陳煌+張征+婁華君+梁康+婁俊鵬

摘要：以古雷半島為例，基于GMS地下水?dāng)?shù)值模型探索海砂填海（情景一）、海砂+黏土填海（情景二）、黏土填海（情景三）這三種填海情景對(duì)研究區(qū)地下水流場(chǎng)及污染物運(yùn)移的影響。結(jié)果表明：（1）研究區(qū)在填海背景下地下水水位整體抬升，水位上升幅度由小到大依次為情景一、情景二、情景三，最高升幅達(dá)478 m。（2）不同填海情景下的地下水流場(chǎng)差異在填海區(qū)的黏土區(qū)域最為明顯，情景二、情景三與情景一的地下水水位差最大值分別為444 m和820 m。（3）在僅考慮物理作用的情況下，三種填海情景下污染物運(yùn)移均呈現(xiàn)以水平運(yùn)移為主、垂向運(yùn)移為輔的特點(diǎn)。（4）相較于污染物運(yùn)移基本相同的情景一與情景二，預(yù)測(cè)時(shí)間30 a時(shí)，水平方向上情景三污染物遷移面積、遷移速率分別下降2307%、1889%；垂向上污染物主要積聚于第一層含水層，情景三觀測(cè)井在第一層含水層的污染物濃度為情景一（或情景二）的587倍。說(shuō)明采用低滲透性黏土填海對(duì)于污染物運(yùn)移具有一定的阻滯作用。

關(guān)鍵詞：填海工程； 地下水流場(chǎng)； 污染物運(yùn)移； GMS； 古雷半島

中圖分類(lèi)號(hào)：X5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

16721683（2017）06012210

Abstract：Using the numerical model GMS，in this paper we analyzed the impacts of three reclamation scenarios on groundwater flow field and contaminant transport in the Gulei PeninsulaThe three designated reclamation scenarios were sand reclamation （Scenario 1），clay + sand reclamation （Scenario 2），and clay reclamation （Scenario 3）The results showed that （1） There was a regional increase of water table up to 478 m after reclamationThe extent of increase from small to large was as follows：Scenario 1，Scenario 2，and Scenario 3（2） The groundwater flow field difference between different scenarios was the most prominent in the clay regionThe maximum difference of water table between Scenario 2 and Scenario 1 was 444 m，and that between Scenario 3 and Scenario 1 was 820 m（3） When only the physical interaction was considered，the horizontal contaminant transport was more prominent than the vertical transport in all the three scenarios（4） Compared with the case of Scenarios 1 and 2，which had basically the same contaminant transport intensity，for the predicted duration of 30a，the contaminant transport area and speed in Scenario 3 respectively decreased by 2307% and 1889% in the horizontal direction；in the vertical direction，the contaminant mainly accumulated in the first layerThe concentration of contaminants in the first layer in Scenario 3 was 587 times of that in Scenario 1 （or Scenario 2）This indicates that reclamation with lowpermeability clay have a certain retardation effect on contaminant transport

Key words：land reclamation；groundwater flow field；contaminant transport；GMS；the Gulei Peninsula

土地資源性短缺和結(jié)構(gòu)性短缺日益成為沿海地區(qū)和島嶼地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素，填海造陸成為一種既可以拓展土地空間又可以在一定程度上避免政策制約的良方而被廣泛應(yīng)用[1]。然而，半島是陸地與海洋環(huán)境的重要物質(zhì)傳輸、能量傳遞和信息交流的重要場(chǎng)所和通道，對(duì)其實(shí)施填海工程會(huì)對(duì)填海工程區(qū)、原有陸地和近海海域的地形地貌、水文地質(zhì)、環(huán)境質(zhì)量和生物群落等產(chǎn)生一系列不同程度的影響[218]。海島特殊自然環(huán)境條件演變而成的水循環(huán)系統(tǒng)與內(nèi)陸有明顯區(qū)別，通常地表水資源匱乏，地下水資源多呈“透鏡體”形狀，水量有限，開(kāi)采環(huán)境相當(dāng)脆弱。地下淡水是工業(yè)、旅游業(yè)及當(dāng)?shù)鼐用裼盟闹饕獊?lái)源，同時(shí)為海島生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要保障。因此，填海工程對(duì)地下水環(huán)境的影響以及因地下水環(huán)境改變而造成的區(qū)域濕地、紅樹(shù)林和珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的衰退等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題被廣泛關(guān)注和研究[1926]。第15卷 總第93期·南水北調(diào)與水利科技·2017年12月endprint

