基于Modflow的廢機(jī)油在地下水中遷移過(guò)程研究

文梅燕

(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (成都理工大學(xué)) 四川 成都 610059)

基于Modflow的廢機(jī)油在地下水中遷移過(guò)程研究

文梅燕

(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (成都理工大學(xué)) 四川 成都 610059)

為了預(yù)測(cè)廢機(jī)油對(duì)淺層地下水污染的危害程度，以蒲江縣某廢機(jī)油處置廠為研究對(duì)象，通過(guò)Modflow和MT3D模擬分析石油類污染物泄漏后在地下水中的運(yùn)移情況。結(jié)果表明 (1)污染物初期在潛水含水層中會(huì)向擬建廠址下游方向擴(kuò)散;(2)石油污染物超標(biāo)和影響范圍最遠(yuǎn)遷移至下游距擬建廠區(qū)約930m處。該研究為該區(qū)域地下水的水質(zhì)提供了保障，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

廢機(jī)油;數(shù)值模擬;地下水污染

一、引言

當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市汽車保有量不斷增加，使得汽車用廢機(jī)油的處置問(wèn)題日益突出［1］。在國(guó)內(nèi)外廢機(jī)油主要是通過(guò)預(yù)處理及酸、堿洗滌等步驟去除渣質(zhì)回收利用［2］。但是在回收過(guò)程中可能存在機(jī)油滲漏、設(shè)備損壞等非正常狀況，試廢機(jī)油泄漏后污染地下水環(huán)境［3］。本文以壽安某廢機(jī)油處置項(xiàng)目為研究對(duì)象，在野外場(chǎng)地地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)基礎(chǔ)上，建立研究區(qū)水文地質(zhì)概念模型，利用Modflow和MT3D來(lái)模擬石油類污染物在地下水中的移流、擴(kuò)散和濃度的變化［4］，從而為廢機(jī)油處置項(xiàng)目對(duì)地下水的污染提供定量依據(jù)。

二、研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省蒲江縣壽安鎮(zhèn)壽安工業(yè)園園區(qū)。本項(xiàng)目場(chǎng)地范圍內(nèi)第四系全新統(tǒng)河流堆積砂、礫石層，普遍含水豐富，松散巖類孔隙水廣泛分布于場(chǎng)地地區(qū)。地下水主要接受大氣降水、上游地下水補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)多年平均降雨量1097.7－1805.4mm之間，是地下水的可靠補(bǔ)給來(lái)源。

三、數(shù)值模型的建立

(一)廠區(qū)的水文地質(zhì)概念模型

本次模擬預(yù)測(cè)范圍包括擬建項(xiàng)目場(chǎng)地及周邊區(qū)域，包括了保護(hù)目標(biāo)和環(huán)境影響的敏感區(qū)域，東南邊界為弱流量邊界，東北和西南給定水頭邊界，模擬預(yù)測(cè)范圍約4km2。

(二)污染因子的選擇

本次評(píng)價(jià)選用石油類作為預(yù)測(cè)因子。由于污染物遷移的復(fù)雜性，本次模擬計(jì)算僅研究等溫狀態(tài)的滲流情況。

(三)模擬區(qū)初始條件、網(wǎng)格劃分的確定

模擬區(qū)域水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，地下水系統(tǒng)含水層與隔水層清楚，為了提高模擬精度，將巖性空間分布略有差異的淺層松散巖類孔隙含水層細(xì)分為兩層，總共分為3層。

第1層厚0－20m，模型中概化為表層砂卵礫石層，水量豐富，主要出露在項(xiàng)目場(chǎng)地及其北西方向，呈南西－北東展布;第2層厚0－45m，模型中概化為砂質(zhì)粉砂質(zhì)砂土層，水量豐富，主要出露在項(xiàng)目場(chǎng)地及其北西方向，呈南西－北東展布，位于第一層砂卵礫石層之下;第3層厚約50m，巖性為泥巖夾砂、礫巖以泥質(zhì)巖類沉積為主，為相對(duì)隔水層。

Modflow模型將擬建廠區(qū)南西角方向作為X軸，長(zhǎng)度3941m，以南北方向?yàn)閅軸，寬4369m，垂直于XY平面為模型Z軸方向，地形垂向最大高程632m，最小469m，相對(duì)高差163m。根據(jù)地層富水性，每層將平面剖分為50行、50列，在項(xiàng)目廠區(qū)局部加密剖分網(wǎng)格。

