地下水環(huán)境影響評價理論研究

王建琴　楊武成

摘要：介紹地下水環(huán)境污染的影響因素及地下水環(huán)境影響評價方法，在此基礎上建立地下水環(huán)境影響評價的數(shù)學模型及其求解原理，并模擬地下水流場與實際流場的擬合，通過設定污染源來預測污染物對地下水造成的污染情況，分析預測結(jié)果可為采取一定的防護措施提供科學的依據(jù)。

關鍵詞：地下水；環(huán)境影響評價；影響因素；數(shù)值模擬；相關參數(shù)

中圖分類號：X824 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0053-03

近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，工業(yè)“三廢”的排放、農(nóng)藥及化肥的大面積施用、生活垃圾和污水的大量排放導致大部分水體受到污染，由此造成的地下水環(huán)境污染問題日趨嚴重。保護地下水環(huán)境，首先要從環(huán)境影響評價工作做起。為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》《中華人民共和國水污染防治法》《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》和《建設項目環(huán)境保護管理條例》，保護環(huán)境，防治污染，規(guī)范地下水環(huán)境影響評價工作，環(huán)保部于2011年2月11日發(fā)布了《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》，揭開了我國保護地下水環(huán)境的新的一頁。由于進行地下水環(huán)境影響預測和評價需要大量的水文地質(zhì)因素和參數(shù)，因此地下水的環(huán)境影響預測一級評價和二級評價主要是通過數(shù)值模擬來完成的。

《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》的發(fā)布填補了中國現(xiàn)行環(huán)境影響評價技術標準對地下隱蔽環(huán)境進行影響分析評價的空白，標志著中國環(huán)境影響評價工作已從關注地表以上可見的（或可聽的）環(huán)境影響，逐漸向地下隱蔽的環(huán)境影響延伸，是中國構(gòu)建環(huán)保全方位立體空間污染防范體系的又一新舉措。地下水環(huán)境影響評價的目的，就是預測和評價建設項目實施過程中對地下水環(huán)境可能造成的直接影響和間接危害（包括地下水污染、地下水流場或地下水位變化），并針對這種影響和危害提出防治對策，預防與控制環(huán)境惡化，保護地下水資源，為建設項目選址決策、工程設計和環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

1 人類活動對地下水環(huán)境的影響

環(huán)境是人類社會生存和發(fā)展的基礎，開發(fā)建設是人類維持生存、爭取發(fā)展的手段，因此開發(fā)建設必然是人類影響環(huán)境的最重要、最經(jīng)常的形式。從根本上來說，環(huán)境問題是隨著開發(fā)建設而產(chǎn)生的。地下水的大規(guī)模開發(fā)利用、礦山開采、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水工建筑及其他工程項目對地下水環(huán)境具有很大影響。

1.1 建設項目大規(guī)模開采

大規(guī)模開采地下水導致水量減少、水源枯竭、區(qū)域性地下水水位下降，以至引起地面沉降、地下缺氧等，并會導致海水入侵、地下水質(zhì)污染等公害。造成地下水水位下降的原因主要有：對開發(fā)區(qū)水文地質(zhì)和水資源論證評價的認識不符合實際，地下水開采量長期超過補給量，人為原因造成水文地質(zhì)條件的改變等。

長期開采利用地下水會導致水質(zhì)發(fā)生變化。其原因主要有：不同成分水的混合；含水層水動力條件的改變對地下水水質(zhì)的影響；飲水工程本身對水質(zhì)的影響；包氣帶金屬礦物氧化產(chǎn)物的進入。

1.2 工業(yè)生產(chǎn)

工業(yè)生產(chǎn)對地下水的污染主要來自工業(yè)生產(chǎn)的廢物，包括工業(yè)廢水及固體廢棄物的滲漏、偶然事件的發(fā)生等。其中最嚴重的污染途徑是滲漏，這為廢水向包氣帶土壤及含水層中滲入提供了很好的機會。

