某污染場地地下水污染物運(yùn)移分析

馬志強(qiáng)

摘要：地下水如果受到污染，是對人體健康有毒害作用的，嚴(yán)重了會造成人體健康致癌風(fēng)險(xiǎn)，地下水及水動(dòng)力是污染物運(yùn)移的載體及主要?jiǎng)恿?。文章結(jié)合實(shí)例對污染場地地下水污染物運(yùn)移進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：污染場地；地下水；污染物運(yùn)移

地下水污染健康風(fēng)險(xiǎn)評估是健康風(fēng)險(xiǎn)評估在地下水環(huán)境保護(hù)治理領(lǐng)域的衍生概念?；诒Ｗo(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境的考慮，以地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)評估的健康基準(zhǔn)值為基礎(chǔ)，客觀、科學(xué)地量化評估地下水污染對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的潛在影響。地下水是人類賴以生存的重要組成部分，非地下水原有物質(zhì)進(jìn)入地下水后可能會對地下水造成污染，地下水一旦受到污染，治理和恢復(fù)都是非常困難的。因此，應(yīng)用科學(xué)有效的方法進(jìn)行地下水環(huán)境影響評價(jià)是非常必要的。

一、地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評估方法

1、地下水暴露量的計(jì)算

該研究在進(jìn)行場地地下水健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中主要考慮的暴露路徑為人體直接飲用途徑，運(yùn)用地下水飲用途徑暴露量計(jì)算公式對污染物在場地地下水中的暴露劑量進(jìn)行計(jì)算，可得到地下水飲用途徑污染物暴露劑量。

ADD=（1）

式中，ADD為經(jīng)口暴露劑量；CW為水中污染物濃度；IR為人的飲水率；EF為暴露頻率；ED為暴露持續(xù)時(shí)間；BW為人的體重；AT為平均暴露時(shí)間。

2、場地地下水健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)石油類污染物對人類的不同毒性特點(diǎn)，可將地下水健康風(fēng)險(xiǎn)分為致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)。致癌風(fēng)險(xiǎn)即對人體造成致癌效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，一般認(rèn)為沒有劑量閾值，只要有微量存在，即會對人體產(chǎn)生不利影響。根據(jù)美國國家環(huán)保局（EPA）推薦值可知，當(dāng)致癌風(fēng)險(xiǎn)值大于10-6時(shí)，表示污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)超過可接受水平；非致癌風(fēng)險(xiǎn)則指對人體造成非致癌效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，一般認(rèn)為有劑量閾值，低于閾值則認(rèn)為不會產(chǎn)生不利于人體健康的影響。當(dāng)非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大于1時(shí)，表示污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)超過可接受水平。對于一種污染物質(zhì)，可能既具有致癌風(fēng)險(xiǎn)，又具有非致癌風(fēng)險(xiǎn)，這時(shí)應(yīng)分別對其計(jì)算致癌風(fēng)險(xiǎn)及非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

地下水污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)模型計(jì)算：

R 1 =ADD×SF（2）

式中，R1為致癌風(fēng)險(xiǎn)（無量綱）；SF為致癌斜率因子；ADD為致癌污染物地下水飲用暴露量。其中，當(dāng)R1值大于10-6時(shí)，表示污染物致癌風(fēng)險(xiǎn)超過可接受水平，需要進(jìn)行修復(fù)。

地下水污染物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)模型計(jì)算：

R2=（3）

式中，R2為非致癌風(fēng)險(xiǎn)（無量綱）；RfD為經(jīng)口攝入污染物參考劑量；ADD為非致癌污染物地下水飲用暴露量。其中，當(dāng)R2值大于1時(shí)，表示污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)超過可接受水平，需要進(jìn)行修復(fù)。

二、實(shí)例研究

評價(jià)區(qū)位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°38'—119°40'，北緯45°26—45°27'。地貌屬山前沖洪積地貌，地形起伏較大。地層上部為第四系沖洪積、風(fēng)積細(xì)砂及沙礫石層，下部為凝灰質(zhì)膠結(jié)的沙礫層。所在含水層為松散巖類孔隙與基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙潛水含水層（組），含水層巖性為含礫粉細(xì)砂、礫石、凝灰?guī)r等，厚度25—35m，水位埋深2—5m，導(dǎo)水系數(shù)（T）59.81—259.2m2/d，滲透系數(shù)（K）3.15—8.64m/d。通過上述分析，模擬評價(jià)區(qū)的水文地質(zhì)概念模型可以概劃成非均質(zhì)、各向同性、二維非穩(wěn)定流地下水流系統(tǒng)。

1、數(shù)學(xué)模型的建立

評價(jià)范圍內(nèi)水流狀態(tài)符合達(dá)西定律，利用有限差分法或有限單元法進(jìn)行數(shù)值求解。本次模擬把包含模擬評價(jià)區(qū)的矩形區(qū)域在二維平面上剖分成125×125=15625個(gè)網(wǎng)格單元，其中模擬評價(jià)計(jì)算區(qū)6607個(gè)單元，共6個(gè)區(qū)。

