地下水溶质运移解析法在地下水环境影响评价中的应用

地下水溶质运移解析法在地下水环境影响评价中的应用

摘要：本文利用地下水溶质运移解析法，在详细研究当地水文地质条件的基础上，对当地某灰场非正常工况下造成的地下水的影响进行评价分析。分析表明：灰场发生泄漏后，在运行期满时泄漏的污染物质均无超标及影响范围。各污染物质超标及影响范围均呈先增大后减小的趋势。由于当地的水文地质条件所致，该灰场发生泄漏不会对当地地下水造成太大的影响。

关键词：地下水环境影响评价解析法

前言

随着人类社会的发展，地下水环境问题频频出现，地下水环境也越来越受到重视。地下水污染具有隐蔽性及滞后性，地下水受污染后不易被发现或者显现危害时已经经历了漫长的过程[1]。国家环境保护部于2011年2月11日批准了《环境影响评价技术导则地下水环境》，并于2011年6月1日起实施[2]。本文结合实例对地下水环境影响预测进行分析，并得出相关结论。

根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ 610-2011）要求，二级和三级评价中水文地质条件复杂时采用数值法，水文地质条件简单时可采用解析法[2]。本文针对水文地质条件比较简单时的二级及三级评价，试采用解析法对项目建设造成的地下水影响进行评价分析。以期为相似条件的地下水环境影响评价提供参考。

1研究区概况

中煤大屯电厂灰场地处江苏省徐州市沛县境内。沛县位于江苏省北端，徐州市西北部。东隔微山湖、昭阳湖与山东省微山县相望，南接铜山县，西连丰县，北邻山东省鱼台县。本区与人们生活、生产密切相关的主要是新生界中第四系浅部地下水。地质条件比较简单，地下水评价等级为二级评价。在采取分区域防渗后，正常工况下灰场不会对区内地下水水质造成影响。本次假设非正常工况下防渗膜发生泄漏导致污染物通过包气带进入地下水，导致地下水遭受污染，在此状况下预测灰场对地下水造成的影响。

通过类比粉煤灰浸溶试验结果，经雨水浸溶的灰水渗滤液主要污染因子为氟化物和硫酸盐。故灰场选取氟化物和硫酸盐作为预测因子。

2预测模型概化及参数选取

2.1预测模型概化

本次模拟预测，根据污染风险分析的情景设计，在选定优先控制污染物的基础上，分别对地下水污染物在不同时段的运移距离、超标范围进行模拟预测，污染情景的源强数据通过工程分析类比调查予以确定。

当项目运转出现事故时，含有污染物的废水将以入渗的方式进入

含水层，从保守角度，本次模拟计算忽略污染物在包气带的运移过程。建设场地地下水流向呈一维流动，地下水位动态稳定，因此污染物在浅层含水层中的迁移，可概化为瞬时注入示踪剂（平面瞬时点源）的一维稳定流动二维水动力弥散问题，当取平行地下水流动的方向为x 轴正方向时，则污染物浓度分布模型如下[2]：

本次预测所用模型需要的参数有：含水层厚度M；外泄污染物质量mM；岩层的有效孔隙度n；水流速度u；污染物纵向弥散系数DL；污染物横向弥散系数DT。这些参数主要由本次工作的试验资料以及类比区最新的勘察成果资料来确定。

2.2模型参数选取

(1) 含水层的厚度M：含水层组为第四系松散岩类孔隙水，岩性以中砂、细砂、粉砂、粉土为主，主要成份以石英长石。厂址区及灰场区含水层的厚度根据本次野外施工钻孔情况和以往水文地质资料确定为6.1m。

(2) 瞬时注入的示踪剂质量mM计算

灰水中氟化物和硫酸盐注入的质量，按50m×50m堆灰面积内，5%面积的防渗膜出现破裂，以当地日最大降雨量连续降雨15天的量做为灰水量进行计算（当地日最大降雨量为241.5mm）。

241.5mm/d×2500m2×5%×15d=452.8m3

根据相关实验结果，设定泄漏灰水中氟化物的浓度为5.0mg/L，硫酸盐浓度为350mg/L。则泄漏的氟化物的总质量为：

452.8m3×5.0mg/L=2.26kg

泄漏的硫酸盐的量为：

452.8m3×350mg/L =158.5kg

模型计算中，将灰场15天渗漏的氟化物和硫酸盐等均看作瞬时污染，并且假设渗漏的污染物全部通过包气带进入含水层。显然，这样概化，计算结果更为保守。

(3) 含水层的平均有效孔隙度n：地下水含水层岩性均以粉土、砂土为主。根据相关经验，粉砂岩有效孔隙度取0.4。

(4) 水流速度u：评价区地下水含水层为粉砂土层，根据抽水试验可得灰场区域含水层渗透系数最大值为1.13×10-2 cm/s。参考地下水等水位线图可得水力坡度约为I=2.0×10-3，因此地下水的渗透速度：

V=KI=1.13×10-2cm/s×2.0×10-3=2.26×10-5cm/s=1.95×10-2m/d

水流速度u取为实际流速u=V/n=4.88×10-2m/d。

(5) 纵向x方向的弥散系数DL：参考Gelhar等人关于纵向弥散

度与观测尺度关系的理论[3]，根据本次污染场地的研究尺度，模型计算中纵向弥散度选用10.0m。

由此计算评估区含水层中的纵向弥散系数：

DL=αL×u=10.0m×4.88×10-2m/d =0.488m2/d；

(6) 横向y方向的弥散系数DT：根据经验一般DT/DL=0.1，因此DT分别取0.0448m2/d。

3 地下水环境影响预测及结果

将本次预测所用模型转换形式后可得：

从上式可以看出，当废污水排放量一定，排放时间一定时，同一浓度等值线为一椭圆。同时从该式可知，仅当右式大于0时该式才有意义。

由参数确定可得，非正常工况条件下的氟化物及硫酸盐排放量分别为2.26kg和158.5kg。将地下水中氟化物及硫酸盐的影响范围及距离计算结果如下，列表如表1至表2所示。按照地下水标准III级标准进行评价，III级标准规定为氟化物浓度为1mg/l，硫酸盐浓度为250mg/l；将稀释10倍后定义为影响浓度即氟化物影响浓度为0.1mg/l，硫酸盐影响浓度为25mg/l。