陳煌等·填海工程背景下半島地下水流場(chǎng)及污染物運(yùn)移的數(shù)值模擬

古雷半島是我國(guó)東南沿海地區(qū)廣泛分布的典型島嶼，作為海峽兩岸重要的交流窗口，因獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為眾多大型石化工業(yè)集中分布的國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)。當(dāng)?shù)卣疄榱藬U(kuò)大古雷石化園區(qū)發(fā)展所需建設(shè)用地，發(fā)揮閩南金三角整體優(yōu)勢(shì)和推動(dòng)海峽西岸連片發(fā)展，將對(duì)半島西側(cè)部分海域?qū)嵤┐堤詈９こ?。然而，古雷半島西側(cè)的東山灣聚集了珊瑚自然保護(hù)區(qū)、紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)、農(nóng)漁業(yè)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)。填海造陸可能會(huì)對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，但不同的填海材料和填海方式對(duì)區(qū)域地下水及生態(tài)敏感保護(hù)的影響程度不盡相同，如何定量化評(píng)估不同填海情景對(duì)區(qū)域地下水含水層及敏感保護(hù)目標(biāo)造成的影響是必須要考慮的科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也是國(guó)家、地方政府和石化企業(yè)等需要迫切解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，這對(duì)該地區(qū)海岸帶開(kāi)發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[5，14，24，2729]。因此，本文在野外水文地質(zhì)調(diào)查和水文地質(zhì)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)古雷半島填海區(qū)工程概況，分別設(shè)置三種填海情景（海砂填海、海砂+黏土填海、黏土填海），采用國(guó)際上著名的地下水模擬系統(tǒng)Groundwater Modeling System（GMS），開(kāi)展三種不同填海情景下的地下水流及污染物運(yùn)移的數(shù)值模擬對(duì)比分析，希望能為評(píng)估填海工程對(duì)地下水環(huán)境造成的影響及其當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境的保護(hù)提供一定的參考。

1研究區(qū)概況

古雷半島位于福建省漳州市漳浦縣，三面臨海，南鄰臺(tái)灣海峽。由北向南呈條帶狀朝大海延伸，南北長(zhǎng)173 km，東西寬3～4 km（最窄處僅300 m）[30]，面積約40 km2。原為近岸孤島，后因泥砂淤積形成陸連島，地勢(shì)由南向北傾斜。南部以臺(tái)地、丘陵為主，海拔約50 m，最高峰古雷山海拔270 m?？傮w處于閩東南沿海丘陵地貌區(qū)內(nèi)，主要有構(gòu)造剝蝕侵蝕的低山、丘陵、殘丘、島嶼、臺(tái)地以及沖洪積階地或沖海積海灣平原等地貌類(lèi)型。近年來(lái)，古雷半島因其獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)已成為中國(guó)東南沿海的石化工業(yè)集中分布區(qū)[31]。古雷半島地處亞熱帶海洋性氣候區(qū)，氣候溫和，冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑。季風(fēng)現(xiàn)象較為明顯，冬季多為東北風(fēng)，夏季多為西南風(fēng)。多年平均氣溫213 ℃，全年無(wú)霜期。年均降水量1 3274 mm，主要集中在每年的5月-8月份，占年降水量的61%。多年平均蒸發(fā)量1 6582 mm。

研究區(qū)基巖主要為燕山早期混合花崗巖，第四系覆蓋層由殘積層、沖洪積層、海陸交互沉積層組成，并且分布有上更新統(tǒng)殘積層及前泥盆系澳角群動(dòng)力變質(zhì)巖等。其中海積層和風(fēng)積層出露面積最大，分別出露于半島西北部及西側(cè)、半島東側(cè)，兩者面積之和約占總面積的70%以上。巖性自東岸向西岸泥質(zhì)增多，西岸以淤泥、黏性土夾粉細(xì)砂為主，東岸以粉細(xì)砂夾淤泥、黏性土為主。該區(qū)主要地下水類(lèi)型為基巖裂隙水和松散巖類(lèi)孔隙水，局部含微承壓承壓水。區(qū)域內(nèi)基巖裂隙水主要賦存于坡殘積層及其下伏基巖風(fēng)化帶中，水量總體較貧乏，泉流量常見(jiàn)值<01 Ls，單孔涌水量<100 m3d，富水性弱。松散巖類(lèi)孔隙水主要分布于風(fēng)積砂和海積砂層中，含水層厚度5～20 m，水位埋深05～5 m，單井涌水量一般為100～350 m3d，賦水性中強(qiáng)。研究區(qū)水文地質(zhì)條件見(jiàn)圖1，AA′水文地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。大氣降水是研究區(qū)地下水的唯一補(bǔ)給源，雨水滲入含水層后在地形的控制下由南北兩側(cè)向中部匯集，于半島中軸形成近南北向的脊?fàn)罘炙畮X后分