1.3 農(nóng)業(yè)活動

一是農(nóng)業(yè)灌溉對地下水動態(tài)平衡的影響。灌溉使?jié)B透補給增加，由于水文地質(zhì)條件及灌溉工程的條件不同，排水好的地區(qū)將會增加含水層水頭變化幅度，排水條件差的地區(qū)會導致地下水位的上升，無排水條件的地區(qū)主要靠蒸發(fā)排水，因此會產(chǎn)生水化學動態(tài)變化而導致土壤鹽堿化。二是人類農(nóng)業(yè)活動對地下水的污染。大量的廢棄物和地下水溶混在一起，使地下水的水質(zhì)發(fā)生了變化。這與農(nóng)田分布廣面積大、施肥灌溉及農(nóng)藥的使用有著密切的關系，農(nóng)藥中的殺蟲劑、除草劑、殺菌劑等都會造成地下水的污染。

1.4 礦山開采

露天礦床的開采大大地改變了地表的形態(tài)，含水層中弱透水層的滲透性能得到了提高。露天開采既要把礦藏上面的含水層打開，又要大幅度降低礦藏下面的含水層的水頭，這樣的開采方式改變了地下水的補給、徑流與排泄途徑。

地下固體礦藏的開采使地下水中化學成分的形成作用發(fā)生變化。地下水位的下降還會導致巖石變形斷裂及地面沉降，對地面建筑造成不可預測的破壞性。

1.5 其他活動

水工建筑物的建設和區(qū)域性調(diào)水也會對地下水造成一定的影響。水庫的建設改變了含水層之間的水力聯(lián)系和地下水補給、徑流與排泄的條件；一些工程的建設使地下水水質(zhì)惡化，以致直接影響生活飲用水質(zhì)量。

2 地下水環(huán)境影響評價方法

2.1 地下水水質(zhì)評價方法

地下水水質(zhì)評價方法可分為單項評價法和綜合評價法。1） 單項評價方法即單因子指數(shù)法，是對單個指標進行分析評價。該方法評價模式簡單，計算簡便，評價結(jié)果可以直觀地反映超標因子，且可以清晰判斷出主要污染因子和主要污染區(qū)域。2） 綜合評價法能全面、綜合地反映、評價水體的整體狀況，主要有綜合指數(shù)法、模糊綜合評判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型、灰色聚類法及多種方法耦合的評價方法。

2.2 地下水環(huán)境影響預測模式

地下水環(huán)境影響評價的一般模式是分析造成影響的因素，如工程項目規(guī)模、工程建設的排污特征、主要污染組分及污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等。利用這些因素對地下水污染狀況進行預測和風險分析，并提出相關的地下水污染防治方案和措施。地下水環(huán)境的影響評價是涉及多目標、多因素的復雜工作，針對影響因素的預測就有多種方法，如較簡單的類比分析法、情景分析法，較復雜的環(huán)境數(shù)學模型法、水文地球化學方法，還有可持續(xù)發(fā)展能力評估、環(huán)境承載力分析等。

3 Visual MODFLOW在地下水環(huán)境影響評價中的應用

3.1 Visual MODFLOW的理論基礎

MODFLOW是一個三維有限差分地下水流動模型，其理論方程為：

Kxx

+Kyy

+Kzz

-W=SS （1）

式中：Kxx，Kyy，Kzz分別為沿x，y，z坐標軸方向的水力傳導率；h為水頭；W為在非平衡狀態(tài)下通過均質(zhì)、各向同性土壤介質(zhì)單位體積的流量，表示地下水的源和匯；Ss為多孔介質(zhì)的貯水系數(shù)；t為時間。

對于三維穩(wěn)定流動，MODPATH的質(zhì)量平衡方程可用有效孔隙率和滲流流速表示：

++=W （2）

式中：Vx，Vy，Vz分別為線性流動流速矢量在x，y，z坐標軸方向的分量；n為含水層有效孔隙率，%；W為由含水層內(nèi)部單位體積源和匯產(chǎn)生的水量。

污染物運移模型MT3D的基本方程為：

=Dij

-（ViC）+CS+∑Rk （3）

式中：C為溶于水中的地下水污染物濃度；t為時間；xi為沿坐標軸各方向的距離；Dij為水力擴散系數(shù)；Vi為地下水滲流速度；qi為源和匯的單位流量；Cs為源和匯的濃度；P為含水層孔隙率，%；∑Rk為化學反應項。

