發(fā)布時(shí)間：2021-06-28所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 以某化學(xué)肥料制造項(xiàng)目為例，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合地勘資料的基礎(chǔ)上，建立評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)概念模型，利用 FeFlow 軟件模擬污染物在地下水中的運(yùn)移規(guī)律和濃度變化情況，分析污染物在地下水中的遷移特征，評(píng)價(jià)其對(duì)地下水環(huán)境的影響程度，為項(xiàng)目地下水污染防治
摘 要: 以某化學(xué)肥料制造項(xiàng)目為例，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合地勘資料的基礎(chǔ)上，建立評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)概念模型，利用 FeFlow 軟件模擬污染物在地下水中的運(yùn)移規(guī)律和濃度變化情況，分析污染物在地下水中的遷移特征，評(píng)價(jià)其對(duì)地下水環(huán)境的影響程度，為項(xiàng)目地下水污染防治措施提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞: 某化學(xué)肥料制造項(xiàng)目; 地下水; FeFlow; 運(yùn)移規(guī)律; 環(huán)境影響評(píng)價(jià)
0 引言
以某化工企業(yè)化學(xué)肥料生產(chǎn)項(xiàng)目為例，采用 FeFlow 軟件對(duì)污染物進(jìn)入地下水后造成的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)污染物在地下水中的運(yùn)移規(guī)律和遷移特征進(jìn)行分析，對(duì)區(qū)域地下水影響程度的分析有著重要意義，同時(shí)也為項(xiàng)目地下水污染防滲措施提供相關(guān)依據(jù)。
1 研究項(xiàng)目區(qū)概況
1. 1 項(xiàng)目概況
研究項(xiàng)目在現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)建設(shè)，產(chǎn)品為化學(xué)肥料，原輔材料涉及磷酸，暫存于裝置區(qū)內(nèi)磷酸儲(chǔ)槽。擬建廠址位于劃定的工業(yè) 園 區(qū)，下 游 約 3. 18km 有集中式飲用水供水井。
1. 2 項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)概況
1. 2. 1 項(xiàng)目區(qū)底層巖性
根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)勘探資料，項(xiàng)目區(qū)地層可大致分為第四系人工堆積層 ( Qml 4 ) 人工填土，第四系坡洪積層 ( Qdl + pl 4 ) 粘土，第三系湖相沉積層 ( N) 粉質(zhì)粘土和粘土等。
1. 2. 2 項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件
根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，項(xiàng)目區(qū)及周邊內(nèi)的地下水類型可分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。
項(xiàng)目區(qū)西側(cè)巖溶水主要接受大氣降水補(bǔ)給，總體上由西南向東北徑流，在草鋪鎮(zhèn)與青龍哨之間形成Ⅱ28青龍哨富水塊段，屬于斷塊溶蝕潛流坡地型富水塊 段，多為第四系沖積層所覆蓋，富 水 性較強(qiáng)。
青龍哨富水塊段地下水類型以巖溶水為主，裂隙水賦存量少，含水層巖性主要為寒武系漁戶村組 ( C1 y 4 - 5 ) 、震旦系燈影組 ( Zb dn) 白云質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰質(zhì)白云巖，為巖溶化中山。排泄區(qū)為強(qiáng)巖溶發(fā)育區(qū)，補(bǔ)給、徑流區(qū)為中等巖溶發(fā)育區(qū); 碎屑巖分布區(qū)為侵蝕中山地貌。其補(bǔ)給徑流區(qū)巖溶裂隙中等發(fā)育，且較均一，地表以溶溝、溶槽為主，地下以溶隙為主，地表徑流差，補(bǔ)給條件中等。地下水賦存于呈網(wǎng)狀交織的溶隙中，循環(huán)交替緩慢，泉水流量為 4 ～ 43L /s。
青龍哨富水塊段內(nèi) ( Ⅱ28 ) 巖溶水主要接受西側(cè)巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給和第四系松散層孔隙水的垂向補(bǔ)給，地下水總體上由東南向西北徑流排泄，主要向青龍哨集中供水井和青龍哨龍?zhí)稄搅髋判埂?/p>
