吸平衡。

优选地，所述吸附解吸行为按照以下公式计算浓度

C_s,r＝K_d[C_d]

其中，[C_d]表示土壤液相中化学物质液相浓度，mol/L；

C_s,r表示土壤中固相表面化学物质浓度，mol/kg，

K_d为土壤中固液分配系数，kg/L，

C_s,s表示土壤固相内部空隙化学物质浓度，mol/kg，

k₁表示固相表面化学物质向固相内部空隙迁移的速率常数，s^-1，

k_-1则表示固相内部空隙化学物质向固相表面迁移的速率常数，s^-1。

优选地，该模拟方法包括根据权利要求1所述的化学物质土壤行为模拟方法。

优选地，土壤中溶解态和固相表面吸附化学物质按照下式随水文过程迁移

C_s,a＝SAT[C_d]+ρ_sold_solC_s,r

其中，C_s,a表示单位面积土壤层中溶解态化学物质和固相表面吸附化学物质的总量，mol/m²；

SAT是土壤层中的饱和水含量，mm；

d_sol为土壤层厚度，m；

ρ_sol为土壤堆积密度，kg/m³。

优选地，土壤中溶解态和固相表面吸附化学物质按照下式随水文过程迁移

其中，C_s,a,0表示初始时刻单位面积土壤层中化学物质活跃态总量,mol/m²,w_mobile表示单位时间内的流量，mm，

CF_flow表示土壤中化学品随水流迁移离开土壤的化学物质的量，mol/m²。

优选地，土壤向地表大气蒸散发过程的化学物质平均挥发量按下式计算

其中R_a,i表示化学物质i在土壤空气和总土壤浓度之间的分配系数,

D_eff,i是化学物质i的有效扩散系数。

本发明的有益效果如下：

根据本发明的方法可以高精度动态模拟化学物质在土壤中的环境行为，计算其暴露浓度。本发明所构建的吸附解吸模型可以模拟化学物质在土壤不同相态中的浓度，本发明的方法将化学物质的迁移与水文过程耦合起来的方法，则可以计算化学物质在不同土壤层中不同相态的浓度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1示出现有技术吸附解吸模型示意图；

图2示出根据本发明的吸附解吸模型示意图；

图3示出根据本发明实例的流域图；

图4示出根据本发明实例的空间信息输入图层；

图5示出根据本发明实例的OXY在表层土壤中的溶解态浓度分布图；

图6示出根据本发明实例的OXY在表层土壤中的总态浓度分布图；

图7示出根据本发明实例的子流域表层和第二层土壤中溶解态与总态浓度时间序列图；

图8示出根据本发明实例的OXY在大气中的分布图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明是服务于区域或流域空间范围内包括土壤、水体、大气(室外空气)、植被等介质在内的环境系统内各介质化学物质浓度的动态预测的一项技术。这里所谓“环境”，包括“生态环境”范畴，也包括因环境中化学物质污染而导致健康这一致病途径下的“环境健康”范畴。

土壤中非生物体主要包含土壤固相、土壤液相和土壤空气，其中土壤固相和土壤液相是含量最多的两个部分，也是含有化学物质最多的两个相态。化学物质具有水溶解性和吸附性，可从土壤液相中的溶解态转化为土壤固相中的吸附态，也可从土壤固相中的吸附态转化为土壤液相中的溶解态。化学物质在土壤固相与土壤液相之间的吸附解吸过程成为土壤行为的核心，因此，构建一个符合实际情况的化学物质在土壤中固液相间的吸附解吸模型是非常必要的。