3.2 地下水流數(shù)值模型

3.2.1 區(qū)域剖分 對模型整個區(qū)域的網(wǎng)格間距進行剖分，計算模型區(qū)域有效單元的個數(shù)。

3.2.2 邊界條件的設定 每個模型要求有一個合適的邊界條件來表達系統(tǒng)與周圍環(huán)境的關系。地下水流模型邊界條件描述了模型與外部系統(tǒng)之間水流的交換，主要有水流邊界條件和運移邊界條件。1） 水流邊界條件包括定水頭、河流、河網(wǎng)、變水頭、排水溝、防滲墻、補給、蒸散等邊界條件。其中：定水頭邊界條件用來確定選中網(wǎng)格單元的水頭值，使之作為進入系統(tǒng)的無限水源或者離開系統(tǒng)的無限匯點。河流邊界條件用來模擬地表水體對地下水流的影響。河網(wǎng)邊界條件用來計算河網(wǎng)中的總流量，并模擬地表水體和地下水體的相互作用。2） 運移邊界條件包括定濃度、補給濃度、蒸發(fā)濃度、電源等邊界條件。其中：定濃度邊界條件可以概化為一個污染源，使已知濃度的污染物向研究區(qū)排放；在某些情況下，定濃度邊界條件也可概化為將溶質(zhì)移出模擬區(qū)，由測定研究區(qū)邊界的溶質(zhì)濃度值給出。補給濃度可表示為一定時期內(nèi)排放到研究區(qū)的溶質(zhì)濃度。蒸發(fā)蒸騰濃度邊界條件表明在溶質(zhì)運移模型中指定的、伴隨著蒸發(fā)蒸騰作用的不同種類溶質(zhì)的濃度。點源邊界條件表示考慮水流邊界條件影響下的不同種類溶質(zhì)的濃度。

3.2.3 模型識別與驗證原則 受工作條件限制，模型不可能精確刻畫出研究區(qū)的地下水流系統(tǒng)，模型的識別與驗證主要遵循以下原則：1） 模擬的地下水流場基本一致，即要求地下水模擬等值線與實測等值線形狀相似；2） 識別的水文地質(zhì)參數(shù)要符合客觀水文地質(zhì)條件。

3.2.4 模擬識別與驗證 對計算區(qū)進行初步參數(shù)分區(qū)得到穩(wěn)定流場后，對模型進行識別，以驗證該流場能否全面、客觀地表征評價區(qū)實際的水文地質(zhì)條件。通過對模型進行反演擬合，優(yōu)化調(diào)整后確定的水文地質(zhì)參數(shù)較好地刻畫了地下水系統(tǒng)的水文地質(zhì)特征；在最優(yōu)反演參數(shù)的基礎上，將模擬水位值與研究區(qū)工程勘探孔及現(xiàn)狀調(diào)查實測水位值進行擬合分析，結(jié)果表明，模擬值與實際值擬合情況較好，水位擬合誤差較小，基本反映了地下水隨時間和空間的變化規(guī)律，達到了預期效果。

3.3 污染結(jié)果預測

采用Visual MODFLOW軟件建立水流模型，利用軟件中的MT3DMS模塊進一步模擬預測地下水中污染物的運移情況。根據(jù)污染情況，對溶質(zhì)進行污染物運移模擬，在模型中將污染源概化為補給濃度邊界。

3.3.1 地下水溶質(zhì)運移數(shù)學模型 地下水中溶質(zhì)運移的數(shù)學模型公式為：

ne=nDij

-（nCVi）±C′W （4）

式中：Dij=αijmn，其中αijmn為含水層的彌散度，Vm和Vn分別為m和n方向上的速度分量，│V│為速度模；C為模擬污染質(zhì)的濃度；ne為有效孔隙度；C′為模擬污染質(zhì)的源匯濃度；W為源匯單位面積上的通量；Vi為滲流速度。