別向東西兩側(cè)徑流入海。地下水水位動(dòng)態(tài)主要受大[CM（22]氣降水影響，隨季節(jié)變化明顯，雨季高旱季低。古[CM）]

雷半島松散巖類(lèi)孔隙水（潛水）交替強(qiáng)烈，pH值一般70～72，礦化度、水質(zhì)類(lèi)型隨陸域向兩側(cè)海域變化，礦化度升高，一般2065→91089 mgL；水質(zhì)類(lèi)型一般具有如下變化趨勢(shì)：HCO3·ClCa·Na→ Cl·HCO3Na·Ca→Cl·SO4 Na·Ca→ClNa。

2研究方法

基于GMS數(shù)值模型，通過(guò)設(shè)置不同填海情景，采用數(shù)值模擬的方法探索不同填海材料和填海方式對(duì)該半島地下水流場(chǎng)的影響以及預(yù)測(cè)其地下水污染狀況。

21填海情景設(shè)置

[HJ195mm]因石油化工企業(yè)聚集，土地資源緊張，為擴(kuò)大廠區(qū)用地，當(dāng)?shù)卣疀Q定對(duì)古雷半島西側(cè)進(jìn)行填海，面積2194 km2，最大寬度316 km，場(chǎng)地標(biāo)高621～889 m。在已有填海工程方案基礎(chǔ)上，設(shè)定三種不同的填海情景。

情景一：半島三面臨海，海砂資源豐富、價(jià)格低廉，主要成分為粉砂，粒徑005～01 mm，水平滲透系數(shù)為10 md，是半島未來(lái)填海的主要材料。

情景二：古雷半島西側(cè)東山灣有漳江口紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)、東山灣珊瑚自然保護(hù)區(qū)和東山灣農(nóng)漁業(yè)區(qū)等重要的環(huán)境敏感區(qū)。黏土滲透系數(shù)低，對(duì)污染具有較好的阻隔效果。故將填海區(qū)域一分為二，將情景一海砂填海區(qū)西側(cè)寬827 m的南北向條帶區(qū)置換為黏土，主要成分為輕亞黏土，水平滲透系數(shù)為005 md。

情景三：填海材料為黏土，主要成分為輕亞黏土，水平滲透系數(shù)為005 md。

22模擬條件及計(jì)算過(guò)程

（1）模擬范圍。

地下水流場(chǎng)模擬范圍的確定以區(qū)域水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，同時(shí)充分考慮地下水系統(tǒng)的完整性及獨(dú)立性。本研究調(diào)查范圍北部到達(dá)杜潯鎮(zhèn)中心，南部到達(dá)古雷山南峰，面積約52 km2。根據(jù)獲取的古雷半島區(qū)域水文地質(zhì)條件，本研究的地下水流初始模型模擬范圍約為4124 km2；填海后研究區(qū)范圍約為6318 km2，如圖1所示。

利用GMS軟件，綜合考慮研究區(qū)主要含水層分布范圍、模擬精度和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力等實(shí)際情況，研究區(qū)含水層實(shí)行網(wǎng)格加密剖分，水平方向X、Y均按50 m×50 m進(jìn)行方形網(wǎng)格剖分，i、j分別代表水平方向行、列方格數(shù)，未填海、三種填海情景的地下水模型分別剖分為16 578、25 315個(gè)二維單元格。垂直方向Z網(wǎng)格按含水層剖分為4層，L代表自上而下含水層層數(shù)。endprint

（2）概念模型。

研究區(qū)包氣帶厚度小，對(duì)污染物運(yùn)移的阻礙作用微弱，故在模型計(jì)算中忽略包氣帶對(duì)污染物的阻滯作用。古雷半島地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)清晰，含水層水平分布均勻連續(xù)、垂向變化明顯，具有統(tǒng)一連續(xù)的地下水水位。地下水系統(tǒng)的物質(zhì)輸入、輸出會(huì)隨時(shí)間變化，一年中豐水期水位變化最為明顯，從環(huán)境影響評(píng)價(jià)的安全性考慮，采用2015年9月份的實(shí)際水位數(shù)據(jù)對(duì)已有古雷半島豐水期最大潮汐時(shí)的地下水水位流場(chǎng)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示兩者水位基本一致，故將其作為研究區(qū)全年的穩(wěn)定流場(chǎng)。

