某場(chǎng)地污染源在潛水層中擴(kuò)散影響

趙 智 理

(天津華北工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，天津 300181)

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某場(chǎng)地污染源在潛水層中擴(kuò)散影響

趙 智 理

(天津華北工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，天津 300181)

利用解析法，分析了泄露污染物在潛水含水層中的運(yùn)移規(guī)律，探討了項(xiàng)目在建設(shè)期和運(yùn)營期的不同狀況下對(duì)地下水可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，提出了切實(shí)可行的環(huán)境保護(hù)措施與地下水環(huán)境影響跟蹤監(jiān)測(cè)計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案。

污染源，地下水，潛水層，運(yùn)移距離

1 工程概況

該工程場(chǎng)地位于天津市津南經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)，主要為電子信息、金屬制品、塑膠制品等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，并為之配套相應(yīng)的倉儲(chǔ)物流服務(wù)，廠區(qū)附近無集中式和分散式地下水飲用水源地等地下水環(huán)境敏感、較敏感保護(hù)區(qū)，亦無其他《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)分類管理名錄》中所界定的涉及地下水的環(huán)境敏感區(qū)。因此區(qū)域場(chǎng)地的地下水環(huán)境敏感程度為“不敏感”。工程項(xiàng)目位置及調(diào)查范圍見圖1。

2 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件

1)地層巖性及分布。

①人工填土層(Qml)：平均厚度為1.3 m，黃褐色，可塑，主要由粘性土組成。

2)地基巖土物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 地基巖土物理力學(xué)性質(zhì)表

3 抽水試驗(yàn)

本次在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行兩個(gè)孔的單孔抽水試驗(yàn)，根據(jù)鉆探資料及勘察資料，抽水試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)潛水含水層巖性較均勻，厚度較穩(wěn)定，地下水運(yùn)動(dòng)為層流，抽水過程中，在一定時(shí)間內(nèi)可視為穩(wěn)定井流，因此符合均質(zhì)無限含水層潛水完整井穩(wěn)定流抽水實(shí)驗(yàn)適用條件。參數(shù)計(jì)算如下式：

其中，K為含水層滲透系數(shù)，m/d；Q為抽水井出水量，m3/d；h為含水層抽水時(shí)厚度，m；r為抽水井半徑，m；R為抽水影響半徑，m；S為抽水井中的水位降深，m；H為潛水含水層厚度，m。

抽水試驗(yàn)基本情況見表2。

表2 抽水試驗(yàn)基本情況表

4 污染物的選取及污染源強(qiáng)度分析

4.1 污染物的選取

本次模擬計(jì)算根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)地下水的水質(zhì)現(xiàn)狀、項(xiàng)目污染源的分布及類型，選取原材料磷酸鹽和國家和地方十二五嚴(yán)格總量控制的污染物CODMn和氨氮作為預(yù)測(cè)因子，預(yù)測(cè)位置為原料及成品堆放區(qū)和生活污水處理池。

4.2 污染源強(qiáng)度分析

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，結(jié)合工程分析的相關(guān)資料，綜合考慮各裝置大小、選取有代表性的場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)：

項(xiàng)目生活污水處理設(shè)施為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，參考GB 50141—2008給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中關(guān)于滿水試驗(yàn)驗(yàn)收的要求，鋼筋混凝土池體滿水試驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為2 L/(m2·d)，需要說明的是，該驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅指鋼筋混凝土池體，未考慮防滲層的防滲性能，在預(yù)測(cè)中屬于保守計(jì)算，實(shí)際情況下滲漏量要小。假設(shè)項(xiàng)目在非正常狀況下池底由于地面沉降或地下水對(duì)池體的腐蝕等多種因素影響下，出現(xiàn)防滲層破裂情況，破裂程度引起的地下水滲漏量按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的10倍計(jì)算。

非正常狀況下，生活污水處理裝置水池池底發(fā)生破裂，同時(shí)防滲層破壞，污染物進(jìn)入地下水；非正常狀況下，磷酸鹽受到雨水或者管道爆裂的水而溶解進(jìn)入地下水(此處忽略包氣帶的防污性能，僅對(duì)磷酸鹽的運(yùn)移進(jìn)行模擬)。

假定污水處理站廢水池的地下水監(jiān)控或檢漏周期為30 d，即發(fā)生非正常狀況后30 d發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行修復(fù)切斷滲漏源，假定滲漏工業(yè)廢水概化為瞬時(shí)注入，因此項(xiàng)目非正常狀況下的滲漏源強(qiáng)可設(shè)置為：

廠區(qū)車間污水處理池水池結(jié)構(gòu)尺寸：設(shè)計(jì)污水量10 m3/d。特征污染物為COD濃度為400 mg/L；氨氮30 mg/L。

