固體廢物處理廠地下水污染預(yù)測及控制模擬

陳方園, 陳顥明, 段曉芳, 許萍萍, 趙言文

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

近些年來，伴隨著人口數(shù)量的持續(xù)增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展幅度加快，導(dǎo)致農(nóng)村和城市固體廢物的排放量不斷增加，且其成份復(fù)雜多樣，對(duì)環(huán)境的危害日益嚴(yán)重。固體廢物在地上堆積或簡單填埋，經(jīng)過一段時(shí)間的雨水浸淋和廢物自身的分解，將會(huì)產(chǎn)生滲濾液，其化學(xué)成分復(fù)雜，對(duì)周邊地區(qū)的地表及地下水系造成污染[1]。由于地下水污染具有隱蔽性和持久性的特點(diǎn)，加之地下水環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性與多變性，一旦被污染，所造成的環(huán)境和生態(tài)破壞，往往在長時(shí)間內(nèi)都難以逆轉(zhuǎn)。因此對(duì)地下水污染的遷移規(guī)律進(jìn)行定量分析，有助于加強(qiáng)固廢處理廠污染物的監(jiān)測和管理。近十余年來，隨著各國學(xué)者對(duì)數(shù)值計(jì)算理論的深入研究，數(shù)值模擬逐漸取代傳統(tǒng)的地下水模擬技術(shù)，成為地下水資源評(píng)價(jià)的主要手段[2]。FEFLOW和GMS以及Visual Modflow等是當(dāng)今流行的專業(yè)地下水?dāng)?shù)值模擬軟件[3]。Visual Modflow由于具備強(qiáng)大的可視化與模擬功能，成為被各國同行一致認(rèn)可的三維地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬評(píng)價(jià)軟件[4]。國內(nèi)外已有不少學(xué)者通過Visual Modflow軟件來研究地下水污染問題。例如國外學(xué)者Rajamanickam等[5]利用Visual Modflow對(duì)印度阿馬拉瓦蒂河流域地下水中TDS的遷移進(jìn)行了模擬分析。馬志飛等[6]以某危險(xiǎn)廢物填埋場為研究對(duì)象，研究了地下水中六價(jià)鉻的遷移過程。馬從安等[7]利用Visual Modflow對(duì)某露天礦地下水的水質(zhì)點(diǎn)示蹤和三維污染羽進(jìn)行了模擬，張韻等[8]對(duì)長壽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地下水中污染物的遷移趨勢(shì)和環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測評(píng)價(jià)。對(duì)于預(yù)測具有污染源的地下水污染趨勢(shì)及污染控制措施等內(nèi)容的研究有待加強(qiáng)，尤其是國內(nèi)一些污染場地，如廢物處理場的污染控制模擬研究仍然處于起步階段，因此急需加強(qiáng)此方面的研究工作。為此，本研究將鎮(zhèn)江新區(qū)大港片區(qū)某固體廢物處理廠作為研究對(duì)象，正常工況下，項(xiàng)目采取嚴(yán)格的防滲措施，一般污水不會(huì)滲漏和進(jìn)入地下污染地下水環(huán)境，本次主要對(duì)事故條件下地下水環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測與評(píng)價(jià)。本項(xiàng)目廢水中的高錳酸鹽指數(shù)CODMn和氨氮百分含量較高，我們假設(shè)CODMn和氨氮是主要污染源，容易造成地下水污染，在對(duì)廠區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場勘察和資料收集的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Visual Modflow軟件對(duì)非正常工況下廢水發(fā)生泄漏后，廢水中的CODMn和氨氮在地下水中的運(yùn)移過程進(jìn)行模擬，并預(yù)測地表硬化污染控制措施對(duì)污染物運(yùn)移產(chǎn)生的影響，以期為同類建設(shè)項(xiàng)目及企業(yè)的地下水污染預(yù)測和防治提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 水文地質(zhì)概況

