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    用連續(xù)源法預(yù)測泄漏事故時污染物在地下水中運移規(guī)律:以漢鋼地區(qū)水文地質(zhì)條件為例

    2013-12-14 02:52:44王基淵潘治霖鄭羽良
    地下水 2013年1期
    關(guān)鍵詞:硫化物滲透系數(shù)含水層

    王基淵,潘治霖,鄭羽良

    (長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710059)

    陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司是在汶川大地震后,為保障災(zāi)后重建所需的鋼材,結(jié)合漢中地區(qū)鐵礦石資源豐富的實際情況而設(shè)立的,在漢鋼運營的過程中原料淋濾液、生產(chǎn)廢水、生活污水經(jīng)廠內(nèi)污水處理設(shè)施處理后全部回用,無廢(污)水排放,正常條件下不會對當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)造成污染,只有在出現(xiàn)廢(污)水泄露事故時,泄漏污水才可能通過土壤下滲污染地下水水質(zhì)。

    1 水文地質(zhì)概況

    1.1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

    研究區(qū)域?qū)倜憧h中部盆地地區(qū),地形較平坦,微向河床傾斜,并與漢江漫灘呈漸變關(guān)系區(qū)內(nèi)含水巖組以卵石、礫砂為主,滲透較強(qiáng),埋藏淺,局部近于直接出露地表。自南、北山區(qū)的支流匯入盆地,并滲漏補給地下水;來自山區(qū)的地下水徑流也匯入盆地,使盆地成為地表水和地下水的匯集中心。地下水徑流的流向與地表水流向基本一致,總的趨勢由山區(qū)流向盆地。盆地內(nèi),地下水由盆地周邊向盆地中心流動。由于漢江支流的控制其流向又略東偏轉(zhuǎn),最終泄于漢江。

    區(qū)內(nèi)地下水一般就地補給,就地排泄,具有徑流暢通、途徑短、水循環(huán)交替強(qiáng)烈的特點。地下水補給主要是由大氣降水、地表水、灌溉水滲漏補給及承壓水頂托補給。

    1.2 鋼鐵廠區(qū)水文地質(zhì)條件

    廠區(qū)內(nèi)無河流,廠區(qū)表層覆蓋有厚8~10 m的粉質(zhì)粘土層,構(gòu)成廠區(qū)包氣帶主體部分,滲透性差,垂向滲透系數(shù)0.08 m/d。廠區(qū)周邊引水渠的滲漏對地下水的補給作用不明顯,地表水與淺層地下水之間的水力聯(lián)系不密切。

    區(qū)內(nèi)潛水含水層水平滲透系數(shù)為4.629 m/d,潛水含水層與承壓含水層之間存在厚22 m的穩(wěn)定弱透水層,且承壓水水頭高于潛水水位9.23 m,兩含水層之間水力聯(lián)系不密切。

    2 地下水中污染物的運移與評價

    在正常情況下,污水通過管網(wǎng)輸送,集中處理后全部回用,不存在污水排放,不會進(jìn)入地下水。但如果污水管網(wǎng)、水渣池、污水池、料場地面防滲層等設(shè)施出現(xiàn)裂縫甚至破裂而發(fā)生滲漏時,污水則可能進(jìn)入地下,污染地下水。本文主要研究事故工況條件下發(fā)生污水泄漏時污染物(本文以硫化物為例)對地下水的影響。假定地下水污染源硫化物濃度為35 mg/L。

    2.1 預(yù)測模式

    預(yù)測模式采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》(HJ 610-2011)附錄F推薦的一維穩(wěn)定流水動力彌散問題的解析解模式,將污染源視為連續(xù)源。

    中央水處理站污水池總?cè)萘繛? 800 m3,假定發(fā)生泄漏事故時,每天約5%的污水通過包氣帶滲入到潛水面,則污水滲漏量為240 m3/d。

    在整體規(guī)模ⅠⅠ(平均傳播距離為20~100 m)尺度上,縱向彌散度的取值范圍為15~40 m[1]。根據(jù)當(dāng)?shù)貪撍畬訚B透系數(shù)(4.629 m/d)、水力坡度(0.015)、孔隙率(0.3)等參數(shù),計算得出區(qū)內(nèi)縱向彌散系數(shù)為2.55~6.79 m2/d,本文地下水環(huán)境影響預(yù)測計算取值區(qū)間為2~8 m2/d,橫向彌散系數(shù)取縱向彌散系數(shù)的1/10,即0.2~0.8 m2/d。

    2.2 計算結(jié)果

    根據(jù)計算,中央處理水站發(fā)生連續(xù)泄漏后,各污染物不斷進(jìn)入地下水中,其中硫化物超標(biāo)最為明顯,故以硫化物為例說明地下水中污染物隨時間和距離的變化。當(dāng)時間較短時,由于地下水流速緩慢,硫化物集中在泄漏點附近,距離較遠(yuǎn)的地方未受到影響,隨著時間的延長,硫化物逐漸向四周擴(kuò)散。時間為100 d和1 000 d時硫化物的濃度場如圖1—圖4所示(其中坐標(biāo)原點為連續(xù)泄漏點,x軸正方向為地下水流動方向)。

    圖1 硫化物100 d時濃度場圖(DL=2m2/d),單位mg/L

    圖2 硫化物1 000 d時濃度場圖(DL=2m2/d),單位mg/L

    圖3 硫化物100 d時濃度場圖(DL=8m2/d),單位mg/L

    圖4 硫化物1 000 d時濃度場圖(DL=8m2/d),單位mg/L

    計算結(jié)果表明,污染物在地下水中的遷移特征隨彌散系數(shù)取值不同而不同,當(dāng)彌散系數(shù)取上限時,污染物向下游擴(kuò)散速度較快,污染地下水的范圍較大,但是濃度較低;當(dāng)彌散系數(shù)取下限時,污染物向下游擴(kuò)散速度較慢,污染地下水的范圍較小,但是濃度較高。且對比100 d和1 000 d硫化物的濃度場圖可以看出,發(fā)生泄漏的時間越長,地下水受到污染的范圍越大,且濃度越高。

    圖5 x=5m,y=5m處硫化物濃度隨時間變化曲線(DL=2m2/d及DL=8m2/d)

    在x=5 m,y=5 m處硫化物濃度隨時間的變化曲線可以看出,當(dāng)泄漏連續(xù)發(fā)生時,在開始的一小段時間內(nèi)污染物沒有影響到該點,但隨著時間的延長,污染物濃度由零逐漸增加,并趨于穩(wěn)定。另外趨于穩(wěn)定時,DL取上限時的污染物濃度值小于DL取下限時污染物的濃度值。
    由于所采用計算公式未考慮介質(zhì)的吸附、生物降解等自凈能力,該預(yù)測模式下的污染物實際超標(biāo)時間及超標(biāo)濃度可能小于計算值。

    3 結(jié)語

    當(dāng)?shù)睾畬訚B透系數(shù)和水力坡度較小,地下水流速較慢,地下水自凈能力差,鋼鐵廠在發(fā)生連續(xù)滲漏的情況下,很容易對地下水造成污染,所以鋼鐵廠應(yīng)當(dāng)做好防滲工作,避免滲漏事故的發(fā)生。

    [1]張訥正.地下水污染——數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法[M].1.北京:地質(zhì)出版社.1989.

    [2]郭東屏.地下水動力學(xué)[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社.1994.

    [3]西安建筑科技大學(xué).陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司產(chǎn)業(yè)整合技術(shù)改造災(zāi)后重建工程環(huán)境影響報告書.2012.06.

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