顧正聰，黃 倩，李 芳

（1.云南湖柏環(huán)?？萍加邢薰?，云南 昆明 650228；2.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000）

0 引言

在項(xiàng)目建成運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，存在污染物因防滲措施老化或腐蝕、儲(chǔ)罐爆炸等狀況下發(fā)生滲漏或泄漏的情況出現(xiàn)，滲漏或泄漏的污染物會(huì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)及其下游的地下水環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。因此本文選取某項(xiàng)目作為案例，在項(xiàng)目區(qū)及其周邊的地下水類型、含水層巖性、地下水監(jiān)測(cè)井水位等水文地質(zhì)條件調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立數(shù)值模型，并對(duì)非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的污染物進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，之后對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，分析污染物對(duì)地下水環(huán)境及敏感點(diǎn)的影響程度。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

2 項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件調(diào)查分析

2.1 項(xiàng)目區(qū)地下水類型及含水層巖性

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、地質(zhì)勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)地層自上而下依次為新生界第四系人工填土層（Q4ml）雜填土、第四系殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)黏土、古生界泥盆系上統(tǒng)宰格組（D3zg）灰?guī)r。項(xiàng)目區(qū)及其附近地下水類型自上而下依次為孔隙水和巖溶水，孔隙水含水層巖性主要為雜填土和粉質(zhì)黏土，其富水性低，主要為上層滯水；巖溶水含水層巖性主要為灰?guī)r，其富水性中等，是項(xiàng)目區(qū)的主要地下水類型，主要接受大氣降雨補(bǔ)給及上覆孔隙水的滲流補(bǔ)給。水文地質(zhì)圖見(jiàn)圖1。

圖1 水文地質(zhì)圖及水井、地下水監(jiān)測(cè)井分布圖

2.2 項(xiàng)目區(qū)周邊水井、地下水監(jiān)測(cè)井及其使用功能現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)東側(cè)分布1個(gè)村莊水井，其為村莊的居民飲用水，抽水量約為200m3/d；在項(xiàng)目區(qū)及其周邊調(diào)查發(fā)現(xiàn)了7個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，分別為1#監(jiān)測(cè)井、2#監(jiān)測(cè)井、3#監(jiān)測(cè)井、4#監(jiān)測(cè)井、5#監(jiān)測(cè)井、6#監(jiān)測(cè)井、7#監(jiān)測(cè)井。水井和地下水監(jiān)測(cè)井分布圖見(jiàn)圖1，水井和地下水監(jiān)測(cè)井現(xiàn)狀調(diào)查信息見(jiàn)表1。

表1 水井和地下水監(jiān)測(cè)井現(xiàn)狀調(diào)查信息表

2.3 項(xiàng)目區(qū)及其附近地下水類型及地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)及其附近地下水類型自上而下依次為孔隙水和巖溶水，孔隙水含水層巖性主要為雜填土和粉質(zhì)黏土，其富水性低，主要為上層滯水。巖溶水含水層巖性主要為灰?guī)r，富水性中等，是項(xiàng)目區(qū)的主要地下水類型，主要接受大氣降雨補(bǔ)給及上覆孔隙水的滲流補(bǔ)給，其總體上由西向東徑流，向螳螂川徑流排泄。地下水流向分析圖見(jiàn)圖1。

3 預(yù)測(cè)工況設(shè)定及預(yù)測(cè)模型的建立

3.1 預(yù)測(cè)工況設(shè)定和主要評(píng)價(jià)因子

根據(jù)《HJ 610-2016環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-地下水環(huán)境》要求，預(yù)測(cè)工況可分為正常狀況、非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況三種類型，其中正常狀況時(shí)假設(shè)廠區(qū)做好防滲措施，廢水發(fā)生滲漏的可能性較小，對(duì)地下水環(huán)境的影響較小，不進(jìn)行進(jìn)一步的預(yù)測(cè)，主要對(duì)非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