土壤中含有大量有机质，土壤有机质(Soil organic matter，SOM)是影响疏水性有机物(Hydrophobic organic contaminants，HOCs)在环境中迁移转化与归趋的重要因素。描述HOCs在土壤中吸附行为的模型包括早期的线性平衡分配模型和渐次提出的双域吸附模型(dual-mode model，DMM)和多域反应模型(multi-domain reactivity model，MDRM)。线性平衡分配模型假设有机物在土壤/沉积物中的吸附过程是一个线性的、可逆的、不存在对吸附位点竞争作用的分配过程。该模型失之简单，不能很好地解释有机物在土壤等天然吸附剂中的吸附行为。双域吸附模型则认为吸附过程除了分配机制以外，还存在表面吸附机制和孔隙填充机制。可将化学物质在土壤固相中的吸附区域分为两个部分，一个是快速吸附域(吸附到土壤固相表面区域)，一个是慢速吸附域(吸附到土壤固相颗粒物内部孔隙)。大分子疏水性有机物不易迁入SOM内部，因此在适当的水动力学条件下表面吸附部分迅速吸附到快速吸附域，也可迅速解吸下来；而亲水小分子HOC则以更大比例进入固相SOM内部孔隙，不易快速吸附与迁出，因此速度较慢，即表面吸附与固相内部孔隙吸附是吸附解吸中快速吸附域、慢速吸附域的原因。

目前已经提出有并联双域吸附解吸模模型，如图1所示。该模型认为HOCs是从土壤液相中分别吸附在快速吸附域和慢速吸附域，也分别从两个区域解吸下来。该模型的计算需要四个参数：k_1,rap和k_1,slow分别表示快速吸附域和慢速吸附域的吸附速率常数，k-_1,rap和k-_1,slow分别表示快速吸附域和慢速吸附域的解吸速率常数，多个参数导致计算不便。实验中进一步发现：得到的快速域解吸速率或慢速域解吸速率与HOC的水溶性、有机碳-水分配系数、液相扩散系数、底泥有机碳分数等迁移常数均无关。因此该模型不仅计算不便，还可能引起很大的模型不确定性。

如图2所示，本发明的一个实施方式构建了一种适用于土壤局部区域的串联双域吸附解吸模型，其模型的物理机制为，化学物质在土壤固相中的吸附区域包括主要为表面吸附机制的快速吸附域和主要为空隙填充机制的慢速吸附域。液相溶解态化学物质首先被固相表面即快速吸附域(文中也简称为快域)吸附成为快域吸附态，而后随着时间延长再逐步向固相内部孔隙即慢速吸附域(下文也简称慢域)迁移并成为慢域吸附态；解吸过程则相反，慢域吸附态化学物质首先缓慢转移到固相表面，然后再快速解吸至溶液相。因为固相表面为快速吸附域，在日精度尺度上，可以假定化学物质的溶解态与快域吸附态之间很快达到吸附解吸平衡。串联双域吸附解吸模型的概念可表示为公式(1)与公式(2)：

C_s,r＝K_d[C_d] (2)

其中，[C_d]表示土壤层中目标化学物质的液相浓度(mol/L)，C_s,r表示土壤层中目标化学物质的快域吸附相浓度(mol/kg)，K_d为土壤中固液分配系数(kg/L)，C_s,s表示土壤层中目标化学物质的慢域吸附相浓度(mol/kg)，k₁表示快域化学物质向慢域迁移的速率常数(s^-1)，k_-1则表示慢域化学物质向快域迁移的速率常数(s^-1)，二者分别构成吸附过程和解吸过程的主要限速步骤。根据本发明的模型计算化学物质在土壤中各相态浓度时只需要三个参数：K_d、k₁和k_-1，且K_d容易获得，计算较为简便。

如上所述本发明构建了土壤局部区域的吸附解吸模型，本发明的另一实施方式将化学物质在不同土壤层的迁移与例如SWAT模型的水文迁移耦合起来，认为土壤中溶解态化学物质和快域吸附态化学物质这两相都能活跃地参与土壤层中的水文过程，使得化学物质可随水文过程而在不同土壤层间迁移。据此，可以得到公式(3)：

C_s,a＝SAT[C_d]+ρ_sold_solC_s,r (3)