聯(lián)合求解水流方程和溶質(zhì)運移方程就可得到污染質(zhì)的空間分布。

在識別后的水流模型基礎上，根據(jù)現(xiàn)場彌散試驗，并結(jié)合模擬區(qū)巖性及網(wǎng)格剖分的大小，對污染質(zhì)運移的彌散參數(shù)進行識別。根據(jù)化工風險分析的情景設計，確定主要污染源分布位置，選定優(yōu)先控制污染物，按正常工況、非正常工況和事故風險3種情況，分別對地下水污染物在不同時段的擴散范圍、超標范圍的時間進行模擬預測。

3.3.2 污染源源強設定 考慮廠區(qū)可能出現(xiàn)的污染事故點對地下水造成污染的因素較復雜，在設計可能出現(xiàn)的事故情景時，重點考慮發(fā)生污染危險可能性較大的工況以及由不同污染物遷移對周圍地下水環(huán)境產(chǎn)生影響的排泄點。

3.3.3 模擬結(jié)果分析 地下水影響評價一般參照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—93）中的各類標的標準限值，在地下水環(huán)境影響預測結(jié)果圖中標識出地下水污染物超標的濃度范圍。為了體現(xiàn)出污染物對地下水存在污染但污染不超標，即對地下水產(chǎn)生了影響，一般參照污染物的檢出限值，在預測結(jié)果圖中標識出該范圍。當預測結(jié)果小于檢出限時，則視同對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。

4 結(jié)論

由于人類活動的不合理性導致地下水環(huán)境惡化現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，含水層的點源和非點源污染問題越來越嚴重。地下水污染引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境問題制約著人類社會、人與自然的和諧發(fā)展，因此，加強對地下水環(huán)境的研究與評價，是必要的、迫切的。數(shù)學模型是環(huán)評中間接影響評價的有效手段，將數(shù)學模型應用于地下水環(huán)評中可以有效地對地下水的環(huán)境影響進行分析預測，改進地下水環(huán)評的定量分析能力，提高地下水環(huán)評中多方案比選時的排序能力，有利于得出地下水環(huán)境保護的最優(yōu)方案，為促進資源環(huán)境和經(jīng)濟的綜合決策提供有力保障。

Kxx

+Kyy

+Kzz

-W=SS （1）

式中：Kxx，Kyy，Kzz分別為沿x，y，z坐標軸方向的水力傳導率；h為水頭；W為在非平衡狀態(tài)下通過均質(zhì)、各向同性土壤介質(zhì)單位體積的流量，表示地下水的源和匯；Ss為多孔介質(zhì)的貯水系數(shù)；t為時間。

對于三維穩(wěn)定流動，MODPATH的質(zhì)量平衡方程可用有效孔隙率和滲流流速表示：

++=W （2）

式中：Vx，Vy，Vz分別為線性流動流速矢量在x，y，z坐標軸方向的分量；n為含水層有效孔隙率，%；W為由含水層內(nèi)部單位體積源和匯產(chǎn)生的水量。

污染物運移模型MT3D的基本方程為：

=Dij

-（ViC）+CS+∑Rk （3）

式中：C為溶于水中的地下水污染物濃度；t為時間；xi為沿坐標軸各方向的距離；Dij為水力擴散系數(shù)；Vi為地下水滲流速度；qi為源和匯的單位流量；Cs為源和匯的濃度；P為含水層孔隙率，%；∑Rk為化學反應項。