2 數(shù)值模型建立
2. 1 水文地質(zhì)概念模型
研究區(qū)模擬計(jì)算范圍主要為青龍哨水文地質(zhì)單元內(nèi)碳酸鹽巖含水層出露及埋藏區(qū)。模擬計(jì)算區(qū)域西側(cè)和西南側(cè)以地下水分水嶺為界，北側(cè)以祿脿 -溫泉 - 宗魯箐斷裂 ( F1 ) 為界，東側(cè)以擬建項(xiàng)目廠界外約 2km 為界，南側(cè)以廠界外約 1. 3km 為界。根據(jù)確定的模擬區(qū)范圍，模擬區(qū)西側(cè)和西南側(cè)、北側(cè)、東側(cè)概化為隔水邊界，南側(cè)概化為定流量邊界。模擬計(jì)算區(qū)域內(nèi) 2 號(hào)水井、下游集中供水井、龍?zhí)妒悄M范圍內(nèi)主要的地下水排泄點(diǎn)，概化為井邊界。模擬區(qū)水文地質(zhì)概念模型圖見圖 1。
2. 2 數(shù)學(xué)模型和軟件選擇
2. 2. 1 地下水流數(shù)學(xué)模型
2. 2. 3 模擬軟件選取
采用 FeFlow ( Finite Element Subsurface Flow System) 軟件模擬污染物在潛水含水層的遷移情況，為污染源的防滲措施提供相關(guān)依據(jù)。FeFlow 軟件是德國(guó) WASY 水資源規(guī)劃和系統(tǒng)研究所于 20 世紀(jì) 70 年代末開發(fā)的數(shù)值模擬軟件，是迄今為止功能最為齊全的地下水模擬軟件包之一，具有快速精確數(shù)值法、先進(jìn)的圖形可視化技術(shù)等特點(diǎn)。
2. 2. 4 模型參數(shù)取值
( 1) 滲透系數(shù)
引用項(xiàng)目周邊區(qū)域鉆孔的注水和抽水試驗(yàn)結(jié)果，灰?guī)r層的滲透系數(shù)為 0. 15 ～ 2. 6m /d。
( 2) 降雨量
年平均降雨量數(shù)據(jù)來自項(xiàng)目區(qū)氣象站多年的常規(guī)氣象觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為 898. 7mm。
( 3) 彌散度
成建梅收集了大量國(guó)內(nèi)外在不同試驗(yàn)尺度下和實(shí)驗(yàn)條件下分別運(yùn)用解析方法和數(shù)值方法所得的縱向彌散度資料[2]。Zech 等系統(tǒng)研究分析了最近 50 年全世界各地不同試驗(yàn)含水層和場(chǎng)地試驗(yàn)中彌散度和尺度、相關(guān)長(zhǎng)度及非均質(zhì)特征之間的關(guān)系并重新評(píng)估了彌散度與尺度關(guān)系，如圖2 所示[3]。從圖中可以看出彌散度在千米尺度范圍漸近于 10m。因此，結(jié)合本次模擬范圍，東西長(zhǎng)約 7. 2km，南北長(zhǎng)約 6. 6km，面積約 43. 86km2 ，對(duì)照?qǐng)D 3 所屬的尺度范圍，縱向彌散度取 10m，橫向彌散度取 1m。
相關(guān)期刊推薦：《環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊》是云南省環(huán)保廳主管，云南省環(huán)境科學(xué)研究院主辦。本刊突出介紹環(huán)境生態(tài)研究、湖泊、流域、區(qū)域開發(fā)與環(huán)境研究和工業(yè)污染治理技術(shù)的研究成果。結(jié)合西部開發(fā)、云南省生物資源豐富和高原湖泊眾多的實(shí)際，以較大篇幅介紹生態(tài)研究，特別是生物多樣性保護(hù)方面的研究成果，流域和區(qū)域開發(fā)中規(guī)劃生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的研究成果，以及高原湖泊水生環(huán)境、開發(fā)保護(hù)和污染治理的研究成果。
3 初始邊界條件及模型識(shí)別與檢驗(yàn)
3. 1 區(qū)域離散
計(jì)算區(qū)域以項(xiàng)目所在地中心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，正北方向?yàn)?y 軸正向，正東方向?yàn)?x 軸正向，垂直向上為 z 軸正向，垂向上考慮 5 大層，將模擬區(qū)域離散為個(gè)386574 節(jié)點(diǎn)，643630 個(gè)單元，區(qū)域剖分圖見圖3。
3. 2 邊界條件
邊界條件: 模擬區(qū)在自然條件下西側(cè)和西南側(cè)、北側(cè)、東側(cè)概化為隔水邊界; 南側(cè)概化為定水頭邊界; 公司 2 號(hào)水井、青龍哨集中供水井、青龍哨龍?zhí)陡呕癁榫吔? 頂部接受降水量的補(bǔ)給。
3. 3 模型識(shí)別與檢驗(yàn)