其中，C_s,a表示单位面积土壤层中化学物质活跃态包括溶解态和快域吸附态的总量(mol/m²)，SAT是土壤层中的饱和水含量(mm)；d_sol土壤层厚度(m)；ρ_sol为土壤堆积密度(kg/m³)。

溶解相中的化学物质可以随地表径流(runoff)，壤中流(lateral flow)，下渗流(percolation)进行迁移，见公式(4)。

其中w_mobile表示单位时间内的流量(mm)。

则可以得到公式(5)与公式(6)：

其中，C_s,a,0表示初始时刻单位面积土壤层中化学物质活跃态总量(mol/m²)。CFflow表示土壤中化学品随水流迁移离开土壤的化学物质的量，mol/m²。CFflow表示土壤中化学品随水流迁移离开土壤的化学物质的量，mol/m²，它根据水流的去向，一般会包括以下三个部分或其中的一两个部分：

其中，q_surf、q_lat、q_perc分别代表单位时间内的地表径流、侧向流(壤中流)、下渗流的流量(mm)，这些流量均可藉由水文计算获取。CF_surf和CF_lat构成土壤相所对应的河道的输出通量，但输出的时间可能有延迟，这些细节可按照通常水文模型设定。CF_surf构成了上层土壤向下层土壤的下渗通量，是导致下层土壤中化学物质浓度上升的主要因素。

当化学物质具有挥发性或半挥发性时，土壤中的化学物质将会向土壤上方大气进行蒸散发过程。化学物质在土壤中的平衡分配主要发生于土壤固体颗粒与颗粒间孔隙所形成的环境介质之间。按照通行的土壤术语，颗粒间孔隙的总体称为总土壤孔隙(θ_T，单位cm³水/g土壤)，它部分由水分、空气、有机物充斥，对应的体积分数为土壤水分(θ_w)、土壤空气(θ_a)和残余不混溶有机相(θ_o)的孔隙率，即：

θ_T＝θ_w+θ_a+θ_o (10)

对于化学物质i，在土壤空气和总土壤浓度之间的分配关系式见公式(11)：

其中，R_a,i表示分配系数；C_a,i表示化学物质在土壤空气中的浓度(mg/cm³空气)；C_T,i表示化学物质在土壤中的总浓度(mg/cm³土壤)；ρ_b表示土壤干重(g/cm³)；K_d,i表示化学物质在土壤吸附相与水之间的分配常数(cm³水/g土壤)；H_i表示亨利定律常数(cm³水/cm³空气)；ρ_o表示不混溶相密度(g/cm³)；MW_o,T表示不混溶相平均分子量(g/mol物质i)；P_v,i表示蒸汽压(atm)；R表示理想气体常数(atm L/mol K)；T表示温度(K)。

K_d,i可由公式(12)计算：

K_d,i＝f_OC·K_OC,i (12)

其中，f_OC表示土壤中有机碳质量分数(g有机碳/g土壤)；K_OC,i表示有机碳-水分配系数。

有效扩散系数D_eff,i可由公式(13)计算得出：

其中，D_air,i和D_water,i分别是空气和水中的分子扩散系数。

Fick扩散过程中形成的土壤近表面浓度分布廓线的分散尺度参数σ(m)可由公式(14)计算得出：

则CF_vol(t)平均挥发量(mol/m²)得：

据此，可以计算土壤向地表大气蒸散发过程的化学物质的量，从而完善了土壤的风险评估方法。

一般的，下层土壤对于环境的危害不大，但作为土壤系统模拟的一部分，应在物质守恒的框架对下层土壤中化学物质浓度进行更新。下层土壤中化学物质浓度仅限于下层土壤活跃态浓度(以C_S2,a表示，mol/m²)的变化，其变化因素包括下渗(增加)和毛细上升(减少)，不考虑与挥发过程(即公式(15)仅限于上层土壤)。