(四)模型中水文地質(zhì)參數(shù)的選取

①滲透系數(shù)。綜合水文地質(zhì)資料及試驗(yàn)，含水介質(zhì)水平向與垂向差異取得滲透系，取值見(jiàn)表1。

表1 滲透系數(shù)取值

②彌散系數(shù)。彌散度是含水層中介質(zhì)彌散特征的重要參數(shù)，橫向與縱向彌散度比率為10，垂向與縱向彌散度比率為10。

③初始濃度。污染物在此模型中考慮為儲(chǔ)存罐的泄漏，特征污染物為石油類，濃度90mg/L，設(shè)計(jì)泄漏時(shí)間2小時(shí)，泄漏速率1.58Kg/s。

四、模型模擬與檢驗(yàn)

擬建廠區(qū)物理模型建立后，首先對(duì)初始滲流場(chǎng)進(jìn)行擬合，對(duì)初始滲流場(chǎng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行校正。對(duì)模型進(jìn)行穩(wěn)定流計(jì)算，計(jì)算時(shí)間為1000天。擬建廠區(qū)天然滲流場(chǎng)。

模擬地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給外，由于受到地形及地下水流向控制，區(qū)內(nèi)地下水分主要向蒲江河排泄，同時(shí)利用實(shí)際調(diào)查中調(diào)查的水井設(shè)置為觀測(cè)井。模型計(jì)算值所得水位與實(shí)際水位觀測(cè)均值相對(duì)比，可得觀測(cè)孔模擬水位與實(shí)際水位相差均小于0.5m。因此，模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值基本相符，可以用于預(yù)測(cè)因子遷移運(yùn)算。

五、非正常工況下石油類污染物的遷移模擬

根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)石油類污染物在淺層含水層中的濃度和遷移距離進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。模擬時(shí)間分別為儲(chǔ)存罐破損后的100d，1000d，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故的工況下可能對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，模擬結(jié)果如圖1。

圖1 圖a、b分別為100d和1000d石油污染暈運(yùn)移分布圖

根據(jù)對(duì)石油類污染物運(yùn)移模擬可得以下規(guī)律:(1)隨著時(shí)間的推移，污染物的羽狀形態(tài)明顯，其范圍不斷增大最終趨于穩(wěn)定;(2)在污染暈圖中，污染方向與地下水流方向一致，污染物的發(fā)展方向?yàn)槠呀臃较颉?/p>

六、結(jié)果與討論

利用建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)蒲江縣某廢機(jī)油處置項(xiàng)目產(chǎn)生的石油類泄漏污染物對(duì)含水層的污染情況進(jìn)行了數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，在非正常工況下發(fā)生滲漏后，污染物污染暈初期在潛水含水層中會(huì)向擬建廠址下游方向擴(kuò)散。其中石油污染物超標(biāo)和影響范圍最遠(yuǎn)遷移至下游距擬建廠區(qū)約930m處。故建議該項(xiàng)目在廠址建設(shè)期間必須做好嚴(yán)格的防滲工程，以保證擬建項(xiàng)目在正常工況及非正常工況時(shí)不會(huì)對(duì)擬建項(xiàng)目的周邊環(huán)境保護(hù)目標(biāo)造成影響。

［1］陳英華.淺析廢機(jī)油處置監(jiān)管現(xiàn)狀及管理對(duì)策［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2013，33(06):71－72.

［2］樊澤霞，王兆興，鄧志宇，徐文康，張超.用廢機(jī)油制備鉆井液用極壓潤(rùn)滑劑DRH－1的研究［J］.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，29(02):15－18.

［3］萬(wàn)小崗，劉艷，陳曉謀，張灝.放射性廢機(jī)油乳化技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程，2015，33(S1):577－580+585.

［4］田杰，金鑫，賀纏生.基于MODFLOW的山區(qū)地下水徑流數(shù)值模擬［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2014，50(03):324－332+337.

文梅燕 (1992－)，男，漢族，四川江安，研究生，成都理工大學(xué)，地下水污染與防治。