CODMn：2 L/(m2·d) × 8 m2×400 mg/L×30 d×10=1.92 kg。

氨氮：2 L/(m2·d) × 8 m2× 30 mg/L×30 d×10=0.144 kg。

磷酸鹽在非正常狀況下進(jìn)入地下水，假設(shè)水量為10 L/(m2·d)，磷酸二氫鋰的飽和濃度為1 260 g/L，假設(shè)泄露時(shí)間為30 d，泄露面積假設(shè)為10 m2，按照1%進(jìn)入地下水，滲漏量計(jì)算如下：

磷酸鹽：10 L/(m2·d)× 10 m2× 1 260 g/L×30 d×1%=37.8 kg。

5 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)分析

5.1 預(yù)測(cè)時(shí)段

根據(jù)本項(xiàng)目工程分析，其地下水影響預(yù)測(cè)時(shí)段主要在于生產(chǎn)運(yùn)行期階段可能對(duì)地下水環(huán)境造成影響。依據(jù)HJ 610—2016環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境要求，本項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境的影響應(yīng)從正常狀況、非正常狀況兩種情形進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

1)在正常狀況下，項(xiàng)目對(duì)各類污染源場(chǎng)地及設(shè)施應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的防滲措施，地面經(jīng)防滲處理，污染物從源頭和末端均得到控制，沒有污染地下水的通道，污染物滲入污染地下水難以發(fā)生，按照導(dǎo)則的要求可不再對(duì)正常狀況下的地下水環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2)非正常狀況的選擇污染源的底部防滲等級(jí)不合標(biāo)準(zhǔn)、磨損或其他原因從而使防滲層功能降低，污染物通過直接進(jìn)入含水層中，由于逐漸積累，從而污染淺水含水層的情況?，F(xiàn)實(shí)過程中，由于項(xiàng)目建設(shè)或地質(zhì)環(huán)境問題，可能出現(xiàn)由于基礎(chǔ)不均勻沉降等原因，混凝土等結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫，污水這時(shí)會(huì)滲入地下。如果裂縫太多，出現(xiàn)大量滲水，污水池的計(jì)量?jī)x器會(huì)有所反應(yīng)，生產(chǎn)單位將采取應(yīng)急措施進(jìn)行修復(fù)，在此狀況下，污水滲漏到含水層，從而造成對(duì)潛水層地下水的影響。因此非正常狀況為本次預(yù)測(cè)的重點(diǎn)。

5.2 預(yù)測(cè)模型

按照HJ 610—2016環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境要求，一維穩(wěn)定流動(dòng)二維水動(dòng)力彌散問題的瞬時(shí)注入示蹤劑——平面瞬時(shí)點(diǎn)源，可采用的預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型為：

其中，C(x,y,t)為t時(shí)刻點(diǎn)x，y處的污染物濃度，g/L；t為時(shí)間，d；x，y均為計(jì)算點(diǎn)處的位置坐標(biāo)；M為含水層厚度，m；mM為長(zhǎng)度為M的線源瞬時(shí)注入示蹤劑的質(zhì)量，kg；u為地下水流速度，m/d；ne為有效孔隙度，無量綱；DL為縱向x方向的彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d；π為圓周率。

5.3 預(yù)測(cè)參數(shù)的選取

根據(jù)本項(xiàng)目水文地質(zhì)條件，相關(guān)污染預(yù)測(cè)參數(shù)選取如下：

1)滲透系數(shù)K=0.245m/d；2)含水層厚度M取13.0m；3)水力坡度I=0.000 5；4)有效孔隙度ne，取0.07；5)水流速度u=KI/ne=0.001 55m/d；6)彌散系數(shù)一般是通過野外彌散或室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)確定，但是由于彌散系數(shù)的尺度效應(yīng)，野外試驗(yàn)和土柱實(shí)驗(yàn)均不能較直觀的反映污染場(chǎng)地的彌散系數(shù)。在本次工作中結(jié)合地層巖性特征和尺度特征，參考Xu和EcksteⅠn方程式(1995，基于海量彌散實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和分型數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)公式)。αm=0.83(logLs)2.414。確定其彌散度αm，進(jìn)而計(jì)算彌散系數(shù)DL。彌散度αm取10m?？v向彌散系數(shù)DL=αm×u=0.015 5m2/d;7)橫向彌散系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般是縱向的1/10，本項(xiàng)目取DT=0.001 55m2/d。

5.4 預(yù)測(cè)結(jié)果

本次模擬限值以不改變現(xiàn)狀地下水標(biāo)準(zhǔn)為前提，例如氨氮現(xiàn)狀為GB/T14848—93地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測(cè)時(shí)超標(biāo)邊界以Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的限值為邊界，預(yù)測(cè)中考慮各預(yù)測(cè)因子的背景狀況。當(dāng)預(yù)測(cè)污染物濃度大于標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，表示地下水受到污染，當(dāng)預(yù)測(cè)污染物濃度介于檢出限和標(biāo)準(zhǔn)限值之間時(shí)，表示地下水受到污染但不超標(biāo)，當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果小于檢出限時(shí)則視同對(duì)地下水環(huán)境基本沒有影響。磷酸鹽的限值以10mg/L為邊界。各指標(biāo)具體情況見表3。