側(cè)向邊界：南、北部邊界均垂直地下水流場(chǎng)，北部到達(dá)杜潯鹽場(chǎng)，南部到達(dá)古雷山北側(cè)，作為第二類(lèi)邊界；東側(cè)和西側(cè)以海岸線為界（包括西北部的海水養(yǎng)殖廠），作為第一類(lèi)邊界。垂向邊界：研究區(qū)的上部邊界為潛水面，為水量交換邊界，接受大氣降水入滲和潛水蒸發(fā)；下部邊界為滲透性極差的弱風(fēng)化花崗巖，概化為隔水邊界。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際的含水層巖性及垂向分布特征，將模型自上而下概化為4層：第一層含水層以海積及風(fēng)積粉細(xì)砂、中細(xì)砂為主，厚度為10～20 m；第二層弱透水層為致密黏土，5～10 m；第三層含水層為細(xì)砂，3～5 m；第四層隔水層為風(fēng)化花崗巖，10～30 m。

（3）數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)實(shí)際掌握的水文地質(zhì)條件，同時(shí)考慮到模擬常年穩(wěn)定流場(chǎng)下的污染物遷移情況的實(shí)際需求，選取多年平均條件下的地下水流場(chǎng)及源匯項(xiàng)，可建立起研究區(qū)的非均質(zhì)、各向異性、三維穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型，用如下微分方程的定解問(wèn)題來(lái)描述：[HJ1mm]

[JB（{][SX（][]x[JB（（]Kh[SX（]H[]x+[SX（][]x[JB（（]Kh[SX（]H[]y+[SX（][]z[JB（（]Kv[SX（]H[]z+ε=0，（x，y，z）∈Ω

H（x，y，z，t）|t=0=h0，（x，y，z）∈Ω

Kh[JB（（][SX（]H[]x2+Kh[JB（（][SX（]H[]y2+Kv[JB（（][SX（]H[]z2-[SX（]H[]z（Kv+p）+p=0，（x，y，z）∈Γ0

H（x，y，z，t）|Γ1=h0，（x，y，z）∈Γ1

Kn[SX（]H[]n[TX→6]|Γ2=q，（x，y，z）∈Γ2

[JB）]（1）

式中：H為地下水位標(biāo)高（m）；Kh、Kv為分別為水平和垂直滲透系數(shù)（md）；ε為潛水含水層的垂向補(bǔ)排強(qiáng)度[m3（d·m2）]，其中包括大氣降水入滲量、地下水蒸發(fā)量；h0為含水層的初始水位標(biāo)高（m）；h1為第一類(lèi)（定水位）邊界水位標(biāo)高（m）；p為潛水面的蒸發(fā)和降水等（md）；Γ0為滲流區(qū)域的上邊界，即地下水的自由表面；Γ1為一類(lèi)邊界；Γ2為二類(lèi)邊界：n為二類(lèi)邊界外法線方向；Kn為邊界面法向方向的滲透系數(shù)（md）；q為第二類(lèi)邊界上的單寬滲流量，流入為正，流出為負(fù)，隔水邊界為0（m2d）；x，y，z為坐標(biāo)變量（m）；Ω為滲流區(qū)域。

基于準(zhǔn)三維地下水流場(chǎng)中的對(duì)流彌散方程和定解條件，污染物運(yùn)移模擬應(yīng)用GMS軟件中的MT3DMS模塊計(jì)算求解：[HJ1mm]

[JB（{][SX（]c[]t=[SX（][]x[JB（（]Dx[SX（]c[]x+[SX（][]y[JB（（]Dy[SX（]c[]y+[SX（][]z[JB（（]Dz[SX（]c[]z-[SX（]（uxc）[]x-[SX（]（uyc）[]y-[SX（]（uzc）[]z+I，（x，y）∈Ω，t>0

c（x，y，o）=c0（x，y），（x，y）∈Ω，t>0

（c（x，y，t）[AKu→]·gradc）·[AKn→]|B1=（c（x，y，t）[AKu→]-D·gradc）·[AKn→]|Γ1，（x，y）∈B1，t>0[JB）]（2）

