賈春玲 張 哲

VisualMODFLOW是目前國際上最流行且被各國一致認(rèn)可的三維地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬評價的標(biāo)準(zhǔn)可視化專業(yè)軟件系統(tǒng)，該軟件由Modflow(水流評價)、Modpath(平面和剖面流線示蹤分析)和MT3D(溶質(zhì)運(yùn)移評價)3大部分組成,并且具有強(qiáng)大的圖形可視界面功能。近年來，超采地下水和水質(zhì)污染逐漸引起人們的重視，如何應(yīng)用科學(xué)有效的方法處理地下水污染，對于地下水的污染防治有著極其重要的作用，本文即運(yùn)用VisualMODFLOW軟件模擬廣平縣某污水處理廠項目對地下水污染問題。

1. 研究區(qū)概況

項目區(qū)位于廣平縣漳河沖洪積扇的扇間地帶，占地50畝，區(qū)內(nèi)大部分用地為平原，規(guī)劃范圍內(nèi)的現(xiàn)狀用地整體為西南高東北低的地勢，海拔在41.20～42.70m，整體地勢較為平坦。

2. 地下水污染數(shù)值模擬

水是溶質(zhì)運(yùn)移的載體，地下水流場是溶質(zhì)運(yùn)移模擬的基礎(chǔ)，在溶質(zhì)運(yùn)移模擬前，需先建立模擬區(qū)地下水流場模型。

2.1 地下水流數(shù)值模型的建立

根據(jù)計算區(qū)的水文地質(zhì)特征，將計算區(qū)潛水含水層概化為非均質(zhì)各向同性、具有通用水頭邊界的平面二維非穩(wěn)定流地下水水流模型。

為了建立地下水系統(tǒng)數(shù)值模型，對計算區(qū)進(jìn)行剖分。在模擬計算區(qū)的平面上采用矩形網(wǎng)格60×66剖分，共剖分網(wǎng)格單元3960個，計算區(qū)范圍內(nèi)全部為有效單元格。計算區(qū)內(nèi)潛水的主要補(bǔ)給來源為降水入滲和上游邊界側(cè)向徑流。排泄方式以分散的人工灌溉開采為主，其次為向下游的側(cè)向徑流。地下水水位動態(tài)變化受大氣降水以及農(nóng)灌開采影響顯著。

本次模擬期選為2012年11月～2013年7月。

2.2 模型的識別與驗證

模型的識別與驗證過程是整個模擬中極為重要的工作，需在反復(fù)修改參數(shù)和調(diào)整某些源匯項基礎(chǔ)上才能達(dá)到較為理想的擬合結(jié)果。此模型的識別與檢驗過程采用的方法為試估—校正法，屬于反求參數(shù)的間接方法之一。參數(shù)選取見表1。

表1 潛水含水層水文地質(zhì)參數(shù)取值表

2.3 地下水污染模擬預(yù)測

一是溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)學(xué)模型。

地下水中溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型可表示為：

式中：

ρb—介質(zhì)密度，mg/(dm)3；

θ—介質(zhì)孔隙度，無量綱；

C—組分的濃度，mg/L；

t—時間，d；

x，y，z—空間位置坐標(biāo)，m；

Dij—水動力彌散系數(shù)張量，m2/d；

Vi—地下水滲流速度張量，m/d；

W—水流的源和匯，1/d；

Cs—組分的濃度，mg/L。

聯(lián)合求解水流方程和溶質(zhì)運(yùn)移方程即可獲得污染物空間分布關(guān)系。

由于水動力彌散尺度效應(yīng)的存在，難以通過野外或室內(nèi)彌散試驗獲得真實的彌散度。因此，本次模擬參考前人的研究成果，取彌散度參數(shù)值取10。

二是地下水污染預(yù)測設(shè)定。

結(jié)合本項目實際情況，確定污水廠進(jìn)水口處位置為模擬泄露點。地下水污染主要預(yù)測情景設(shè)定兩種：污水處理點正常工況無防滲情景；污水處理點正常工況有防滲情景。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和地下水水質(zhì)分析，選擇COD作為特征污染物。

3. 模擬結(jié)果分析

3.1 污水處理點正常工況無防滲措施情景預(yù)測

此情景條件下的地下水污染模擬結(jié)果見圖1～圖4和表2。

圖1 5年影響預(yù)測圖

圖2 10年影響預(yù)測圖

圖3 15年影響預(yù)測圖

圖4 20年影響預(yù)測圖

表2COD正常工況泄漏無防滲措施條件下潛水含水層影響范圍表

3.2 污水處理點正常工況有防滲措施情景預(yù)測

有防滲措施，污染物僅通過防滲層破損點滲漏，進(jìn)入地下水的污染物總量急劇減少，正常有防滲條件下廠區(qū)下游邊界100m處地下水污染模擬預(yù)測結(jié)果見圖5。況采取防滲措施條件下，地下水污染程度明顯減弱，含水層中各污染物的最大濃度均未超過地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 COD濃度預(yù)測曲線預(yù)測結(jié)果表明，污水處理點正常工

4. 結(jié)論

由預(yù)測結(jié)果可知，污染物在水動力條件作用下由西南向東北方向運(yùn)移，污染物在運(yùn)移過程中隨著地下水的稀釋作用，濃度在逐漸降低。正常工況無防滲措施的情況下，由于污染源的持續(xù)存在，對地下水環(huán)境造成長時間的污染，且污染范圍逐漸擴(kuò)大；正常工況有防滲措施的情況下，滲入地下水中污染物的含量較少，且隨著污染物在運(yùn)移的過程中地下水的稀釋作用，濃度逐漸降低，對地下水環(huán)境產(chǎn)生影響較小；增加防滲設(shè)施后能有效地降低對地下水環(huán)境的影響。

總之，VisualMODFLOW數(shù)值模擬方法在實際地下水環(huán)境影響評價中具有較高的科學(xué)性和可操作性，可以作為一種科學(xué)工具廣泛應(yīng)用于類似項目，這也是該領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢。