徐世俊

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

?

淺層地下水污染風(fēng)險應(yīng)急處理模擬研究
——以NAPL泄漏事故場地為例

徐世俊

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

近年來，中國環(huán)境污染事件頻頻發(fā)生、環(huán)境事故突然出現(xiàn)、污染物瞬間泄露。由于污染強度大，因此通常會對區(qū)域地表水以及大氣和土壤及地下水等造成嚴(yán)重污染，同時也會對人身健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，文章主要針對石油類產(chǎn)品的非水相液體NAPL泄漏事故場地的“淺層地下水污染風(fēng)險”應(yīng)急處理過程展開模擬，從而為研究區(qū)淺層地下水污染風(fēng)險快速評估與處理決策提供參考依據(jù)。

NAPL泄漏；事故場地；淺層地下水；污染風(fēng)險；應(yīng)急處理

在地下水污染過程中，常見的一種污染類型就是石油類產(chǎn)品的泄露污染。這種污染物不僅污染嚴(yán)重，而且污染擴散范圍廣、污染危害大。因此，其一旦泄漏，將會對淺層地下水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和破壞，甚至?xí)θ祟惿】禈?gòu)成威脅。尤其是近年來，隨著中國化工生產(chǎn)企業(yè)不斷發(fā)展，石油類化工產(chǎn)品運輸罐以及輸油管線泄漏、化工廠儲罐爆炸并泄漏等，會使污染物迅速進入地下水環(huán)境中，從而形成長期的污染源。這種污染源治理難度大、任務(wù)緊，因此要想在事故現(xiàn)場及時展開決策，必須在日常預(yù)防過程中加強模擬演練，從而為科學(xué)決策奠定重要基礎(chǔ)[1]。

1 NAPL泄漏事故應(yīng)急處理相關(guān)研究綜述

在試驗之前，文章通過對目前相關(guān)研究方法進行分析，發(fā)現(xiàn)大多學(xué)者采用數(shù)學(xué)模型，對非水相液體(NAPL)在淺層地下水環(huán)境中的遷移過程進行模擬分析。實踐研究表明，這種非點源污染在水體中的遷移過程涉及多組分以及多相流運移[2]。因此，模擬過程非常復(fù)雜，按照研究過程不同，可分為復(fù)雜模型與篩選模型。其中，復(fù)雜模型模擬法主要分為NAPL Simulator模型以及TOUGH-2模型和STOMP模型及MISER模型等。

采用這些模型對非水相液體(NAPL)污染物運移規(guī)律進行模擬，需采用化學(xué)以及物理方法，對詳細(xì)的地下水文場進行分析。但是，個別技術(shù)模型受現(xiàn)場試驗技術(shù)條件限制。因此，參數(shù)獲取較為困難，而采用篩選模型對水相液體(NAPL)污染物運移規(guī)律進行模擬分析，則需通過結(jié)合概化場地水文地質(zhì)條件等，將多相流遷移等復(fù)雜問題簡單化[3]。因此，篩選的數(shù)據(jù)具有代表性，模型可得到進一步優(yōu)化。

針對這種模型研究思路，目前國內(nèi)、外已形成了包括OILSFSM(Oil SurfaceFlow Screening Model)和API-LNAST(LNAPL Dissolution and Transport Screening Tool)在內(nèi)的模型，從而為地下水因石油管線泄漏形成的污染源控制提供了技術(shù)條件。

基于上述不同模型的優(yōu)、缺點，文章將結(jié)合此分析思路，通過構(gòu)建NAPL泄漏場地污染概念模型,對某研究區(qū)石油污染場地中的非水相液體(NAPL)污染源進行識別，從而結(jié)合污染場地實際特點，通過篩選模型的研究思想，制定一種 NAPL泄漏事故場地，地下水污染風(fēng)險快速評估方法,以期將其應(yīng)用于研究區(qū)污染場地事故應(yīng)急處理中。

2 NAPL泄漏事故場地淺層地下水污染風(fēng)險應(yīng)急處理模擬

通過對非水相液體(NAPL)污染形成機理進行分析不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NAPL泄漏進入水體后，非飽和帶一般進行的是以垂向為主的入滲過程。當(dāng)其進入地下水飽和帶后，水平方向上的擴散開始變得更為顯著，尤其是對于非水相液體(NAPL)污染源而言，其運移以及擴散過程變得更為明顯?；诤Y選模型的非水相液體(NAPL)污染形成機理圖見圖1：

圖1 非水相液體(NAPL)污染形成機理圖示

從圖1示演變過程中可以看出，NAPL污染源泄漏的強度及入滲時間和污染物泄漏量以及污染物的實際遷移場地等，都會對NAPL泄漏場污染源入滲深度造成影響；而研究區(qū)淺層地下水的動力狀況以及污染組分的遷移性，則會對NAPL 泄漏場污染源的水平運移距離造成影響。

