摘 要：本文利用地下水?dāng)?shù)值模擬軟件Visual Modflow，在詳細(xì)研究某電廠周邊水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)的地下水流動(dòng)模型和地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型，對(duì)電廠事故工況下泄露到地下水中輕質(zhì)柴油的運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了模擬研究，就其對(duì)地下水的影響進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：模擬期內(nèi)柴油對(duì)含水層造成了污染，并且存在超標(biāo)現(xiàn)象，但沒(méi)有對(duì)保護(hù)目標(biāo)造成明顯影響。結(jié)合數(shù)值模擬過(guò)程，提出了數(shù)值模擬在地下水評(píng)價(jià)應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)，可為今后的地下水評(píng)價(jià)提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；地下水；環(huán)境影響評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：X820.3

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高[1]，而同時(shí)，我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是地下水環(huán)境污染的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。作為重要的環(huán)境因子，地下水已經(jīng)成為城市和工農(nóng)業(yè)用水的主要水源[2]。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的前提下，防治地下水環(huán)境污染已引起人們的重視，全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境的影響對(duì)于保護(hù)地下水資源意義重大[3]。環(huán)保部2011年6月發(fā)布了《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—地下水環(huán)境》（HJ610-2011）[4]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《導(dǎo)則》）正式作為我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的規(guī)范和指導(dǎo)，這就對(duì)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)提出了更高的要求。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值法越來(lái)越成為解決地下水問(wèn)題的重要方法，數(shù)值模擬技術(shù)以其方便、靈活和高效的特點(diǎn)在水文地質(zhì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[5-7]。而《導(dǎo)則》要求，對(duì)于地下水環(huán)境影響一級(jí)評(píng)價(jià)，必須采用數(shù)值法進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)于地下水環(huán)境影響二級(jí)評(píng)價(jià)，可選擇采用數(shù)值法或者解析法進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)?？梢?jiàn)，數(shù)值法在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中占有重要地位。然而，由于自《導(dǎo)則》開(kāi)始實(shí)施以來(lái)的時(shí)間較短，數(shù)值模擬在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用還存在諸多方面的問(wèn)題。本文擬通過(guò)建立某電廠廠址區(qū)域的地下水?dāng)?shù)值模型，利用Visual Modflow軟件模擬事故工況下污染物在地下水中的遷移規(guī)律，進(jìn)而就本工程對(duì)該區(qū)域地下水環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)值模擬在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)應(yīng)用中的一些問(wèn)題進(jìn)行分析，并給出應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于桂林市西南部，屬于低山丘陵地貌，位于低山丘陵沖積扇的中部和下部，地形北高南低，緊鄰相思江。研究區(qū)的東、北部連綿土丘形成的孤形地下水和地表水分水嶺，與西部大溪河，南部相思江一起形成一個(gè)典型的水文地質(zhì)單元區(qū)。區(qū)內(nèi)由第四系殘坡積物及沖積層形成潛水含水系統(tǒng)，是可能受到工程污染的主要含水層。該層底板埋深一般在10～33m，在靠近丘陵地帶為由粉質(zhì)粘土混角礫組成的殘坡積物，在靠近相思江和大溪河部分主要淤泥、砂礫及粉質(zhì)粘土組成的沖積層。

研究區(qū)的計(jì)算面積為3.41km2，區(qū)內(nèi)，潛水含水層分布廣、厚度大，在常溫常壓下符合達(dá)西定律。地下水系統(tǒng)的輸入和輸出隨時(shí)間、空間變化，故地下水為非穩(wěn)定流；參數(shù)隨空間的變化體現(xiàn)了系統(tǒng)的非均質(zhì)性，同時(shí)具有明顯的方向性，所以參數(shù)概化成各向異性。

2 地下水污染數(shù)值模型

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

2.3 地下水源匯項(xiàng)

模型源匯項(xiàng)包括補(bǔ)給項(xiàng)和排泄項(xiàng)。補(bǔ)給項(xiàng)主要包括降雨入滲量，排泄項(xiàng)主要為向河流排泄量和蒸發(fā)量。

2.4 定解條件的設(shè)定

研究區(qū)潛水流向由北向南，垂向上頂部潛水面接受大氣降雨的補(bǔ)給，為一補(bǔ)給邊界，同時(shí)地下水又通過(guò)其蒸發(fā)，是一排泄邊界，將其概化為自由面邊界。側(cè)向上，研究區(qū)北部分為水嶺邊，可作為隔水邊界；接受地下水排泄的相思江及西北部溪流伸出分水嶺外，與地下水聯(lián)系密切，水位變動(dòng)不大，可概化為定水頭邊界。底部下伏泥頁(yè)巖硅質(zhì)巖，導(dǎo)水性弱，將其概化為隔水邊界。