式中：c為飽和含水層中的污染物的濃度（ML3）；t為時(shí)間（T）；ux、uy為孔隙平均實(shí)際流速（LT1）；ux=vxn，uy=vyn，其中vx、vy為滲流速度（LT1），n為有效孔隙（無(wú)量綱）；Dx、Dy、Dz為坐標(biāo)軸方向的主彌散系數(shù)（L2T1），Dx=αL·u，Dy=αT·u，，Dz=αV·u，其中αL、αT、αV分別為縱向彌散度、橫向彌散度、垂向彌散度（L）；I為單位時(shí)間單位面積含水層內(nèi)由于源匯項(xiàng)流量W（包括污染源、抽水和降水入滲）引起的污染物濃度cs變化，I=csWn；c0（x，y）為初始時(shí)刻區(qū)域Ω上的溶質(zhì)濃度分布；B1為研究區(qū)給定溶質(zhì)通量邊界。

（4）水文地質(zhì)參數(shù)的確定。

野外調(diào)查工作共實(shí)施109個(gè)水位調(diào)查點(diǎn)，11個(gè)抽水試驗(yàn)點(diǎn)，5個(gè)野外現(xiàn)場(chǎng)滲坑試驗(yàn)點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。抽水井均穿過(guò)包氣帶至含水層。以試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)值為參考，經(jīng)過(guò)模型調(diào)參獲得研究區(qū)各含水層自上而下水平滲透系數(shù)Kh分別為005～15 md不等、0001 md、10 md、0000 1 md。垂直滲透系數(shù)Kv根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值按水平滲透系數(shù)Kh的110給定。研究區(qū)補(bǔ)給主要來(lái)源于降雨入滲，故按照經(jīng)驗(yàn)值[3233]選取降雨入滲系數(shù)014～035。最大蒸發(fā)速率參考年均蒸發(fā)量計(jì)算經(jīng)過(guò)調(diào)參后為0004 1～0006 7 md不等，極限蒸發(fā)深度為3 m。彌散系數(shù)采用定水頭的淋濾實(shí)驗(yàn)獲得，縱向彌散度αL=132 cm，本模型給定αVαL=02，αHαL=02。

（5）模型識(shí)別和驗(yàn)證。

模型的驗(yàn)證和識(shí)別是判斷一個(gè)模型是否符合實(shí)際環(huán)境條件的重要依據(jù)。模型必須滿(mǎn)足水文地質(zhì)參數(shù)符合實(shí)際水文地質(zhì)條件、地下水補(bǔ)給量與排泄量基本相等（ΔQQ補(bǔ)<10%）、地下水模擬流場(chǎng)與實(shí)際流場(chǎng)基本一致等條件。研究區(qū)未填海條件下水文地質(zhì)參數(shù)設(shè)置符合古雷半島水文地質(zhì)條件，地下水流模型水均衡（ΔQQ補(bǔ)）為-065%，地下水模擬等值線與實(shí)測(cè)等水位線基本一致（見(jiàn)圖3），因此本研究數(shù)值模型可信，模擬流場(chǎng)可以客觀反映研究區(qū)實(shí)際地下水流場(chǎng)。

23污染源強(qiáng)設(shè)定endprint

本研究以擬建古雷半島煉化一體化項(xiàng)目化工原

[CM（22]料罐區(qū)苯儲(chǔ)罐泄漏為例（i=184，j=78，L=1）。根據(jù)儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)外壓差及裂口面積等，按照化工行業(yè)常用的經(jīng)驗(yàn)公式（3）輸入研究區(qū)相應(yīng)數(shù)據(jù)[34]，計(jì)算出苯泄漏速率為1837 kgd（純物質(zhì)）。

QL=CdAρ[KF（][SX（]2（P-P0）[]ρ+2gh[KF）]（3）

式中：QL為液體泄漏速率（kgs）；P為容器內(nèi)介質(zhì)

壓力（Pa）；P0為環(huán)境壓力（Pa）；ρ為泄漏液體密度（kgm3）；g為重力加速度，981 ms2；h為裂口之上液位高度（m）；Cd為液體泄漏系數(shù)，無(wú)量綱；A為裂口面積。

由于儲(chǔ)罐區(qū)泄露不易被發(fā)現(xiàn)，按照每季（3個(gè)月）一次監(jiān)測(cè)頻率，設(shè)定污染源在前90 d 內(nèi)未被發(fā)現(xiàn)，視為連續(xù)穩(wěn)定釋放的點(diǎn)源，90 d后發(fā)現(xiàn)污染并立即采取措施，污染物不再釋放，故模型可分為2個(gè)應(yīng)力期。泄漏區(qū)域污染物運(yùn)移速率慢、濃度梯度大，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)地下水污染，更好地展現(xiàn)污染羽水平運(yùn)移范圍和濃度變化以及垂向上各含水層污染物濃度變化，在泄漏點(diǎn)西側(cè)50 m設(shè)定1個(gè)觀測(cè)井（i=184，j=77），以探索不同填海情景下污染物的運(yùn)移規(guī)律。