非正常狀況指防滲措施發(fā)生老化或腐蝕等情況時(shí)，廢水發(fā)生滲漏的工況。發(fā)生滲漏的廢水會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成持續(xù)影響，因此將污染源概化為連續(xù)穩(wěn)定釋放的點(diǎn)源。風(fēng)險(xiǎn)事故狀況是指各儲(chǔ)罐等發(fā)生爆炸情況時(shí)，儲(chǔ)存的溶液瞬時(shí)泄漏至地面并下滲污染地下水環(huán)境的工況，泄漏的溶液會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成瞬時(shí)影響，因此將污染源概化為瞬時(shí)釋放的點(diǎn)源。

根據(jù)工程概況和工程性質(zhì)，非正常狀況主要考慮廢水池發(fā)生老化或腐蝕等狀況時(shí)，暫存的生產(chǎn)廢水發(fā)生滲漏對(duì)地下水環(huán)境的影響，生產(chǎn)廢水中的污染物主要為氟化物，其濃度約為147.8 mg/L；風(fēng)險(xiǎn)事故狀況主要考慮氫氟酸儲(chǔ)罐全破裂，圍堰的地面防滲層失效的情況下，儲(chǔ)存的氫氟酸發(fā)生瞬時(shí)泄漏對(duì)地下水環(huán)境的影響，氫氟酸中的污染物主要為氟化物，其濃度約為107350 mg/L，并假設(shè)泄漏至地面的污染物在1 d內(nèi)清理完畢。

根據(jù)《GB/T 14848-2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中氟化物的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值確定污染物外包絡(luò)線。非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下污染物泄漏點(diǎn)、源強(qiáng)、預(yù)測(cè)時(shí)間及包絡(luò)線限值見(jiàn)表2。

三是合理分配收益。灌溉工程所得收益，一是提取工程折舊和維修費(fèi)，這些灌溉工程都按照一定的比例提取工程折舊費(fèi)，工程在運(yùn)行中如出現(xiàn)損壞，通過(guò)在收益中提取的工程維修費(fèi)由管理者對(duì)損壞工程及時(shí)修復(fù)，保證工程能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)；二是除去工程折舊維修費(fèi)后在剩余費(fèi)用中按事先確定的比例提取一部分作為工資支付給項(xiàng)目具體管理人員；三是去除上述兩項(xiàng)費(fèi)用后剩余收益再由工程建設(shè)管理者按照投資比例進(jìn)行分配，保證投資人的收益。

表2 非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下污染物泄漏點(diǎn)及源強(qiáng)一覽表

3.2 預(yù)測(cè)模型的建立

3.2.1 水文地質(zhì)概念模型

根據(jù)水文地質(zhì)圖中的地下水類型、水文地質(zhì)單元分界線和實(shí)際地形確定模擬范圍，其北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)以泥盆系海口組（D2h）的地層界線為界，東側(cè)以螳螂川為界，面積約為3.06 km2。將模擬區(qū)北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)概化為隔水邊界，東側(cè)概化為水頭邊界，項(xiàng)目廠區(qū)東側(cè)分布的村莊水井概化為井邊界，抽水量約為200 m3/d。模擬區(qū)水文地質(zhì)概念模型圖見(jiàn)圖1。

3. 2 .2 區(qū)域離散

模擬區(qū)以項(xiàng)目所在地中心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，正北方向?yàn)閥軸正向，正東方向?yàn)閤軸正向，垂直向上為z軸正向，垂向上考慮4層，將模擬區(qū)域離散為46875個(gè)節(jié)點(diǎn)，74328個(gè)單元，區(qū)域剖分圖見(jiàn)圖2。

圖2 模擬區(qū)有限單元網(wǎng)格剖分圖

3.2.3 初始水位及水文地質(zhì)參數(shù)賦值

項(xiàng)目區(qū)及其附近分布的孔隙水含水層富水性低，主要為上層滯水；巖溶水含水層富水性中等，是項(xiàng)目區(qū)的主要地下水類型，在建立數(shù)值模型時(shí)主要考慮污染物對(duì)巖溶水的污染影響。