初始水位以豐水期（2012年5月）統(tǒng)測(cè)的地下水水位進(jìn)行計(jì)算。以枯水期（2012年12月）統(tǒng)測(cè)的地下水流場(chǎng)作為模擬流場(chǎng)。

3 模型識(shí)別與校正及參數(shù)選取

參數(shù)確定是建立數(shù)值模型的關(guān)鍵[11]。水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)原則主要參考地層和鉆孔抽水試驗(yàn)資料，按含水介質(zhì)的特征并考慮初始流場(chǎng)滲流特征進(jìn)行劃分。模型中水文地質(zhì)參數(shù)主要為滲透系數(shù)K和給水度μ值，各水文地質(zhì)參數(shù)按研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行的水文地質(zhì)試驗(yàn)的結(jié)果給出，并結(jié)合巖性特征和經(jīng)驗(yàn)值給定初始值，通過(guò)模型模擬校正，最終獲得模擬所需的水文地質(zhì)參數(shù)。

經(jīng)識(shí)別、驗(yàn)證，各含水層水文地質(zhì)等效參數(shù)分區(qū)見(jiàn)圖2，各區(qū)參數(shù)值見(jiàn)表1，觀測(cè)值和計(jì)算值擬合程度見(jiàn)圖3。

根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗵庍M(jìn)行的彌散試驗(yàn)，彌散系數(shù)基本跟滲透系數(shù)成正比，推測(cè)評(píng)價(jià)區(qū)的縱向彌散系數(shù)為2.50 m2/d，橫向彌散系數(shù)為0.25 m2/d，垂向彌散系數(shù)為0.025 m2/d。同時(shí)設(shè)定有效孔隙度為0.4～0.5。

4 污染物源強(qiáng)的確定

本文考慮廠址區(qū)可能出現(xiàn)的污染事故點(diǎn)對(duì)地下水造成污染的因素較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)的事故情景時(shí)，重點(diǎn)考慮發(fā)生污染危險(xiǎn)可能性較大的工況以及由不同污染物遷移對(duì)周?chē)叵滤h(huán)境產(chǎn)生影響的排泄點(diǎn)。為了便于模擬分析污染物對(duì)地下水產(chǎn)生的影響，本文選取電廠柴油點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)泄漏的情形進(jìn)行模擬分析。

該情形假設(shè)柴油儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸，破壞地下防滲層，導(dǎo)致柴油污染地下水，對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生影響。

5 模擬結(jié)果分析及地下水影響評(píng)價(jià)

在事故工況下，柴油點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)泄漏，對(duì)地下水污染進(jìn)行預(yù)測(cè)。分別選取柴油泄漏100天、10年、30年、61年的預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4。從圖中可以看出，在柴油泄露初期，柴油的污染羽垂直于泄露處等水位線向東北方向擴(kuò)散（如圖4a）；柴油泄露10年后，污染羽到達(dá)平行于相思江的等水位線區(qū)域，開(kāi)始向相思江擴(kuò)散（如圖4b）；柴油泄露30年后，污染羽整體形狀已經(jīng)垂直于相思江，并逐步接近相思江（如圖4c）；在柴油泄露61年后，污染物已經(jīng)滲入相思江（如圖4d）。整個(gè)預(yù)測(cè)期間，污染物整體向相思江擴(kuò)散，而沒(méi)有向敏感目標(biāo)風(fēng)水塘村和彭莊運(yùn)移。事故工況下柴油對(duì)潛水含水層的具體影響狀況參見(jiàn)表3。

從圖4結(jié)合以上分析可以看出，在模擬期內(nèi)柴油對(duì)含水層造成污染，并且存在超標(biāo)現(xiàn)象。泄漏的柴油在預(yù)測(cè)期間對(duì)楓水塘村和彭莊沒(méi)有造成影響。柴油泄漏61年后污染范圍到達(dá)廠區(qū)邊界及相思江并進(jìn)入相思江，但污染物滲入相思江緩慢，且由于相思江多年平均流量較大，為1.53×106m3/d，相思江水對(duì)污染物的稀釋作用使得江水受影響很小。

6 相關(guān)問(wèn)題探討

采用數(shù)值模擬的方法對(duì)地下水進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，其關(guān)鍵是能夠建立正確的水文地質(zhì)概念模型及其相應(yīng)的數(shù)值模型。水文地質(zhì)概念模型是把含水層實(shí)際的邊界性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、滲透性質(zhì)、水力特征和補(bǔ)給排泄等條件進(jìn)行概化，便于進(jìn)行數(shù)學(xué)與物理模擬[15]。

