福建省古雷地區(qū)地下水污染預(yù)測與防治

摘要：古雷半島位于福建省南部漳州市內(nèi)，隨著騰龍芳烴（漳州）有限公司二甲苯（PX）項(xiàng)目的擴(kuò)建，在非正常工況下，廠區(qū)內(nèi)二甲苯、石油類等有機(jī)物發(fā)生泄漏時，必將對區(qū)內(nèi)地下水資源造成嚴(yán)重的污染。本文針對古雷半島南部敏感區(qū)的分布特點(diǎn)及地下水功能特點(diǎn)，選擇龍口村一帶作為地下水污染預(yù)測與防治研究區(qū)，主要分析騰龍芳烴輸油管道發(fā)生滲漏后對區(qū)域地下水造成的污染影響，并提出防治對策。

關(guān)鍵詞：地下水污染；地下水流數(shù)值模型；地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型

前言

福建省古雷半島位于漳州市漳浦縣境內(nèi)，三面環(huán)海，是福建南部發(fā)展臨港重化工業(yè)的理想?yún)^(qū)域。2011年，騰龍芳烴（漳州）有限公司在古雷半島上建立大型化工廠區(qū)，其對區(qū)域飲用地下水資源的影響不可忽略。在非正常工況下，廠區(qū)內(nèi)如二甲苯、石油類等有機(jī)物發(fā)生泄漏時，勢必對區(qū)內(nèi)地下水資源造成嚴(yán)重的污染。鑒于此，本文針對古雷半島前部環(huán)境敏感區(qū)的特點(diǎn)，主要研究騰龍芳烴輸油管道發(fā)生泄漏后對區(qū)域地下水造成的污染分析。研究將運(yùn)用數(shù)值模擬的方法預(yù)測區(qū)內(nèi)有機(jī)污染物對地下水的污染情況，量化污染物在地下水中的遷移分布特征及趨勢，為研究區(qū)的地下水污染提供防治依據(jù)。

1.區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于古雷半島西北部海岸，主要地層為第四系全新統(tǒng)海積層、風(fēng)積層。其中，第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層占研究區(qū)總面積50%，巖性以灰白、灰黃色石英粉細(xì)砂、細(xì)砂為主，分選性好，結(jié)構(gòu)較松散，具交錯層理。厚度一般在2-30m，水位埋深2.0-5.0m，單井涌水量一般100-350m3/d，富水性中等。其下為第四系上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土層（Q3al），分布較穩(wěn)定，構(gòu)成潛水含水層的隔水底板；全新統(tǒng)海積層（Q4m）主要分布于區(qū)內(nèi)西北東山灣一側(cè)，巖性以灰、深灰色淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)細(xì)砂、粉細(xì)砂、中粗砂為主，一般具有上粗下細(xì)的特征，上部以砂為主，下部以淤泥質(zhì)粘土為主，構(gòu)成含水層隔水底板，厚度2-12m。

大氣降水是本區(qū)地下水的唯一補(bǔ)給源，進(jìn)入含水層后在地形的控制下向下游徑流和排泄，主要表現(xiàn)為以古雷山為中心，向各方向徑流，并最終排泄入海。降雨充沛，年降雨量在1100-1200mm之間，主要集中在5-9月份。

2.地下水溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)值模型

2.1水文地質(zhì)概念模型

研究區(qū)位于古雷半島南端西側(cè)靠海一面，長約2500m，寬約1000m，東南部緊接古雷山山腳，西南面直接延伸入海。研究區(qū)可概化為單一潛水含水層，地下水流向順古雷山腳自東南向西北面大海排泄，流向單一，流速相對緩慢，約為0.12m/d。本次研究區(qū)內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)可概化為非均質(zhì)各向同性二維穩(wěn)定流地下水溶質(zhì)遷移模型。

研究區(qū)東北和西南兩側(cè)邊界由于與地下水流向相同，順流線方向可概化為隔水邊界處理。上邊界條件概化為潛水面邊界，水壓為零，潛水面的水頭H等于潛水面的位置高度Z。區(qū)內(nèi)主要為大氣降水入滲補(bǔ)給，向大海徑流排泄，以及少量蒸發(fā)排泄，人工開采作用較小，基本處于天然動態(tài)平衡。

2.2地下水流數(shù)學(xué)模型

地下水流數(shù)學(xué)模型，是地下水滲流所以相關(guān)決定因素控制因素的科學(xué)描述，是求解地下水滲流特征的根本出發(fā)點(diǎn)與依據(jù)。根據(jù)前述水文地質(zhì)概念模型，結(jié)合滲流微分方程與研究區(qū)邊界概化定解條件，并引入裘布依假定，滲流場為平面二維穩(wěn)定流，據(jù)此建立研究區(qū)域地下水流數(shù)學(xué)模型。

2.3模型離散化及參數(shù)賦值

本次建模采用GMS軟件進(jìn)行模擬分析，首先對研究區(qū)整體范圍進(jìn)行剖分，在平面上剖分為橫向260行，縱向220列，垂向上剖分為3層，總計(jì)260*220*3=171600個網(wǎng)格，網(wǎng)格密度約為10m/格。并在此剖分基礎(chǔ)上，對研究區(qū)內(nèi)可能污染源輸油管道附近進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，密度設(shè)置為5m每格。水文地質(zhì)參數(shù)依據(jù)抽水試驗(yàn)及入滲試驗(yàn)所得，如下表中所示：