一般而言，如果污染場地的NAPL污染物泄漏量一定，同時污染物在淺層地下水中的入滲時間足夠長，則污染物最終會進入地下水環(huán)境中進行擴散和遷移。此時，由于NAPL在水體中的實際密度不同。

因此，以密度=1為分界線，分別可分為LNAPL污染源與DNAPL，二者分屬于輕油透鏡體和重油聚集體。由于NAPL污染物密度<1。因此，當(dāng)其進人水體中時會上??；相反，當(dāng)其實際密度>1時，進入地下水環(huán)境中會下沉。所以，按照這一機理，NAPL污染源在淺層地下水環(huán)境中會被分為自由相以及移動相兩種運移過程[4]。故結(jié)合這一污染物在研究區(qū)淺層地下水中的運移過程和規(guī)律，文章通過構(gòu)建以下模型，將NAPL劃分為3個不同階段，從而制定污染事故場地淺層地下水污染風(fēng)險應(yīng)急處理方案，具體流程示意圖如圖2所示：

圖2 NAPL泄漏事故場地淺層地下水污染風(fēng)險應(yīng)急處理模擬過程

從圖3中可以看出，文章主要將該研究區(qū)淺層地下水NAPL泄漏污染處理分為3個不同的階段：

1)第1階段主要針對這類型污染源的形成過程以及對污染事故場地相關(guān)水文地質(zhì)資料等進行調(diào)查[5]。通過實地研究，廣泛收集一定的數(shù)據(jù)資料，從而為事故場地污染源處理、決策制定科學(xué)的指導(dǎo)方案。

2)在第2階段，主要針對實際收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)資料進行模型計算、分析。在計算過程中，主要采用篩選過的數(shù)學(xué)模型，對淺層地下水NAPL泄漏污染事故的污染程度以及緊急程度和淺層地下水環(huán)境，對污染源的實際敏感程度進行分析評估，從而為第三階段的決策實施提供準(zhǔn)確的信息。

3)在最后階段，主要針對上述分析過程展開科學(xué)決策，從而采取積極的應(yīng)急處理措施，防止NAPL泄漏污染快速擴散。具體模擬分析過程如下：

2.1 NAPL泄漏事故場地淺層地下水污染風(fēng)險調(diào)查

1)在模型分析、模擬之前，需要針對污染場地的相關(guān)事故風(fēng)險進行全面調(diào)查、了解，獲取一些相關(guān)的信息資料。這些信息資料主要包括NAPL泄漏事故場污染源的形成原因以及形成過程和具體污染事故的類型。

2)需要針對確定后的污染類型具體污染屬性進行分析。比如，從生態(tài)學(xué)的角度以及化學(xué)和物理學(xué)及動力學(xué)等不同角度，對地下水污染源形成過程的機理進行識別，從而通過密度以及分配系數(shù)和動力黏滯度等不同指標(biāo)，對研究區(qū)淺層地下水的污染形成屬性進行全面識別[6]。

3)需要結(jié)合污染物的具體屬性，對淺層地下水環(huán)境的地質(zhì)特點以及水文環(huán)境和孔隙度及水位埋深、污染物滲透系數(shù)等不同參數(shù)進行收集獲取，以此統(tǒng)一進行整理[7]。

該研究區(qū)大約有30m3的汽油從儲油罐中泄露，污染區(qū)域面積為10m2，經(jīng)測定，污染物泄漏場地的主要污染地類為砂土地，而且地下水埋深為5m，該研究區(qū)淺層地下水含水層深度為16m。由于污染場地附近為居民住宅區(qū)，因此一旦污染物擴散滲入到地下水環(huán)境中，將會對附近居民的生活用水造成嚴(yán)重的污染。故需要現(xiàn)場采用緊急預(yù)案，對污染場地的NAPL泄漏污染源進行控制，現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)分析測量，最終得到表1所示的污染場地NAPL泄漏參數(shù)：

表1 污染場地NAPL泄漏污染源相關(guān)參數(shù)

2.2 NAPL泄漏事故場地淺層地下水污染源擴散深度估算

當(dāng)收集到上述相關(guān)研究參數(shù)后，需結(jié)合具體的數(shù)據(jù)模擬模型，對不同參數(shù)指標(biāo)進行計算分析，從而通過科學(xué)計算，進一步確定該研究區(qū)淺層地下水NAPL的最大入滲深度。具體計算模型如下所示：

(1)

式中：hmax為NAPL泄露場地NAPL最大入滲深度，m；M為NAPL泄露場地NAPL入滲污染物總量，kg；A為NAPL泄露場地NAPL污染區(qū)域面積，m2；ρb為NAPL泄露場地土壤干容重，kg/m3；Csat為NAPL泄露場地土壤污染物的飽和濃度，mg/kg。