研究區(qū)位于江蘇省鎮(zhèn)江新區(qū)大港片區(qū)內(nèi)，北濱長江，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫15.4 ℃，多年平均降雨量為1 082.7 mm，降雨量集中在7—9月，年內(nèi)分配不均。研究區(qū)地勢(shì)西高東低，南高北低。地形較平坦，屬丘陵地貌。研究區(qū)地層主要為第四系素填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化白云巖。區(qū)內(nèi)地下水賦存類型主要為第四系松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，其主要補(bǔ)給源為大氣降水垂直補(bǔ)給、側(cè)向滲流補(bǔ)給，主要排泄方式為人工開采、植物蒸騰、地表徑流和蒸發(fā)。潛水是埋藏于地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層上的地下水，通常埋藏較淺但易受污染，本文研究重點(diǎn)為潛水含水層，場地潛水穩(wěn)定地下水位埋深0.40～3.55 m，水位標(biāo)高13.1～16.0 m(1985國家高程基準(zhǔn))。地下水位受季節(jié)性變化明顯，豐水期地下水位上升，枯水期地下水位下降，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，場地豐水期潛水最高水位一般埋深0.5 m，上層滯水年最高水位埋深約1.5 m。該區(qū)段第四系地下水徑流受地形影響明顯，水力坡度較小，大約為0.015%，地下水流動(dòng)緩慢，平均流速為1.08×10-4m/d，地下水大致由西向東流。

1.2 廠區(qū)概況

本固體廢物處理廠位于鎮(zhèn)江市新區(qū)大港片區(qū)內(nèi)，距鎮(zhèn)江市中心約20 km，總占地面積約5.8×104m2。固體廢物周轉(zhuǎn)箱運(yùn)到處理廠后，首先卸到固體廢物暫存庫中，然后進(jìn)入各處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。1.0 m高的墻裙和貯存場地地面均進(jìn)行了防滲處理以及防雨措施，地面排水性能良好，產(chǎn)生的廢水通過暗溝、管道直接排入廠區(qū)污水處理站，經(jīng)檢測合格后排放至新區(qū)污水處理廠污水管網(wǎng)。根據(jù)廠區(qū)平面布置圖，3個(gè)危廢暫存庫布設(shè)于廠區(qū)南側(cè)，污水處理站位于廠區(qū)東側(cè)圍墻邊，靠近東大門。項(xiàng)目周邊均為園區(qū)工業(yè)企業(yè)及荒地，周邊1 km范圍內(nèi)無住戶。園區(qū)內(nèi)沒有與地下水相關(guān)的水源保護(hù)區(qū)和其他資源保護(hù)區(qū)。廠區(qū)地下水化學(xué)類型主要為SO4·Cl-Ca型。根據(jù)地下水水質(zhì)檢測報(bào)告，研究區(qū)地下水水質(zhì)指標(biāo)均能滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-93)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2 模型建立

2.1 水文地質(zhì)概念模型

2.1.1 研究區(qū)含水層結(jié)構(gòu)概化 研究區(qū)存在兩層含水層系統(tǒng)，分別為上層的素填土潛水含水層系統(tǒng)和下部的白云巖承壓含水層系統(tǒng)，兩個(gè)含水層被厚5.8～14.2 m的粉質(zhì)黏土相對(duì)隔水層所隔離。上部潛水對(duì)下部承壓水的補(bǔ)給量相對(duì)較少，因此，在此次模擬中，不考慮因上層潛水含水層垂向滲漏對(duì)下部承壓水的補(bǔ)給造成的損失量，承壓含水層地下水水質(zhì)較好，埋深12～20 m，該層水不易受到污染，因此本文主要考慮第四系松散巖類孔隙潛水。大氣降水入滲補(bǔ)給、側(cè)向滲流補(bǔ)給及潛水蒸發(fā)排泄等垂向水量交換均在該潛水面上進(jìn)行，在潛水含水層底部分布較為連續(xù)且完整的粉質(zhì)黏土，將其概化為潛水含水層隔水底板。受觀測資料的限制及研究區(qū)地下水位多年動(dòng)態(tài)變化相對(duì)穩(wěn)定(多年水位變化1～3 m)，換句話說，地下水系統(tǒng)的輸入和輸出項(xiàng)不隨時(shí)間或空間的變化而改變，因此可將地下水近似看成穩(wěn)定流。研究區(qū)地下水流動(dòng)主要是水平運(yùn)動(dòng)，并輔以垂向運(yùn)動(dòng)，一般來說，在松散巖類孔隙含水層中，地下水流動(dòng)較慢，流速在x，y，z三個(gè)方向上均有分量，可以概化成空間三維流。水文地質(zhì)參數(shù)隨空間的變化而變化，體現(xiàn)了系統(tǒng)的非均質(zhì)性，但方向性并不明顯。因此，可將本次模型區(qū)地下水系統(tǒng)概化為非均質(zhì)、各向同性的三維穩(wěn)定潛水地下水流場。