根據(jù)1#監(jiān)測(cè)井、2#監(jiān)測(cè)井、3#監(jiān)測(cè)井、4#監(jiān)測(cè)井、5#監(jiān)測(cè)井、6#監(jiān)測(cè)井、7#監(jiān)測(cè)井的地下水水位，獲得初始的地下水等水頭線分布圖（圖3）。根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得模擬區(qū)的滲透系數(shù)、彌散度等水文地質(zhì)參數(shù)，其中灰?guī)r的滲透系數(shù)取為0.42～5.58 m/d，灰?guī)r層的縱向彌散度取為15 m，橫向彌散度取為3 m。

圖3 模擬區(qū)初始水位等水頭線分布圖

4 各工況下污染物對(duì)地下水環(huán)境影響的對(duì)比分析

4.1 污染物遷移擴(kuò)散圖對(duì)比分析

根據(jù)建立的數(shù)值模型，將非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的污染物源強(qiáng)分別導(dǎo)入數(shù)值模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)間均為100 d、1a、1000 d、5 a、10 a、15 a。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，將非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的污染物遷移擴(kuò)散圖進(jìn)行對(duì)比，以分析兩種預(yù)測(cè)工況下遷移擴(kuò)散的變化情況，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4中可看出，非正常狀況下，廢水池內(nèi)暫存的生產(chǎn)廢水發(fā)生持續(xù)滲漏，污染源位置不發(fā)生變動(dòng)，中心點(diǎn)氟化物濃度保持不變，氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴(kuò)散，隨著時(shí)間的增加，氟化物的擴(kuò)散距離和擴(kuò)散范圍會(huì)越來(lái)越大。

圖4 非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的污染物預(yù)測(cè)結(jié)果圖

風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，儲(chǔ)存的氫氟酸發(fā)生瞬時(shí)泄漏，待泄漏的氫氟酸清理完畢后將不在滲入地下水環(huán)境中，滲入地下水中的氫氟酸為瞬時(shí)源，隨著時(shí)間的增加，氫氟酸中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴(kuò)散的過(guò)程中，中心點(diǎn)濃度會(huì)逐漸降低，擴(kuò)散距離會(huì)越來(lái)越大，但擴(kuò)散范圍呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

4.2 中心點(diǎn)濃度變化對(duì)比分析

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，將非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的中心點(diǎn)氟化物濃度變化進(jìn)行對(duì)比，以分析兩種預(yù)測(cè)工況下中心點(diǎn)氟化物濃度的變化情況，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5中可看出，非正常狀況下，廢水池內(nèi)暫存的生產(chǎn)廢水發(fā)生持續(xù)滲漏，滲漏進(jìn)入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，中心點(diǎn)氟化物濃度均為147.8 mg/L，與污染源強(qiáng)濃度保持一致。

圖5 非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下中心點(diǎn)氟化物濃度變化對(duì)比分析圖

風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，瞬時(shí)滲入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 d、10 d、15 d后，中心點(diǎn)氟化物濃度分別約為229.05 mg/L、35.75 mg/L、10.53 mg/L、6.03 mg/L、3.19 mg/L、1.39 mg/L，即隨著時(shí)間的增加，中心點(diǎn)最大濃度值呈減小趨勢(shì)，在1 a內(nèi)中心點(diǎn)最大濃度降低較快，之后降低較慢，但一直呈減小趨勢(shì)，運(yùn)移15 a后中心點(diǎn)氟化物的最大濃度值降為1.39 mg/L，趨近于地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值。

4.3 遷移擴(kuò)散距離預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，將非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的遷移擴(kuò)散距離進(jìn)行對(duì)比，以分析兩種預(yù)測(cè)工況下遷移擴(kuò)散距離的變化情況，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖6。

從圖6中可看出，非正常狀況下，持續(xù)滲入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環(huán)境受氟化物影響的最大距離分別約為69.0 m、131.6 m、244.8 m、389.2 m、689.0 m、998.8 m，即隨著時(shí)間的增加，地下水環(huán)境受污染物影響的距離會(huì)越來(lái)越大。

圖6 非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下遷移擴(kuò)散距離變化對(duì)比分析圖

風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，瞬時(shí)滲入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環(huán)境受氟化物影響的最大距離分別約為106.6 m、217.4 m、415.5 m、636.4 m、1013.7 m、1285.1 m，即隨著時(shí)間的增加，地下水環(huán)境受污染物影響的距離會(huì)越來(lái)越大。