2.3NAPL泄漏事故場地淺層地下水污染源風(fēng)險評估按照上述基本計算模型，如果在實際研究評估過程中，該研究區(qū)淺層地下水環(huán)境中的NAPL污染源，在非飽和帶的遷移過程中對地下水體造成了直接影響，則需對污染物經(jīng)過飽和帶進入地下水環(huán)境中的時間進行計算，從而判斷污染源是否會進入地下含水層。如果在分析過程中，發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)地下水含水層較深，或污染事故現(xiàn)場的NAPL污染量較少，且污染物擴散及遷移過程不明顯。因此，可進一步斷定此種類型的污染物在短時間內(nèi)無法進入地下水環(huán)境中，同時其更無法對淺層地下水造成嚴(yán)重污染。相反，如果地下水水位較淺，且污染物的泄漏量較大，同時污染物在水環(huán)境中的遷移擴散速度較快，此時可直接判斷NAPL污染源會對地下水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，針對這種類型的污染，需要通過現(xiàn)場快速評估，確定污染源的污染風(fēng)險等級，然后采取積極的污染風(fēng)險防范和處理措施[8]。

在具體處理過程中，應(yīng)盡可能在NAPL到達(dá)淺層地下水環(huán)境前，對其實施攔截。在此過程中，還需對不同攔截措施的具體實施效果進行科學(xué)評估。本文在實際風(fēng)險評估、預(yù)測過程中，主要采用HSSM對NAPL泄漏后到達(dá)地下水的時間以及地下水敏感點的污染濃度進行計算預(yù)估。根據(jù)上述3個不同階段，對地下水環(huán)境中的污染物進行模擬分析[9]。

3 結(jié) 語

綜上所述，NAPL是經(jīng)常所見的非水相液體。石油類產(chǎn)品大多屬于這種類型，由于泄露事故會導(dǎo)致淺層地下水遭到嚴(yán)重污染。因油聚集區(qū)或透鏡體的位置往往較為分散和復(fù)雜，因此一旦產(chǎn)生污染源，很難快速確定，而且這種類型的地下水污染源治理難度大、成本高，需在現(xiàn)場制定一套行之科學(xué)的應(yīng)急處理方案。通過決策評估，以此采用合理的措施，最大程度防止非水相液體(NAPL)污染源擴散和蔓延。本文為了能夠在污染現(xiàn)場第一時間對這類非水相及非飽和帶的污染源遷移速度和其在水體中的停留時間進行科學(xué)確定，通過試驗?zāi)M的方式，制定了及時、有效的現(xiàn)場防控攔截措施，以期將NAPL泄漏事故場地地下水污染風(fēng)險降到最低。但污染物實際運移過程受諸多主、客觀因素影響，故在今后研究實踐中，這一模擬方法依然需繼續(xù)完善，通過對數(shù)據(jù)指標(biāo)進行約束性分析，以此提高模擬的合理性和可行性。

[1]FransRP，WoolleyKDR.Applicabilityandmethodologyofdeterminingsustainableyieldingroundwatersystems[J].Hy-drogeologyJournal,2005(13):295-312.

[2]陸垂裕.基于水循環(huán)模擬的干旱半干旱地區(qū)地下水補給評價[J].水利學(xué)報,2014,45(06):701-711.

[3]鹿海員.基于水資源優(yōu)化配置的地下水可開采量研究[J].水利學(xué)報,2013,44(10):1182-1188.

[4]周志芳,鄭虎,莊超.論地下水資源的永久性消耗量[J].水利學(xué)報,2014,45(12):1458-1463.

[5]徐映雪.銀川平原地下水流模擬與地下水資源評價[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2015,42(03):7-12.

[6]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

[7]裘江海.河岸景觀設(shè)計理念初探[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2004(03):26-28.

[8]張紹軍.實踐最嚴(yán)格水資源管理制度的探索[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2013(05)：23-26.

[9]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

Simulation Study on Emergency Treatment of Shallow Groundwater Pollution Risk in NAPL Leakage Accident Site

XU Shi-jun

(Liaoyang Hydrological Bureau Liaoning Province，Liaoyang 111000，China)

In recent years，China's environmental pollution incidents occur frequently，sudden environmental accidents，sudden leakage of pollutants.As a result of heavy pollution，it is usually on the regional surface water and the atmosphere and soil and groundwater，causing serious pollution，but also pose a serious threat to human health.Therefore，this article mainly aims at the petroleum products NAPL NAPL leak-shallow groundwater pollution risk accident site emergency treatment process simulation，so as to study the shallow groundwater pollution risk assessment and rapid treatment to provide reference for decision-making.

NAPL leakage; accident site; shallow groundwater; pollution risk; emergency treatment

1007-7596(2017)02-0007-03

2017-02-16

徐世俊(1985-)，男，遼寧遼陽人，工程師，研究方向為水文水資源勘測、整編、論證、評價工作。

X

B