2.1.2 研究區(qū)邊界條件概化 考慮到模擬范圍不是一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元，研究區(qū)內(nèi)的淺層孔隙含水巖組在水平方向上與區(qū)外含水層水力聯(lián)系較密切，因此模型四周可以處理成通用水頭邊界，利用達(dá)西斷面法確定邊界流量。在垂向上，淺層含水層自由水面作為系統(tǒng)的上邊界，潛水通過該邊界與系統(tǒng)外界進(jìn)行大氣降水入滲補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄等垂向交換。依據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料，淺層含水層大多集中在埋深0.40～3.55 m，其下為粉色黏土層，為相對(duì)隔水層。因此，將下邊界概化為隔水邊界。

2.2 水流模型建立

水流模型的數(shù)學(xué)模型為[9]：

初始條件：h(x,y,z,t)=h0(x,y,z) 〔(x,y,z)∈Ω，t=0〕

邊界條件：h(x,y,z,t)|Γ1=h(x,y,z,t) 〔(x,y,z)∈Γ1，t≥0〕

式中：μs——含水介質(zhì)的貯水率(L/m);h——水位標(biāo)高(m);K——滲透系數(shù)(m/d);t——時(shí)間(d)；W——源匯項(xiàng)(m3/d);h0(x,y,z)——初始水位(m);Ω——模型模擬區(qū)；Γ1——一類邊界；h(x,y,z,t)——一類邊界上的已知水位函數(shù)。

在水文地質(zhì)概念模型建立的基礎(chǔ)上，利用Visual Modflow建立地下水流數(shù)值模型。評(píng)價(jià)區(qū)的范圍為建設(shè)項(xiàng)目所在位置及周邊50～100 m的區(qū)域，面積約3.08×105m2，先將研究區(qū)進(jìn)行剖分，采用20 m×20 m的矩形網(wǎng)格對(duì)整個(gè)區(qū)域模型進(jìn)行剖分，共計(jì)剖分為40行×40列，1 600個(gè)單元格。并對(duì)敏感地區(qū)的模型網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。模型為穩(wěn)定流，以2016年1月1日作為模擬的起始時(shí)間，2026年1月1日為模擬的終止時(shí)間。選取2016年1月監(jiān)測的水位作為初始流場，模型模擬時(shí)間為3 650 d。

水文地質(zhì)參數(shù)在地下水?dāng)?shù)值模擬中相當(dāng)重要，其正確性與合理性將直接影響地下水模型的準(zhǔn)確性及可信度。模型輸入的水文地質(zhì)參數(shù)包括含水層的滲透系數(shù)(K)、給水度(Sy)、有效孔隙度(Eff.Por)、總孔隙度(Tot.Por)等。對(duì)于潛水含水層，模型用給水度確定儲(chǔ)存量。有效孔隙度是水流實(shí)際流過的孔隙，總孔隙度是巖石或土壤的空隙百分比[10]。由于項(xiàng)目區(qū)域鉆孔揭露的巖層分布較連續(xù)穩(wěn)定，同時(shí)參照項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)圖，項(xiàng)目區(qū)屬同一含水層類型，因此本次模擬未對(duì)模擬區(qū)含水層滲透系數(shù)進(jìn)行分區(qū)，參照本項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察報(bào)告成果，1∶175萬區(qū)域水文地質(zhì)圖及地下水導(dǎo)則中的經(jīng)驗(yàn)值，含水層滲透系數(shù)取初始值為3.00×10-4m/d。根據(jù)廠區(qū)巖土工程勘察報(bào)告提供的孔隙比數(shù)據(jù)，初步估算得出該區(qū)域的土壤總孔隙度為0.4，相關(guān)參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)值并通過模型調(diào)試最終確定。