4.4 最大污染擴(kuò)散范圍預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，將非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的最大污染擴(kuò)散范圍進(jìn)行對(duì)比，以分析兩種預(yù)測(cè)工況下最大污染擴(kuò)散范圍的變化情況，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖7。

從圖7中可看出，非正常狀況下，持續(xù)滲入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環(huán)境受氟化物影響的最大污染擴(kuò)散范圍分別約為4830.87 m2、11272.03 m2、 25764.63 m2、46698.39 m2、103058.52 m2、161028.94 m2，即隨著時(shí)間的增加，地下水環(huán)境受污染物影響的范圍會(huì)越來(lái)越大。

圖7 非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下最大污染擴(kuò)散范圍變化對(duì)比分析圖

風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，瞬時(shí)滲入地下水環(huán)境中的氟化物運(yùn)移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環(huán)境受氟化物影響的最大污染擴(kuò)散范圍分別約為14753.06 m2、36882.66 m2、66388.78 m2、93436.07 m2、94665.49 m2、24588.44 m2，即隨著時(shí)間的增加，地下水環(huán)境受污染物影響的范圍呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，最大污染擴(kuò)散范圍約為94665.49 m2，出現(xiàn)在第10 a。

4.5 敏感點(diǎn)污染物濃度變化對(duì)比分析

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，將非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下敏感點(diǎn)（村莊水井）中的污染物濃度變化進(jìn)行對(duì)比，以分析兩種預(yù)測(cè)工況下污染物對(duì)敏感點(diǎn)的影響狀況，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖8。

從圖8中可看出，非正常狀況下，氟化物持續(xù)滲入地下水環(huán)境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村莊水井中氟化物的濃度分別約為0 mg/L、0 mg/L、0 mg/L、0.000350 mg/L、0.131 mg/L、0.865 mg/L，即隨著時(shí)間的增加，村莊水井中的污染物濃度會(huì)逐漸增大，在第15 a的時(shí)候，污染物濃度會(huì)接近于地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值。

圖8 非正常狀況和風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下村莊水井中氟化物濃度變化對(duì)比分析圖

風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，氟化物瞬時(shí)滲入地下水環(huán)境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村莊水井中氟化物的濃度分別約為0 mg/L、0 mg/L、 0 mg/L、0.0067 mg/L、2.295 mg/L、0.331 mg/L，即隨著時(shí)間的增加，村莊水井中的污染物濃度會(huì)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在第10 a的時(shí)候，污染物濃度出現(xiàn)最大值，為2.295 mg/L，其超過(guò)地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)村莊水井會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；其余時(shí)間的污染物濃度均未超過(guò)地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值，村莊水井不會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本文以某化工廠項(xiàng)目為例，在水文地質(zhì)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立數(shù)值模擬模型，并對(duì)非正常狀況、風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下的污染物進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，之后對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)比分析可得出的主要結(jié)論如下：

（1）在非正常狀況下，廢水池內(nèi)暫存的生產(chǎn)廢水發(fā)生持續(xù)滲漏，污染源位置不發(fā)生變動(dòng)，隨著時(shí)間的增加，滲漏進(jìn)入含水層中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴(kuò)散的過(guò)程中，中心點(diǎn)氟化物濃度保持不變，氟化物的擴(kuò)散距離和擴(kuò)散范圍會(huì)越來(lái)越大，敏感點(diǎn)（村莊水井）中的污染物濃度會(huì)逐漸增大。

（2）在風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下，儲(chǔ)存的氫氟酸發(fā)生瞬時(shí)泄漏，待泄漏的氫氟酸清理完畢后將不再滲入地下水環(huán)境中，滲入地下水中的氫氟酸為瞬時(shí)源，隨著時(shí)間的增加，氫氟酸中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴(kuò)散的過(guò)程中，中心點(diǎn)氟化物濃度會(huì)逐漸降低，擴(kuò)散距離會(huì)越來(lái)越大，但擴(kuò)散范圍呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，敏感點(diǎn)（村莊水井）中的污染物濃度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。