水文地質(zhì)條件的概化是基于評(píng)價(jià)范圍的確定，在確定評(píng)價(jià)范圍時(shí)，不能拘泥于《導(dǎo)則》規(guī)定的評(píng)價(jià)范圍大小，而應(yīng)更多的考慮工程所在完整水文地質(zhì)單元的范圍和大小。本文選取的評(píng)價(jià)范圍，即是完整的水文地質(zhì)單元，這不僅有助于明確評(píng)價(jià)區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄的條件，而且使得評(píng)價(jià)區(qū)邊界條件的概化更加方便和準(zhǔn)確。對(duì)于沒(méi)有明顯完整水文地質(zhì)單元或者所在水文地質(zhì)單元過(guò)大的評(píng)價(jià)區(qū)，應(yīng)根據(jù)《導(dǎo)則》規(guī)定的評(píng)價(jià)范圍大小、地下水流向確定評(píng)價(jià)范圍的大小及形狀，盡可能使評(píng)價(jià)區(qū)形狀規(guī)則且有盡可能多的邊平行于地下水流方向。

各水文地質(zhì)參數(shù)的確定是模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確與否的另一關(guān)鍵因素。對(duì)于滲透系數(shù)、給水度、有效孔隙度等參數(shù)，一般通過(guò)野外試驗(yàn)或室內(nèi)試驗(yàn)就能較準(zhǔn)確的獲取。而彌散度由于其典型的尺度效應(yīng)，室內(nèi)試驗(yàn)獲取的結(jié)果與野外試驗(yàn)相差達(dá)4～5個(gè)數(shù)量級(jí)，而野外彌散試驗(yàn)一般周期較長(zhǎng)，單次精度差，所以應(yīng)盡可能結(jié)合當(dāng)?shù)匾延袕浬⒃囼?yàn)資料確定彌散度；對(duì)于沒(méi)有條件做野外彌散試驗(yàn)的，可參考李國(guó)敏、陳崇希等[16]綜合世界范圍內(nèi)百余個(gè)水質(zhì)模型中所使用的縱向彌散度與空間尺度的關(guān)系，根據(jù)評(píng)價(jià)范圍的尺度大小來(lái)確定彌散度。進(jìn)而根據(jù)彌散度和水流速度確定彌散系數(shù)大小。

本次數(shù)值模擬采用的軟件是由加拿Waterloo水文地質(zhì)公司在原MODFLOW 軟件和MT3D軟件的基礎(chǔ)上應(yīng)用現(xiàn)代可視化技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的Visual Modflow軟件，其他類(lèi)似的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件包括美國(guó)Brigham Young University環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)軍隊(duì)排水工程試驗(yàn)工作站在綜合已有地下水模型而開(kāi)發(fā)的可視化三維地下水模擬軟件包GMS，以及同樣由加拿大Waterloo水文地質(zhì)公司開(kāi)發(fā)的地下數(shù)據(jù)和地下水模擬結(jié)果三維可視化與動(dòng)畫(huà)軟件Visual Groundwater等。在進(jìn)行地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，可以根據(jù)需要選擇這些軟件。

7 結(jié)論

本文利用數(shù)值方法建立了某電廠廠址區(qū)域的地下水?dāng)?shù)值模型，利用Visual Modflow軟件模擬了事故工況下輕質(zhì)柴油在地下水中的遷移規(guī)律，進(jìn)而對(duì)該區(qū)域地下水環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)值模擬在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)應(yīng)用中的一些問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：

（1）模擬期內(nèi)柴油對(duì)含水層造成污染，并且存在超標(biāo)現(xiàn)象；柴油的泄漏在預(yù)測(cè)期間對(duì)楓水塘村和彭莊沒(méi)有影響；柴油泄漏61年后污染范圍到達(dá)廠區(qū)邊界及相思江，但流量較大的相思江水對(duì)污染物的稀釋作用使得江水所受影響很小。

（2）在確定地下水評(píng)價(jià)范圍時(shí)，為了建立模型的方便和準(zhǔn)確，應(yīng)盡可能選取完整的水文地質(zhì)單元作為計(jì)算區(qū)；彌散度的選取盡可能結(jié)合以往當(dāng)?shù)貜浬⒃囼?yàn)情況進(jìn)行野外試驗(yàn)，如確實(shí)沒(méi)有條件，可參考前人經(jīng)驗(yàn)選取彌散度，進(jìn)而確定彌散系數(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：王志剛（1977.11-），男，江蘇無(wú)錫人，碩士研究生，國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院環(huán)境科學(xué)研究所主任，工程師，主要從事火電廠的環(huán)評(píng)及管理工作。

作者單位：國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031