表3 CODMn和氨氮元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和背景值 mg/L

假設(shè)泄漏30 d后被發(fā)現(xiàn)，污染物在包氣帶達(dá)到飽和進(jìn)入潛層含水層后，分別預(yù)測(cè)污染物通過包氣帶達(dá)到潛水面后100 d,1 000 d和7 300 d時(shí)的含水層中上述各情景下CODMn、氨氮和磷酸鹽超標(biāo)范圍和最大運(yùn)移距離，其中，超標(biāo)范圍指起始點(diǎn)(地表泄露點(diǎn)在潛水面的垂直投影點(diǎn))下游沿地下水流向上超標(biāo)的長(zhǎng)度，最大運(yùn)移距離指污染因子檢出限對(duì)應(yīng)的濃度出現(xiàn)的點(diǎn)位距離起始點(diǎn)的距離。同時(shí)，由于建設(shè)項(xiàng)目下游無保護(hù)目標(biāo)，預(yù)測(cè)中給出地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況(見表4)。

表4 地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況表

6 結(jié)語

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，項(xiàng)目運(yùn)行期非正常狀況下，CODMn和氨氮，假設(shè)持續(xù)泄露時(shí)間為30 d，以保守為原則考慮，車間污水處理裝置水池池底發(fā)生破裂，同時(shí)防滲層破壞，污染物進(jìn)入包氣帶。由于生活污水處理設(shè)備為地埋式，故不考慮包氣帶的防污性能。磷酸鹽受到在污水處理池發(fā)生破裂引起潛水含水層地下水CODMn污染羽在100 d和1 000 d時(shí)，污染物的最大運(yùn)移距離分別為7.5 m和21.6 m，超標(biāo)范圍分別為5.3 m和12.4 m；在7 300 d時(shí)，水質(zhì)超地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)范圍已消失，最大濃度低于10 mg/L，污染羽運(yùn)移至起始點(diǎn)下游約56.5 m處。

氨氮在泄漏100 d和1 000 d時(shí)，污染物的最大運(yùn)移距離分別為7.8 m和17.5 m，超標(biāo)范圍分別為5.7 m和15.6 m，最大濃度為25.15 mg/L和2.52 mg/L，為Ⅴ類水質(zhì)；7 300 d后最大濃度為0.34 mg/L，加上背景濃度0.08 mg/L，為Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)約2倍，但是最大運(yùn)移距離為42.5 m，超標(biāo)范圍33.8 m，最大濃度為0.34 mg/L，為Ⅳ類地下水。

非正常狀況下，磷酸鹽受到雨水或者管道爆裂的水而溶解進(jìn)入地下水，假設(shè)持續(xù)泄露時(shí)間為30 d，以保守為原則考慮，忽略包氣帶的防污性能，預(yù)測(cè)結(jié)果如下：在泄漏100 d和1 000 d時(shí)，污染物的最大運(yùn)移距離分別為9.6 m和26.1 m，超標(biāo)范圍分別為6.6 m和18.1 m(假設(shè)超標(biāo)限值為10 mg/L)，最大濃度為6 601.67 mg/L和660.17 mg/L；7 300 d后最大濃度為90.43 mg/L，最大運(yùn)移距離為70.5 m。

由于本層地下水不能用于飲用和灌溉，在廠區(qū)采取嚴(yán)格的防滲層、防溢流、防泄漏和防腐蝕等措施的情況下，項(xiàng)目建設(shè)期和運(yùn)營期對(duì)地下水環(huán)境影響較小。

通過本次預(yù)測(cè)沿水流方向和垂直水流方向，氨氮和CODMn均未出場(chǎng)地邊界，但是影響范圍已達(dá)到場(chǎng)地邊界附近，磷酸鹽的最大運(yùn)移距離已未出場(chǎng)地邊界。

綜合以上分析，本項(xiàng)目地下水污染防治措施按照“源頭控制、分區(qū)防治、污染監(jiān)控、應(yīng)急響應(yīng)”相結(jié)合的原則，從污染物的產(chǎn)生、入滲、擴(kuò)散、應(yīng)急響應(yīng)進(jìn)行控制。在采取了嚴(yán)格的地下水環(huán)保措施后，地下水污染范圍較小。本項(xiàng)目對(duì)周圍地下水的影響為可控、可接受的。

[1] HJ 610—2016,環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境[S].

[2] GB/T 14848—93,地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB 15618—1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] DL/T 5213—2005,水電水利工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].

Diffusion impact of the field pollution source in aquifer

Zhao Zhili

(TianjinHuabeiEngineeringSurvey&DesignCo.,Ltd,Tianjin300181,China)

By using analytical method, analyze reveal that the migration of pollutants in unconfined aquifer, discuss project in construction period and operation period under the different conditions of possible environmental impact of groundwater, and put forward practical and feasible environment protection measures and groundwater environmental impact monitoring plans and contingency plans.

sources of pollution, groundwater, phreatic aquifer, migration distance

1009-6825(2017)13-0203-03

2017-02-23

趙智理(1983- )，男，工程師

X523

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