表2-1 研究區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

地層K

（m/d）T

（m2/d） DL

（m2/d）DT

（m2/d）αL

（m）αT

（m）

第四系海積層2.00713.560.00110.35790.00540.05250.000804

第四系風(fēng)積層16.97108.660.04462.9340.01450.31310.001555

2.4溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型

有機(jī)污染物在地下水中的運(yùn)移，從保守性角度考慮，假設(shè)污染質(zhì)在運(yùn)移中不與含水層介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，即只考慮運(yùn)移過程中的對流、彌散作用。結(jié)合輸油管線的滲漏特點(diǎn)，本次模擬污染源為點(diǎn)源污染，污染源持續(xù)時間為1天，此后污染源被發(fā)現(xiàn)及時截?cái)嗵幚?。綜合以上原因，溶質(zhì)的遷移模擬過程中不考慮污染物在含水層中的吸附、揮發(fā)等作用，假設(shè)縱向彌散系數(shù)與垂向彌散系數(shù)相同，建立區(qū)域平面二維彌散溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)學(xué)模型。

3.地下水水質(zhì)預(yù)測結(jié)果與分析

3.1預(yù)測工況

在研究區(qū)內(nèi)，當(dāng)?shù)氐叵滤Y源主要作為居民生活用水，距離滲漏點(diǎn)100m處為一村莊，本次模擬預(yù)測非正常工況下，本次研究模擬輸油管道發(fā)生泄漏，且污染物濃度為1000mg/l，并在一天后污染物被截?cái)嗟那闆r根據(jù)不同用水區(qū)域的分布特征。

本次評價選定以苯作為評價因子，預(yù)測分析不同區(qū)域內(nèi)地下水中污染物濃度變化特征，并分析在此非正常工況下，應(yīng)急預(yù)案的撤離時間及具體防治措施。本次模擬污染物的影響范圍值檢出下限值0.0006mg/l作為標(biāo)準(zhǔn)；在居民生活用水區(qū)，污染超標(biāo)范圍極限值小于0.01mg/l確定。

3.2污染物平面遷移分布特征

（1）污染物泄漏50天

在污染物發(fā)生泄漏后，其主要演地下水流向下游遷移。在發(fā)生污染50天后，其縱向機(jī)械彌散與橫向分子擴(kuò)散作用的差別并不明顯，污染物向四周遷移擴(kuò)散，污染暈形狀近似為橢圓狀，長軸約70m，短軸約為60m，污染暈影響范圍面積約0.003km2.整個污染范圍區(qū)域內(nèi)濃度均較高，污染物中心濃度最大值高達(dá)733.69mg/l，濃度中心距離泄漏點(diǎn)距離為5m。究其原因是研究區(qū)水力坡度較小，為0.008左右，流速相對緩慢，僅每天0.12m/d，故污染物遷移擴(kuò)散的速度相對緩慢。

（4）污染物泄漏3000天

污染發(fā)生3000天后，污染物已基本進(jìn)入海積區(qū)，且污染暈范圍持續(xù)擴(kuò)大，影響范圍0.261km2，污染暈中心濃度最高5.30mg/l，中心距離滲漏點(diǎn)約678m.此時，污染暈范圍內(nèi)，污染物的濃度較低。

3.3居民生活用水區(qū)預(yù)測結(jié)果與分析

位于研究區(qū)內(nèi)的龍口村內(nèi)最南端距離污染物泄漏點(diǎn)最近距離為100m，距離污染物滲漏點(diǎn)最遠(yuǎn)距離為400m，地下水主要為居民生活用水飲用。從嚴(yán)謹(jǐn)性及危害性考慮，根據(jù)模擬結(jié)果，取龍口村距離滲漏點(diǎn)最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)作為居民生活用水區(qū)的敏感點(diǎn)，計(jì)算污染物遷移到達(dá)到龍口村居民生活用水區(qū)的時間以及污染物離開的時間。

圖3-3龍口村距污染源最近和最遠(yuǎn)敏感點(diǎn)污染物濃度曲線圖

（注：橫坐標(biāo)時間單位：d，縱坐標(biāo)濃度單位：mg/l）

如圖3-3所示，根據(jù)距離滲漏點(diǎn)最近的敏感點(diǎn)污染物濃度曲線特征可知，在污染物泄漏發(fā)生240天后，污染物遷移到達(dá)龍口村，310天后污染物濃度達(dá)到居民生活飲用水超標(biāo)范圍0.01mg/l，區(qū)內(nèi)地下水不可再飲用；取龍口村距污染源最遠(yuǎn)點(diǎn)敏感點(diǎn)分析，3400天后，全村內(nèi)地下水污染物濃度低于0.01mg/l，龍口村內(nèi)地下水可供居民生活飲用；3800天后，污染物遷移出龍口村，居民飲水區(qū)內(nèi)水質(zhì)恢復(fù)正常。

4.結(jié)論及建議

根據(jù)前述分析可知，倘若區(qū)內(nèi)工業(yè)區(qū)發(fā)生有機(jī)污染泄漏，由于天然條件下地下水的防污能力極弱，區(qū)內(nèi)地下水極易遭受污染，并且在地下水流場的控制下向下游擴(kuò)散，影響周圍農(nóng)村群眾的生活和生產(chǎn)活動。故結(jié)合本區(qū)水文地質(zhì)條件綜合分析認(rèn)為，本區(qū)地下水污染防治首先應(yīng)該從源頭做起，做到源頭控制，并加強(qiáng)監(jiān)測，做好預(yù)案，加強(qiáng)區(qū)內(nèi)地下水管理，完善監(jiān)測制度；此外，在廠區(qū)儲油罐、管道輸送區(qū)域等危險(xiǎn)地段進(jìn)行地面硬化處理，通過地面硬化、夯實(shí)碾壓等措施可以有效提高包氣帶的防污性能。

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作者簡介：周勇，男，（1990.10.29），中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），碩士研究生，研究方向：工程地質(zhì)與水文地質(zhì)