基于三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬的地下水污染預(yù)測(cè)評(píng)估

何華燕 樓林潔 孫焰

【摘 要】利用FEELOW數(shù)值模擬軟件，建立非均質(zhì)、各向異性三維非穩(wěn)定流地下水概念模型，對(duì)化工區(qū)地下水中的1，2-二氯乙烷及二氯甲烷進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果分析可知：區(qū)域水文地質(zhì)條件有利于地下水污染物的擴(kuò)散，周邊地表水對(duì)其有稀釋擴(kuò)散的作用，隨著時(shí)間推移和距離的增加，地下水中污染物濃度可迅速降低，擴(kuò)散范圍較小，主要集中在污染源附近。

【關(guān)鍵詞】數(shù)值模擬;地下水;化工區(qū);預(yù)測(cè)評(píng)估

中圖分類號(hào)： P641.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）25-0164-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.081

Prediction of Groundwater Pollution based on three-dimensional unsteady flow

——A Case Study In Typical Chemical Industry Zone of Eastern Zhejiang

HE Hua-yan LOU Lin-jie SUN Yan

（Zhejiang Taicheng Environmentsl Technology Co.， Ltd， Taizhou Zhejiang 318000， China）

【Abstract】A concept model of heterogeneous and anisotropic three-dimensional unsteady flow groundwater was established by using FEELOW numerical simulation software， the1， 2-dichloroethane and dichloromethane in the groundwater of chemical industry area were simulated and predicted. The prediction results showed that the regional hydrogeological conditions were conducive to the diffusion of groundwater pollutants， and the surrounding surface water had the effect of dilution and diffusion. With the passage of time and distance， the concentration of pollutants in groundwater could be rapidly reduced and the diffusion range was small.

【Key words】Numerical Simulation; Groundwater; Chemical Industry Zone; Prediction

0 前言

研究區(qū)域的化工區(qū)始于上世紀(jì)70年代建立，鼎盛時(shí)期占地約42畝，隨著城市建成區(qū)逐年擴(kuò)大和“退二進(jìn)三”不斷推進(jìn)，化工區(qū)面臨整體搬遷和二次開發(fā)。隨著地下水保護(hù)工作重要性日益增強(qiáng)，區(qū)域地下水調(diào)查評(píng)估及污染防治，是保障區(qū)域社會(huì)人群健康的關(guān)鍵性工作，也是工業(yè)用地二次開發(fā)過(guò)程中的重要基礎(chǔ)性工作。

1 區(qū)域水文地質(zhì)

研究區(qū)域地貌單元屬天臺(tái)盆地之始豐溪沖洪積平原，地勢(shì)基本平坦。場(chǎng)地內(nèi)出露的地層主要有白堊系下統(tǒng)賴家組及第四系，按照地基土的成因類型、物理力學(xué)性質(zhì)特征可分為-0素填土（mlQ）、-3卵石（al-plQ4）和-3中等風(fēng)化粉砂巖（K2l）。

研究區(qū)域地下水主要為賦存于第四系地層中的孔隙潛水和少量基巖裂隙水?？辈炱陂g，淺層孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深在0.50m～5.71m之間，穩(wěn)定水位高程在52.86～63.17m之間;基巖裂隙水的埋藏、分布及水動(dòng)力特征都非常不均勻，一般水量較貧乏，為相對(duì)隔水層。區(qū)域地下水流向主要為西北至東南流向。測(cè)試期間第四系孔隙潛水含水層主要為（5）-3層卵石層，分布比較穩(wěn)定，透水性較好，靜止水位標(biāo)高52.86～63.17m，滲透系數(shù)推薦值k=2.73m/d;對(duì)應(yīng)的影響半徑15.38～131.20m。

2 模型建立

利用FEELOW數(shù)值模擬軟件，通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)概念模型的分析，依據(jù)滲流連續(xù)性方程和達(dá)西定律，建立非均質(zhì)、各向異性三維非穩(wěn)定流地下水概念模型，結(jié)合實(shí)測(cè)水文地質(zhì)參數(shù)，反演計(jì)算得到最優(yōu)水文地質(zhì)參數(shù)[1]。預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)重點(diǎn)：主要預(yù)測(cè)因子為1，2-二氯乙烷及二氯甲烷;預(yù)測(cè)區(qū)域：1，2-二氯乙烷為GW01點(diǎn)位，二氯甲烷為GW25、GW28點(diǎn)位;預(yù)測(cè)情景：上述點(diǎn)位二氯甲烷、1，2-二氯乙烷點(diǎn)位濃度不變情況下，模擬時(shí)長(zhǎng)至區(qū)內(nèi)污染物濃度至地下水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)范圍。