3.2 地下水流數(shù)值模型

3.2.1 區(qū)域剖分 對模型整個區(qū)域的網(wǎng)格間距進行剖分，計算模型區(qū)域有效單元的個數(shù)。

3.2.2 邊界條件的設定 每個模型要求有一個合適的邊界條件來表達系統(tǒng)與周圍環(huán)境的關系。地下水流模型邊界條件描述了模型與外部系統(tǒng)之間水流的交換，主要有水流邊界條件和運移邊界條件。1） 水流邊界條件包括定水頭、河流、河網(wǎng)、變水頭、排水溝、防滲墻、補給、蒸散等邊界條件。其中：定水頭邊界條件用來確定選中網(wǎng)格單元的水頭值，使之作為進入系統(tǒng)的無限水源或者離開系統(tǒng)的無限匯點。河流邊界條件用來模擬地表水體對地下水流的影響。河網(wǎng)邊界條件用來計算河網(wǎng)中的總流量，并模擬地表水體和地下水體的相互作用。2） 運移邊界條件包括定濃度、補給濃度、蒸發(fā)濃度、電源等邊界條件。其中：定濃度邊界條件可以概化為一個污染源，使已知濃度的污染物向研究區(qū)排放；在某些情況下，定濃度邊界條件也可概化為將溶質(zhì)移出模擬區(qū)，由測定研究區(qū)邊界的溶質(zhì)濃度值給出。補給濃度可表示為一定時期內(nèi)排放到研究區(qū)的溶質(zhì)濃度。蒸發(fā)蒸騰濃度邊界條件表明在溶質(zhì)運移模型中指定的、伴隨著蒸發(fā)蒸騰作用的不同種類溶質(zhì)的濃度。點源邊界條件表示考慮水流邊界條件影響下的不同種類溶質(zhì)的濃度。

3.2.3 模型識別與驗證原則 受工作條件限制，模型不可能精確刻畫出研究區(qū)的地下水流系統(tǒng)，模型的識別與驗證主要遵循以下原則：1） 模擬的地下水流場基本一致，即要求地下水模擬等值線與實測等值線形狀相似；2） 識別的水文地質(zhì)參數(shù)要符合客觀水文地質(zhì)條件。

3.2.4 模擬識別與驗證 對計算區(qū)進行初步參數(shù)分區(qū)得到穩(wěn)定流場后，對模型進行識別，以驗證該流場能否全面、客觀地表征評價區(qū)實際的水文地質(zhì)條件。通過對模型進行反演擬合，優(yōu)化調(diào)整后確定的水文地質(zhì)參數(shù)較好地刻畫了地下水系統(tǒng)的水文地質(zhì)特征；在最優(yōu)反演參數(shù)的基礎上，將模擬水位值與研究區(qū)工程勘探孔及現(xiàn)狀調(diào)查實測水位值進行擬合分析，結(jié)果表明，模擬值與實際值擬合情況較好，水位擬合誤差較小，基本反映了地下水隨時間和空間的變化規(guī)律，達到了預期效果。

3.3 污染結(jié)果預測

采用Visual MODFLOW軟件建立水流模型，利用軟件中的MT3DMS模塊進一步模擬預測地下水中污染物的運移情況。根據(jù)污染情況，對溶質(zhì)進行污染物運移模擬，在模型中將污染源概化為補給濃度邊界。

3.3.1 地下水溶質(zhì)運移數(shù)學模型 地下水中溶質(zhì)運移的數(shù)學模型公式為：

ne=nDij

-（nCVi）±C′W （4）

式中：Dij=αijmn，其中αijmn為含水層的彌散度，Vm和Vn分別為m和n方向上的速度分量，│V│為速度模；C為模擬污染質(zhì)的濃度；ne為有效孔隙度；C′為模擬污染質(zhì)的源匯濃度；W為源匯單位面積上的通量；Vi為滲流速度。

聯(lián)合求解水流方程和溶質(zhì)運移方程就可得到污染質(zhì)的空間分布。

在識別后的水流模型基礎上，根據(jù)現(xiàn)場彌散試驗，并結(jié)合模擬區(qū)巖性及網(wǎng)格剖分的大小，對污染質(zhì)運移的彌散參數(shù)進行識別。根據(jù)化工風險分析的情景設計，確定主要污染源分布位置，選定優(yōu)先控制污染物，按正常工況、非正常工況和事故風險3種情況，分別對地下水污染物在不同時段的擴散范圍、超標范圍的時間進行模擬預測。

3.3.2 污染源源強設定 考慮廠區(qū)可能出現(xiàn)的污染事故點對地下水造成污染的因素較復雜，在設計可能出現(xiàn)的事故情景時，重點考慮發(fā)生污染危險可能性較大的工況以及由不同污染物遷移對周圍地下水環(huán)境產(chǎn)生影響的排泄點。

3.3.3 模擬結(jié)果分析 地下水影響評價一般參照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—93）中的各類標的標準限值，在地下水環(huán)境影響預測結(jié)果圖中標識出地下水污染物超標的濃度范圍。為了體現(xiàn)出污染物對地下水存在污染但污染不超標，即對地下水產(chǎn)生了影響，一般參照污染物的檢出限值，在預測結(jié)果圖中標識出該范圍。當預測結(jié)果小于檢出限時，則視同對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。