2、模型的識別和驗(yàn)證

模型的識別與檢驗(yàn)過程是整個(gè)模擬中極為重要的一步，通常要經(jīng)過反復(fù)修改參數(shù)和調(diào)整某些源匯項(xiàng)的過程才能達(dá)到較為理想的擬合效果。模型的識別與檢驗(yàn)過程采用的方法稱為試估——校正法，屬于反求參數(shù)法。通過反復(fù)調(diào)整參數(shù)和均衡量，識別水文地質(zhì)條件，確定模型的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和均衡要素。最終確定了各個(gè)分區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表 1 模擬評價(jià)區(qū)含水層參數(shù)

識別后的含水層水文地質(zhì)參數(shù)

分區(qū)編號 參數(shù)值 分區(qū)編號 參數(shù)值

滲透系數(shù)（m/d） 給水度 滲透系數(shù)（m/d） 給水度

1 6.8 0.25 4 4.5 0.15

2 4.5 0.15 5 3.5 0.18

3 6 0.2 6 7.5 0.2

3、溶質(zhì)運(yùn)移影響因素及模擬時(shí)間段的確定

根據(jù)污染源特點(diǎn)，本次污染物預(yù)測評價(jià)過程不考慮污染物在含水層中的吸附、揮發(fā)、生物化學(xué)反應(yīng)，只考慮運(yùn)移過程中的對流、彌散作用。模擬時(shí)段確定為自泄漏時(shí)間點(diǎn)起30年，共計(jì)10950天，設(shè)定滲漏時(shí)間起點(diǎn)為2011年1月。

4、污染物質(zhì)的確定

大修渣成分復(fù)雜，并非只有一種污染物，而是存在一種主要污染物和多種次要污染物，根據(jù)大修渣取樣進(jìn)行的相關(guān)浸出試驗(yàn)結(jié)果，確定大修渣主要污染物為氟，濃度為300mg/L。

5、模擬結(jié)果分析

1）非正常工況無防滲措施情景預(yù)測

根據(jù)評價(jià)區(qū)污染物濃度大小，對氟污染物進(jìn)行預(yù)測分析，特征污染物氟的污染羽在彌散、對流綜合水動(dòng)力作用下，逐漸向東南方向遷移出污染場地并向下游運(yùn)移，污染羽的面積逐漸增加，濃度由于水流的稀釋在逐漸降低。100d后，影響范圍為91721m2，超標(biāo)范圍64166m2，最大運(yùn)移距離239.9m，最大超標(biāo)倍數(shù)約93.4倍（對應(yīng)的濃度為93.4mg/L）；1000d后，影響范圍為468101m2，超標(biāo)范圍243355m2，最大運(yùn)移距離713.8m，最大超標(biāo)倍數(shù)約17.1倍（對應(yīng)的濃度為17.1mg/L）；10000d后，污染羽的最大濃度為0.12mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于限值，所以不存在超標(biāo)現(xiàn)象，但存在影響范圍，面積為311649m2，預(yù)測結(jié)果詳見表2。

表 2 地下水中氟污染預(yù)測結(jié)果

污染年限 影響范圍（m2） 超標(biāo)范圍（m2） 最大運(yùn)移距離（m） 最大超標(biāo)倍數(shù) 最大濃度mg/L

100天 91721 64166 239.9 93.4 93.4

1000天 468101 243355 713.8 17.1 17.1

10000天 311649 - 829.4 - 0.12

2）非正常工況有防滲措施情景預(yù)測

有防滲措施，污染物僅通過防滲層破損點(diǎn)滲漏，進(jìn)入地下水的污染物總量急劇減少，濃度將大大少于無防滲措施下的濃度。根據(jù)無防滲措施的預(yù)測結(jié)果來看，在非正常工況采取防滲措施時(shí)，下游廠區(qū)邊界地下水污染物濃度變化差異顯著，各污染物達(dá)到穩(wěn)定濃度的值遠(yuǎn)小于檢測下限。地下水污染程度明顯減弱，均未超出檢測下限。

結(jié)論

綜上所述，雖然污染場地砂卵礫石層能對污染物起到一定的吸附和凈化作用，但由于其滲透性很大，在污染物濃度超標(biāo)很大的情況下不能有效地吸附，超標(biāo)的污染物會隨地下水向下游運(yùn)移。在有防滲膜的前提下，污染物的擴(kuò)散、遷移路徑被有效地阻滯，當(dāng)污染物擴(kuò)散至砂卵礫石層及其下部地層時(shí)，濃度已明顯減小，水平擴(kuò)散范圍及侵入深度也明顯減小，因此不會對污染場地下游區(qū)域地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

[1]王克三。地下水污染及其監(jiān)測治理問題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009

[2]汪珊。長江三角洲地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011

[3]盧文喜。地下水運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬過程中邊界條件問題探討[J].水力學(xué)報(bào)，2009