式(16)计算时不考虑一日内的变化，而是按日均值计算，因此实际上式(16)按差分计算，即时间步长△t(△t＝1d)前后的浓度差是两个通量CF_perc和CF_up的差。

当有降水时，上层土壤形成的下渗流是下层土壤活跃态浓度增加的原因；当毛细作用下形成下层水分向上层土壤的转移时，该上升流导致的化学物质通量用下式计算：

上式中各符号的含义同前文，只是下标中的2表示下层土壤。

以上为适用于环境系统动态模拟的化学物质土壤行为模拟方法，可计算模拟短时间尺度、局部地区土壤中各相态间的化学物质浓度，从而完善了化学物质在土壤中的风险评估方法，是土壤中化学物质风险评估的有力支撑。

本方法可以高精度动态模拟化学物质在土壤中的环境行为，计算其暴露浓度。本方法所构建的吸附解吸模型可以模拟化学物质在土壤不同相态中的浓度，联合本方法中将化学物质的迁移与水文过程耦合起来的方法，则可以计算化学物质在不同土壤层中不同相态的浓度。

实例

1、研究性区域选择

该流域位于湖南长沙市东部，与江西省交界，流域面积约1990平方公里，如图3和图4所示。该区域受全球变暖影响明显，表现为极端天气事件增加、汛期降水异常和旱涝频繁。浏阳河上游流域属于亚热带季风性湿润气候，多年平均气温17.5℃，多年平均降水量1550mm，降水主要集中在3-7月，约占全年降水总量的65％。流域主要分为大溪河流域和小溪河流域，两个河流在双江口处会合。本实例分别计算了第44号子流域不同土壤层中各相态的OXY浓度。

2、输入数据

根据本发明的模拟方法所构建的模型需要研究区DEM、土地覆盖、土壤分类和气象水文等数据，具体数据参数如表1所示。土壤分类数据来自南京土壤所的最新数据，土地利用数据来自的最新数据，气象站数据来自中国气象科学数据共享服务网，雨量站数据、水文站数据来自湖南水文局，水库数据为实地调研获得。这些数据中，气象站、雨量站和水文站的数据为2008年1月1日到2016年12月31日逐日数据。

表1浏阳河上流建模所需数据

2)目标化学物质属性数据

本次测试的目标化学物质例如为基于邻二甲苯的物质(以OXY表示)，其具有易挥发性，便于表征其在大气中浓度模拟的效果。OXY的设计属性数据如表2。

表2目标化学物质属性数据

3、运行及模拟结果

本实例以SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型为基础并参照如上所分析的模拟方法对其进行了改进，利用改进后的模型基于以上条件模拟了化学物质土壤行为的时序图，验证本发明提出的耦合水文过程的化学物质在土壤行为的模拟方法。

表层土壤中OXY溶解态浓度和包括溶解态与吸附态总和的总态浓度如分别如图5和图6所示，案例也模拟了OXY在研究区域的不同土壤层中连续9年的浓度变化。取其中的一个子流域为例(44号子流域)展示其浓度，结果如图7所示。图7中第一幅子图是研究区域9年的降水变化，第二至第五子图分别是OXY在表层和第二层土壤中溶解态与总态浓度。按世界土壤数据库(HWSD)土壤数据集的分层设置，第一层土壤为深度0-300mm的土层；第二层为300-1000mm的土层。但由于10mm的表层作为地表径流的混合层，这一部分土壤容易随地表径流侵蚀而迁移，在本实例的模拟中，第一层土壤为深度10-300mm的土层；第二层为300-1000mm的土层。