4 結(jié)論

由于人類活動的不合理性導致地下水環(huán)境惡化現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，含水層的點源和非點源污染問題越來越嚴重。地下水污染引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境問題制約著人類社會、人與自然的和諧發(fā)展，因此，加強對地下水環(huán)境的研究與評價，是必要的、迫切的。數(shù)學模型是環(huán)評中間接影響評價的有效手段，將數(shù)學模型應用于地下水環(huán)評中可以有效地對地下水的環(huán)境影響進行分析預測，改進地下水環(huán)評的定量分析能力，提高地下水環(huán)評中多方案比選時的排序能力，有利于得出地下水環(huán)境保護的最優(yōu)方案，為促進資源環(huán)境和經(jīng)濟的綜合決策提供有力保障。

Kxx

+Kyy

+Kzz

-W=SS （1）

式中：Kxx，Kyy，Kzz分別為沿x，y，z坐標軸方向的水力傳導率；h為水頭；W為在非平衡狀態(tài)下通過均質(zhì)、各向同性土壤介質(zhì)單位體積的流量，表示地下水的源和匯；Ss為多孔介質(zhì)的貯水系數(shù)；t為時間。

對于三維穩(wěn)定流動，MODPATH的質(zhì)量平衡方程可用有效孔隙率和滲流流速表示：

++=W （2）

式中：Vx，Vy，Vz分別為線性流動流速矢量在x，y，z坐標軸方向的分量；n為含水層有效孔隙率，%；W為由含水層內(nèi)部單位體積源和匯產(chǎn)生的水量。

污染物運移模型MT3D的基本方程為：

=Dij

-（ViC）+CS+∑Rk （3）

式中：C為溶于水中的地下水污染物濃度；t為時間；xi為沿坐標軸各方向的距離；Dij為水力擴散系數(shù)；Vi為地下水滲流速度；qi為源和匯的單位流量；Cs為源和匯的濃度；P為含水層孔隙率，%；∑Rk為化學反應項。

3.2 地下水流數(shù)值模型

3.2.1 區(qū)域剖分 對模型整個區(qū)域的網(wǎng)格間距進行剖分，計算模型區(qū)域有效單元的個數(shù)。

3.2.2 邊界條件的設定 每個模型要求有一個合適的邊界條件來表達系統(tǒng)與周圍環(huán)境的關系。地下水流模型邊界條件描述了模型與外部系統(tǒng)之間水流的交換，主要有水流邊界條件和運移邊界條件。1） 水流邊界條件包括定水頭、河流、河網(wǎng)、變水頭、排水溝、防滲墻、補給、蒸散等邊界條件。其中：定水頭邊界條件用來確定選中網(wǎng)格單元的水頭值，使之作為進入系統(tǒng)的無限水源或者離開系統(tǒng)的無限匯點。河流邊界條件用來模擬地表水體對地下水流的影響。河網(wǎng)邊界條件用來計算河網(wǎng)中的總流量，并模擬地表水體和地下水體的相互作用。2） 運移邊界條件包括定濃度、補給濃度、蒸發(fā)濃度、電源等邊界條件。其中：定濃度邊界條件可以概化為一個污染源，使已知濃度的污染物向研究區(qū)排放；在某些情況下，定濃度邊界條件也可概化為將溶質(zhì)移出模擬區(qū)，由測定研究區(qū)邊界的溶質(zhì)濃度值給出。補給濃度可表示為一定時期內(nèi)排放到研究區(qū)的溶質(zhì)濃度。蒸發(fā)蒸騰濃度邊界條件表明在溶質(zhì)運移模型中指定的、伴隨著蒸發(fā)蒸騰作用的不同種類溶質(zhì)的濃度。點源邊界條件表示考慮水流邊界條件影響下的不同種類溶質(zhì)的濃度。