式中，Ω：地下水滲流區(qū)域，量綱：L2;H0：初始地下水位， 量綱：L;H1：指定水位，量綱：L;S1：第一類邊界;S2：第二類邊界;μs：?jiǎn)挝粌?chǔ)水系數(shù)，量綱：L-1;Kxx，Kyy，Kzz：分別為x、y、z主方向的滲透系數(shù)，量綱：LT-1;w：源匯項(xiàng)，包括蒸發(fā)，降雨入滲補(bǔ)給，井的抽水量，量綱：T-1;q（x，y，z，t）：表示在邊界不同位置上不同時(shí)間的流量，量綱：L3T-1;■：表示水力梯度在邊界法線上的分量。

3 結(jié)果與分析

3.1 1，2-二氯乙烷的模擬預(yù)測(cè)

初次模擬結(jié)果顯示，污染物在預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)遷移范圍較小，主要沿南向始豐溪方向擴(kuò)散，基本符合地下水遷移特征，經(jīng)過(guò)多次時(shí)間優(yōu)化，最終選取時(shí)間點(diǎn)為2190d和3650d進(jìn)行分析說(shuō)明。在2190天后，地下水受影響區(qū)域較小，且3650天后，地下水受影響區(qū)域基本變化不大，相較2190天前有所減少，減少區(qū)域主要是南側(cè)池塘附近，說(shuō)明地表水體有利于控制污染物的擴(kuò)散，但污染物也會(huì)進(jìn)入地表水體環(huán)境，從而對(duì)地表水造成一定的影響。進(jìn)一步分析可知，隨著時(shí)間的增加，其污染影響區(qū)域逐漸擴(kuò)大，但影響區(qū)域到達(dá)始豐溪后，時(shí)間繼續(xù)推移，污染區(qū)域不變，且隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，污染物濃度較高區(qū)域主要集中在GW01附近。

3.2 二氯甲烷的模擬預(yù)測(cè)

初次模擬結(jié)果顯示，污染物在預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)遷移范圍較小，主要沿東南向始豐溪方向擴(kuò)散，基本符合地下水遷移特征，經(jīng)過(guò)多次時(shí)間優(yōu)化，最終選取時(shí)間點(diǎn)為1400d和3650d進(jìn)行分析說(shuō)明。在1400天后，地下水受影響向東南方向擴(kuò)大，并進(jìn)入始豐溪，但3650天后，地下水受影響區(qū)域減少，但最終還是擴(kuò)散始終向始豐溪方向匯入，說(shuō)明本區(qū)域地下水動(dòng)力條件有利于污染的擴(kuò)散，地表水體有利于控制污染物的擴(kuò)散，但污染物也會(huì)進(jìn)入地表水體環(huán)境，從而對(duì)地表水造成一定的影響。進(jìn)一步分析，可發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重污染區(qū)域主要集中在GW25、GW28附近，隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，其總體影響范圍不大。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)本次區(qū)域地下水預(yù)測(cè)結(jié)果可知，區(qū)域水文地質(zhì)條件有利于污染物的擴(kuò)散，且周邊始豐溪對(duì)其有稀釋擴(kuò)散的作用。非水溶性氯代烴（1，2-二氯乙烷、二氯甲烷）而言，其水溶性較差，但該含水層主要以礫石為主，污染物不易被吸附，因此其仍以遷移擴(kuò)散為主，向南側(cè)沿始豐溪方向遷移，隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，擴(kuò)散范圍較小，主要集中在污染濃度較高點(diǎn)位（GW01、GW25、GW28）附近。

4.2 建議

根據(jù)本次區(qū)域地下水預(yù)測(cè)結(jié)果，本區(qū)域水文地質(zhì)條件有利于地下水中污染物的遷移與擴(kuò)散，隨著時(shí)間的推移，地下水中污染物濃度可明顯降低。因此，需要做好需要地下水的“防”“控”措施。因?yàn)樵搮^(qū)域還存在較多工業(yè)企業(yè)，這是地下水的一大潛在污染來(lái)源，“防”即需要防止這些企業(yè)物料、廢水區(qū)域、溶劑、儲(chǔ)罐區(qū)等泄露，“控”即可設(shè)置長(zhǎng)期觀測(cè)井等方式，監(jiān)測(cè)污染的事件發(fā)生，并立即啟動(dòng)相關(guān)的防護(hù)措施，來(lái)減緩污染事件對(duì)地下水的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]柳山，羅朝暉，金曉文，等.基于數(shù)值模擬的地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)體系初探：以黔西南巖溶某場(chǎng)區(qū)為例[J].環(huán)境工程，2017，35（8）：135-140.