3結(jié)果與討論

31不同填海情景下的地下水流場(chǎng)

根據(jù)模型模擬結(jié)果（圖4），三種填海情景下原有陸域地下水流場(chǎng)形態(tài)與初始流場(chǎng)趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)南北兩側(cè)高，中部次之，東西部最低的分布規(guī)律，與地形保持一致。地下水由南北兩側(cè)向中部匯集，在中軸形成近南北向的脊?fàn)罘炙畮X，最后分別向東西兩側(cè)徑流入海。

研究區(qū)地下水初始流場(chǎng)平均水位127 m，最高水位1400 m，最低水位與海平面持平。填海工程實(shí)施后，半島地下水水位發(fā)生變化，三種填海情景最高水位依次為1392 m、1392 m、1378 m，最低水位三者均與海平面基本持平。海砂填海、海砂+黏土填海、黏土填海三種填海情景下的陸域地下水流場(chǎng)相比于初始流場(chǎng)，半島四周水位呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，上升幅度最高值分別為405 m、405 m、478 m，上升區(qū)主要出現(xiàn)在未填海西側(cè)臨海陸域。填海工程的實(shí)施區(qū)域包含劃定的填海區(qū)和低于填海區(qū)規(guī)定標(biāo)高的少部分沿海陸域，西側(cè)臨海陸域因填海造成地下水排泄受阻，呈現(xiàn)大幅度抬升。在填海區(qū)域，填海材料的加入使原來(lái)的海洋轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙兀Ｋ?qū)退，填海區(qū)接受大氣降水和原有陸域補(bǔ)給大于蒸發(fā)和海洋排泄量，故地下水水位升高。古雷半島實(shí)施填海工程后整體水位呈上升趨勢(shì)，水力坡度降低，地下水水流流速減緩，地下水分水嶺由陸地向海洋一側(cè)移動(dòng)，而且經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后將達(dá)到新的平衡。

利用ArcGIS 101柵格計(jì)算分析獲得三種不同填海情景兩兩比較中的地下水水位差空間分布圖，如圖5所示。通過(guò)比較分析得到：（1）情景二相較于情景一（圖5a），在大部分原有陸域和海砂填海區(qū)與前者變化一致，而未填海陸域東北側(cè)臨海區(qū)域和黏土填海區(qū)地下水水位高，水位差最值分別為-067 m、444 m；（2）情景三相較于情景一（圖6（b）），未填海陸域中部地區(qū)水位值低，而填海區(qū)和未填?？拷詈?cè)水位高，水位差的最值分別為-031 m、820 m；（3）情景三相較于情景二（圖5（c）），未填海陸域東側(cè)地區(qū)和西側(cè)黏土填海區(qū)水位低，但在未填海陸域西側(cè)和后者的海砂填海區(qū)水位高，水位差最值分別為-047 m，820 m。水位差最大值均出現(xiàn)在未填海區(qū)的最北端區(qū)域，地下水因填海工程實(shí)施被迫滯留而抬升明顯。上述結(jié)果和分析說(shuō)明填海材料的滲透系數(shù)越低、覆蓋面積越大，對(duì)地下水流動(dòng)的阻礙作用越強(qiáng)，并且其對(duì)填海區(qū)流場(chǎng)的影響大于未填海區(qū)。

32不同填海情景下的地下水污染物運(yùn)移

根據(jù)前述污染物源強(qiáng)設(shè)置以及項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期的情況[3435]，綜合選取泄漏發(fā)生后的近、中、遠(yuǎn)三個(gè)典型期作為典型代表，即污染物運(yùn)移100 d、1 000 d、10 950 d（一般項(xiàng)目服務(wù)年限為30 a）三個(gè)典型時(shí)刻來(lái)對(duì)污染物遷移范圍和運(yùn)移規(guī)律開(kāi)展詳細(xì)分析。苯發(fā)生泄漏后因重力和滲透作用通過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水，隨著地下水流的運(yùn)動(dòng)而遷移，從而對(duì)地下水含水層造成污染。參考《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（DZT 0290-2015）[36]，污染物濃度高于III類(lèi)水質(zhì)苯濃度閾值001 mgL即處于污染狀態(tài)。三種填海情景下的地下水污染羽在水平和垂向上的遷移分布范圍分別見(jiàn)圖6、圖7，污染運(yùn)移相關(guān)參數(shù)數(shù)值見(jiàn)表1。