3.2.3 模型識別與驗證原則 受工作條件限制，模型不可能精確刻畫出研究區(qū)的地下水流系統(tǒng)，模型的識別與驗證主要遵循以下原則：1） 模擬的地下水流場基本一致，即要求地下水模擬等值線與實測等值線形狀相似；2） 識別的水文地質(zhì)參數(shù)要符合客觀水文地質(zhì)條件。

3.2.4 模擬識別與驗證 對計算區(qū)進行初步參數(shù)分區(qū)得到穩(wěn)定流場后，對模型進行識別，以驗證該流場能否全面、客觀地表征評價區(qū)實際的水文地質(zhì)條件。通過對模型進行反演擬合，優(yōu)化調(diào)整后確定的水文地質(zhì)參數(shù)較好地刻畫了地下水系統(tǒng)的水文地質(zhì)特征；在最優(yōu)反演參數(shù)的基礎上，將模擬水位值與研究區(qū)工程勘探孔及現(xiàn)狀調(diào)查實測水位值進行擬合分析，結(jié)果表明，模擬值與實際值擬合情況較好，水位擬合誤差較小，基本反映了地下水隨時間和空間的變化規(guī)律，達到了預期效果。

3.3 污染結(jié)果預測

采用Visual MODFLOW軟件建立水流模型，利用軟件中的MT3DMS模塊進一步模擬預測地下水中污染物的運移情況。根據(jù)污染情況，對溶質(zhì)進行污染物運移模擬，在模型中將污染源概化為補給濃度邊界。

3.3.1 地下水溶質(zhì)運移數(shù)學模型 地下水中溶質(zhì)運移的數(shù)學模型公式為：

ne=nDij

-（nCVi）±C′W （4）

式中：Dij=αijmn，其中αijmn為含水層的彌散度，Vm和Vn分別為m和n方向上的速度分量，│V│為速度模；C為模擬污染質(zhì)的濃度；ne為有效孔隙度；C′為模擬污染質(zhì)的源匯濃度；W為源匯單位面積上的通量；Vi為滲流速度。

聯(lián)合求解水流方程和溶質(zhì)運移方程就可得到污染質(zhì)的空間分布。

在識別后的水流模型基礎上，根據(jù)現(xiàn)場彌散試驗，并結(jié)合模擬區(qū)巖性及網(wǎng)格剖分的大小，對污染質(zhì)運移的彌散參數(shù)進行識別。根據(jù)化工風險分析的情景設計，確定主要污染源分布位置，選定優(yōu)先控制污染物，按正常工況、非正常工況和事故風險3種情況，分別對地下水污染物在不同時段的擴散范圍、超標范圍的時間進行模擬預測。

3.3.2 污染源源強設定 考慮廠區(qū)可能出現(xiàn)的污染事故點對地下水造成污染的因素較復雜，在設計可能出現(xiàn)的事故情景時，重點考慮發(fā)生污染危險可能性較大的工況以及由不同污染物遷移對周圍地下水環(huán)境產(chǎn)生影響的排泄點。

3.3.3 模擬結(jié)果分析 地下水影響評價一般參照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—93）中的各類標的標準限值，在地下水環(huán)境影響預測結(jié)果圖中標識出地下水污染物超標的濃度范圍。為了體現(xiàn)出污染物對地下水存在污染但污染不超標，即對地下水產(chǎn)生了影響，一般參照污染物的檢出限值，在預測結(jié)果圖中標識出該范圍。當預測結(jié)果小于檢出限時，則視同對地下水環(huán)境幾乎沒有影響。

4 結(jié)論

由于人類活動的不合理性導致地下水環(huán)境惡化現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，含水層的點源和非點源污染問題越來越嚴重。地下水污染引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境問題制約著人類社會、人與自然的和諧發(fā)展，因此，加強對地下水環(huán)境的研究與評價，是必要的、迫切的。數(shù)學模型是環(huán)評中間接影響評價的有效手段，將數(shù)學模型應用于地下水環(huán)評中可以有效地對地下水的環(huán)境影響進行分析預測，改進地下水環(huán)評的定量分析能力，提高地下水環(huán)評中多方案比選時的排序能力，有利于得出地下水環(huán)境保護的最優(yōu)方案，為促進資源環(huán)境和經(jīng)濟的綜合決策提供有力保障。