采用周邊地下水 1、2、3 號(hào)監(jiān)測(cè)井，1、2、3、4 號(hào)水井，集中供水井，龍?zhí)兜乃蛔鳛槌跏妓唬@得初始的地下水等水頭線分布圖 ( 圖 4) 。項(xiàng)目區(qū)地下水1 號(hào)監(jiān)測(cè)井、2 號(hào)水井的水位作為模型識(shí)別和檢驗(yàn)水位，水位觀測(cè)值和計(jì)算值對(duì)比分析詳見表1。
從圖 4 和表 1 可看出巖溶水流場(chǎng)總體擬合情況較好，總體模擬流場(chǎng)特征和實(shí)際觀測(cè)流場(chǎng)接近，所建模型能整體反應(yīng)區(qū)域的水文地質(zhì)特征，可用于溶質(zhì)或污染物遷移的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。
4 地下水污染物模擬預(yù)測(cè)
4. 1 模擬預(yù)測(cè)情景設(shè)置
研究項(xiàng)目裝置區(qū)內(nèi)設(shè)置有磷酸儲(chǔ)槽，廢水收集槽，根據(jù)對(duì)照分析，模擬預(yù)測(cè)情景設(shè)置為原料磷酸儲(chǔ)槽防滲層發(fā)生破裂，持續(xù)向地下水中排放磷酸。磷酸中污染物氟化物的濃度相對(duì)較高，將氟化物作為預(yù)測(cè)因子，預(yù)測(cè)源強(qiáng)約為 34400mg /L。
4. 2 模擬條件概化
根據(jù)項(xiàng)目區(qū)污染源分布情況和污染物性質(zhì)，考慮到磷酸儲(chǔ)槽為地下槽，防滲層發(fā)生破裂后不易被發(fā)現(xiàn)，將污染源視為持續(xù)釋放的點(diǎn)源，對(duì)污染物進(jìn)行正向推算，分別預(yù)測(cè)計(jì)算 1a、5a、10a、20a 后污染物的最大遷移擴(kuò)散距離和遷移擴(kuò)散范圍。
4. 3 預(yù)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)
將污染源強(qiáng)排放數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟 件，以 《GB /T 14848 - 2017 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中氟化物 III 類標(biāo)準(zhǔn) 1. 0mg /L 為包絡(luò)線，預(yù)測(cè)磷酸儲(chǔ)槽泄漏導(dǎo)致磷酸持續(xù)進(jìn)入含水層中，運(yùn)移 1a、5a、10a、20a 后，磷酸中的氟化物在地下水中的最大運(yùn)移距離和擴(kuò)散面積見圖 5 ～ 圖 8，表 2。
根據(jù)圖5 ～ 圖8 及表2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析，當(dāng)磷酸發(fā)生滲漏進(jìn)入地下水中持續(xù)滲漏入含水層，運(yùn)移 1a、 5a、10a、20a 后，地下水環(huán)境受氟化物影響的最大距離分別約為 79. 2m、185. 1m、296. 6m、546. 9m，最 大 擴(kuò) 散 范 圍 分 別 約 為 784. 31m2 、3137. 25m2 、 13333. 33m2 、25098. 04m2 、62745. 10m2 。
項(xiàng)目距下游集中供水井約 3. 18km，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，磷酸向地下水中持續(xù)滲漏 20a，氟化物最大影響距離為 546m，基本不會(huì)對(duì)下游集中供水井造成不利影響。
5 結(jié)論
本文以某化工企業(yè)化學(xué)肥料制造項(xiàng)目為例，采用 FeFlow 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬的方法，預(yù)測(cè)項(xiàng)目磷酸儲(chǔ)槽防滲層發(fā)生破裂，磷酸持續(xù)向地下水中滲漏的情景下，磷酸中氟化物在地下水中的運(yùn)移規(guī)律和濃度分布情況。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，以 《GB /T 14848 - 2017 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 中 氟 化 物 III 類 標(biāo) 準(zhǔn) 1. 0mg /L 為包絡(luò)線，當(dāng)磷酸儲(chǔ)槽發(fā)生泄漏磷酸持續(xù)向地下水中滲漏 20a 后，氟化物最大超標(biāo)距離為 546. 9m，基本不會(huì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)下游 3. 18km 處的集中供水井產(chǎn)生不利影響。
綜上，采用 FeFlow 軟件進(jìn)行地下水?dāng)?shù)值模擬計(jì)算，可以客觀的分析污染物在地下水中的運(yùn)移規(guī)律及影響程度，也可以為項(xiàng)目地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。——論文作者：李 芳，顧正聰，姜言欣