从上面的结果图中可以看出，在经过大约两年的模拟预热期后，模拟过程将趋于稳定，从2010年至2017年的数据变化可以看出：OXY在土壤中的总态浓度与溶解态浓度变化趋势大致相同；OXY在表层土中的溶解态浓度和总浓度随降水量增加有对应的减少，说明降水稀释了化学物质在土壤表层即快吸附域中的浓度，第二层土壤对应慢吸附域中溶解态浓度和总态浓度随降水量的增加有相应的增加，但增加幅度或称浓度增加对降水量的敏感程度小于土壤表层对降水量的敏感程度，且滞后于降水量的变化和化学物质在土壤表层中浓度的变化；OXY在表层土壤中总态浓度与溶解态浓度都在每年的夏季降低，除与降水量的增加相关，还因为夏季温度高，土壤表层中的OXY的蒸散发量增多，因此土壤中的OXY减少，各相态中的浓度降低。第二层土壤中总态浓度与溶解态浓度与表层土壤中相比波动较小，浓度较为稳定，但浓度值在秋季仍然会降低，这是因为第二层土壤的蒸散发量与表层相比减少很多，所以浓度降低的趋势没有表层降低的趋势大。

土壤中的OXY会通过蒸散发过程而进入大气中，案例取模拟中2015年8月份的大气中OXY浓度值进行分析，OXY在大气中的分布如图8所示。从图8可以看出各子流域上方大气中OXY的浓度与各子流域表层土壤中OXY的浓度大小趋势相似，说明土壤中OXY浓度越高的地方向大气中的蒸散发量越大，则大气中OXY的浓度也越大。

从上面的结果可以看出，本方法对OXY的模拟浓度值较为合理，符合实际情况，体现了本方法对化学物质的模拟程度较好，具有实用性。

可以理解，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，化学物质在土壤中的液溶解态和固相吸附态之间的吸附解吸行为包括

溶解态化学物质被土壤固相表面吸附，固相表面吸附的化学物质随时间向固相内部空隙迁移；以及

固相内部空隙吸附的化学物质随时间迁移到固相表面，固相表面吸附的化学物质解吸为液相化学物质，

液相溶解态化学物质和固相吸附态化学物质达到吸附解吸平衡。

2.根据权利要求1所述的化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，所述吸附解吸行为按照以下公式计算浓度

C_s,r＝K_d[C_d]

其中，[C_d]表示土壤液相中化学物质液相浓度，mol/L；

C_s,r表示土壤中固相表面化学物质浓度，mol/kg，

K_d为土壤中固液分配系数，kg/L，

C_s,s表示土壤固相内部空隙化学物质浓度，mol/kg，

k₁表示固相表面化学物质向固相内部空隙迁移的速率常数，s^-1，

k_-1则表示固相内部空隙化学物质向固相表面迁移的速率常数，s^-1。

3.一种耦合水文过程的化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，该模拟方法包括根据权利要求1所述的化学物质土壤行为模拟方法。

4.根据权利要求3所述的耦合水文过程的化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，土壤中溶解态和固相表面吸附化学物质按照下式随水文过程迁移

C_s,a＝SAT[C_d]+ρ_sold_solC_s,r

其中，C_s,a表示单位面积土壤层中溶解态化学物质和固相表面吸附化学物质的总量，mol/m²；

SAT是土壤层中的饱和水含量，mm；

d_sol为土壤层厚度，m；

ρ_sol为土壤堆积密度，kg/m³。

5.根据权利要求4所述的耦合水文过程的化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，土壤中溶解态和固相表面吸附化学物质按照下式随水文过程迁移

其中，C_s,a,0表示初始时刻单位面积土壤层中化学物质活跃态总量,mol/m²,w_mobile表示单位时间内的流量，mm，

CF_flow表示土壤中化学品随水流迁移离开土壤的化学物质的量，mol/m²。

6.根据权利要求1所述的耦合水文过程的化学物质土壤行为模拟方法，其特征在于，土壤向地表大气蒸散发过程的化学物质平均挥发量按下式计算

其中R_a,i表示化学物质i在土壤空气和总土壤浓度之间的分配系数,D_eff,i是化学物质i的有效扩散系数。

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