在水平方向上，污染物在地下水流場(chǎng)的作用下往海島西側(cè)運(yùn)移，在地下水中不斷遷移擴(kuò)散，濃度逐漸減小，污染羽面積不斷增大，運(yùn)移速度減緩，但在

預(yù)測(cè)時(shí)間30 a內(nèi)未運(yùn)移出廠區(qū)。情景一與情景二污染物運(yùn)移基本相同，擴(kuò)散強(qiáng)度高于情景三。情景一和情景二的污染羽運(yùn)移最大水平距離為450 m，最大運(yùn)移范圍109 000 m2，中心濃度向西側(cè)運(yùn)移了250 m，濃度最高值達(dá)1 064 69550 mgL；情景三最大水平距離為365 m，最大運(yùn)移范圍83 855 m2，中心濃度向西側(cè)運(yùn)移150 m，最高值達(dá)1 064 78500 mgL。相較于情景一或情景二，情景三水平運(yùn)移面積、運(yùn)移速率分別下降2307%、1889%。在垂直方向上，污染物泄漏后下滲進(jìn)入第一層含水層，由于含水層連通性，在100 d內(nèi)即到達(dá)第二層含水層并且不斷積聚，呈現(xiàn)以水平運(yùn)移為主、垂向運(yùn)移為輔的特征。在1 000 d后突破第二層含水層阻滯進(jìn)入第三層含水層，但預(yù)測(cè)時(shí)間10 950 d內(nèi)未對(duì)第四層含水層造成污染。

三種填海情景下觀測(cè)井在污染物泄漏10 d內(nèi)會(huì)受到污染，并且污染物垂向濃度變化明顯，受污染含水層污染物濃度隨時(shí)間變化見(jiàn)圖8。因?yàn)榍榫耙慌c情景二變化趨勢(shì)一致，所以?xún)烧邼舛葧r(shí)間曲線發(fā)生重疊。第一層含水層賦存潛水，污染物濃度在三種填海情景均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，情景一和情景二在2 410 d同時(shí)達(dá)到最大值368 76859 mgL后逐漸下降至10 950 d時(shí)濃度為78378 mgL，情景三在2 760 d達(dá)到最大值391 77656mgL后逐漸下降10 950 d濃度為4 60291 mgL，30 a時(shí)情景三觀測(cè)井濃度為情景一或情景二的587倍。第二層含水層污染物濃度隨時(shí)間濃度不斷升高，三種情景在10 950 d分別達(dá)到最大值2036 mgL、2036 mgL、2673 mgL。第三層含水層污染物濃度隨時(shí)間增加濃度不斷升高，三種情景在10 950 d分別達(dá)到最大值001 mgL、001 mgL、002 mgL第四層含水層在預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)濃度endprint

低于001 mgL，即認(rèn)為沒(méi)有受到污染。三種填海情景在同一時(shí)刻污染物濃度均隨含水層埋深增加而降低，而同一含水層情景一和情景二污染物濃度出現(xiàn)先高于后低于情景三的現(xiàn)象。由上述運(yùn)移結(jié)果可以看出，在未考慮土壤對(duì)污染物的化學(xué)、生物作用條件下，污染物運(yùn)移差異主要由填海材料、含水層巖性和填海后地下水流場(chǎng)變化引起。情景一與情景二在泄露點(diǎn)附近區(qū)域水文地質(zhì)條件相同，地下水流場(chǎng)基本一致，故地下水污染物運(yùn)移特征基本相同。由于情景三填海材料對(duì)地下水流的阻滯作用強(qiáng)于情景一和情景二，其污染物運(yùn)移速率、距離和面積等參數(shù)顯著低于后兩者，但污染物因遷移擴(kuò)散強(qiáng)度低而不斷滯留在未填海區(qū)域，濃度削減緩慢。填海材料滲透性不僅會(huì)影響流速，也會(huì)改變局部地下水流向，從而影響污染物遷移擴(kuò)散方向與運(yùn)移范圍。泄露點(diǎn)周?chē)谝粚訚撍畬优c外界連通性好，存在頻繁的物質(zhì)和能量的交換，地下水交換頻繁、運(yùn)移速度快，污染物在該層的衰減速率明顯高于其他含水層。而第二層黏土層滲透性弱，對(duì)污染物截留作用強(qiáng)，在預(yù)測(cè)期內(nèi)模擬濃度呈現(xiàn)大幅度下降，這對(duì)微承壓承壓含水層起到了較大的保護(hù)作用。與情景一、情景二相比，情景三污染物抵達(dá)觀測(cè)井時(shí)間長(zhǎng)且衰減速率慢。

33地下水污染防控措施與建議

根據(jù)地下水污染運(yùn)移結(jié)果及分析，如果古雷半島中部靠近填海邊界發(fā)生泄露事故，污染物對(duì)地下水的影響范圍小，主要集中在廠區(qū)泄露點(diǎn)半徑05 km內(nèi)，在不采取任何防控措施的情況下，雖然泄漏事件在預(yù)測(cè)時(shí)期內(nèi)不會(huì)污染半島西側(cè)海域環(huán)境敏感區(qū)，但是會(huì)嚴(yán)重污染源強(qiáng)泄露點(diǎn)附近及下游臨近的潛水含水層，甚至在遠(yuǎn)期時(shí)會(huì)造成源強(qiáng)點(diǎn)下伏局部微承壓承壓含水層水質(zhì)輕微污染。因此，按照“源頭控制、分區(qū)防治、污染監(jiān)控、應(yīng)急響應(yīng)”相結(jié)合的原則，建議擬建項(xiàng)目在施工期要對(duì)苯儲(chǔ)罐區(qū)等潛在污染源進(jìn)行分區(qū)分級(jí)水平防滲和垂向防滲，并且在其下游設(shè)置不同層位的地下水監(jiān)測(cè)井進(jìn)行定期采樣檢測(cè)，對(duì)污染物的產(chǎn)生、入滲、擴(kuò)散、應(yīng)急響應(yīng)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)與控制。

4結(jié)論

根據(jù)GMS數(shù)值模擬結(jié)果，填海工程實(shí)施后，對(duì)

[HJ195mm]

填海區(qū)地下水的影響大于未填海區(qū)，地下水流向改變不明顯，但地下水水位整體抬升，流速減小，地下水分水嶺朝海島西側(cè)移動(dòng)。不同填海材料及其組合的方式會(huì)對(duì)地下水流場(chǎng)產(chǎn)生不同的影響。滲透系數(shù)越低對(duì)地下水流場(chǎng)的阻礙作用越強(qiáng)，但本文提出的組合方式——情景二（海砂+黏土填海）對(duì)研究區(qū)地下水流場(chǎng)影響在未填海區(qū)和海砂填海區(qū)與情景一（海砂填海）基本相同，只有在黏土填海區(qū)滯留地下水效果明顯。在未考慮環(huán)境對(duì)污染物的化學(xué)、生物作用的前提下，填海材料滲透性、含水層巖性和地下水流場(chǎng)是影響污染物運(yùn)移的主要因素。填海情景下污染物向半島西側(cè)運(yùn)移，以水平運(yùn)移為主、垂向運(yùn)移為輔。水平方向上污染羽面積和最大水平運(yùn)移距離持續(xù)增加，污染物中心濃度持續(xù)減??；垂直方向上隨含水層埋深的增加濃度減小。與情景三（黏土填海）相比，情景一和情景二污染物運(yùn)移基本相同且水平運(yùn)移強(qiáng)、垂直運(yùn)移弱。

研究結(jié)果表明，污染源位于臨近填海區(qū)的原有陸域中部，本文提出的組合填海方式對(duì)污染物運(yùn)移阻滯效果不明顯，采用黏土填海對(duì)周邊環(huán)境的影響最小。另外，研究區(qū)發(fā)生泄漏后污染物運(yùn)移速度慢、分布集中，且在30 a內(nèi)未運(yùn)移出廠區(qū)，對(duì)周邊海域的環(huán)境影響弱，但是對(duì)源強(qiáng)泄露點(diǎn)附近及下游臨近潛水含水層污染嚴(yán)重，不采取任何措施的情況下甚至?xí)廴揪植课⒊袎撼袎汉畬?。因此，臨近含水層受污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)高，必須嚴(yán)控污染源，并及時(shí)做好污染監(jiān)測(cè)與防控。

由于數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)條件有限，沒(méi)有考慮研究區(qū)地下水污染物背景值以及土壤對(duì)污染物的生物和化學(xué)作用，在實(shí)際情況下前者會(huì)使污染物濃度更高，后者會(huì)使污染物濃度變化更為復(fù)雜。此外，如果半島過(guò)度抽汲地下水使區(qū)域地下水水均衡遭到破壞，則本文建立的非均質(zhì)、各向異性、三維穩(wěn)定流水文地質(zhì)模型將與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。為了更好地評(píng)估填海工程對(duì)地下水環(huán)境的影響，仍需要完善地下水監(jiān)測(cè)機(jī)制并進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤研究，做好污染防控，以使填海工程對(duì)地下水環(huán)境的不利影響最小化。

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