2.3 溶質(zhì)運(yùn)移模型

描述污染物在地下水中的遷移，前提是不考慮其在含水層中的交換、吸附以及生物化學(xué)反應(yīng)等作用，同時(shí)模擬過程中不考慮溫度與水密度變化對(duì)水動(dòng)力場和濃度場的影響。溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型為[9]：

初始條件：C(x,y,z,t)=C0(x,y,z) 〔(x,y,z)∈Ω1，t=0〕

定解條件：C(x,y,z,t)|Γ1=C(x,y,z,t) 〔(x,y,z)∈Γ1，t≥0〕

本次溶質(zhì)運(yùn)移模型中介質(zhì)彌散度的確定結(jié)合了李國敏等[11]提出的“空隙介質(zhì)水動(dòng)力彌散尺度效應(yīng)的分形特征及彌散度初步估計(jì)”的方法進(jìn)行估算，同時(shí)根據(jù)鎮(zhèn)江以往的彌散試驗(yàn)進(jìn)行修訂。另外，依據(jù)美國環(huán)保署(EPA)提出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：橫/縱向彌散度比一般為0.1[12]。因此最終確定的溶質(zhì)運(yùn)移模型參數(shù)為：縱向彌散度為10 m；橫向彌散度為1.0 m。

對(duì)污染物在地下水中的遷移的預(yù)測，可利用前面已經(jīng)建立的地下水流模型的含水層參數(shù)特征和源匯項(xiàng)條件來進(jìn)行模擬，溶質(zhì)運(yùn)移模擬的范圍和邊界位置與水流模型一致，按已知濃度邊界來處理邊界性質(zhì)，以廠區(qū)污水監(jiān)測濃度均值輸入污染物濃度值。污水中污染物監(jiān)測結(jié)果表明，CODMn和氨氮為該固體廢物處理廠污水中主要污染物，含量較大，所以本次模擬選取CODMn和氨氮進(jìn)行模型的識(shí)別和計(jì)算。

2.4 模型識(shí)別與檢驗(yàn)

為了使建立的模型能夠更貼切地反映模擬區(qū)的水流狀態(tài)和水文地質(zhì)條件，達(dá)到仿真的實(shí)際效果，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測的水位動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行識(shí)別和調(diào)試。本文采用試估—校正法，它屬于反求參數(shù)的間接方法之一，通過不斷試運(yùn)行數(shù)值模型，得到水文地質(zhì)模型在給定初始水文地質(zhì)參數(shù)和各均衡項(xiàng)條件下的地下水位時(shí)空分布，通過擬合同時(shí)期的實(shí)際流場和監(jiān)測井的水位過程線，不斷調(diào)整水文地質(zhì)參數(shù)、邊界值和其它均衡項(xiàng)，使建立的模型更加符合實(shí)際水文地質(zhì)條件。首先輸入水流模型的各項(xiàng)參數(shù)，建立水流模型，在此基礎(chǔ)上輸入溶質(zhì)運(yùn)移模型的各項(xiàng)參數(shù)，運(yùn)行并校正。水流模型選擇WHS解法，此解法收斂更快、解更穩(wěn)定[13]。溶質(zhì)運(yùn)移模型中對(duì)流項(xiàng)選擇隱式GCG解法，并選擇MT3DMS模型運(yùn)行[14-16]。模型校正采用實(shí)際監(jiān)測數(shù)值，將源匯項(xiàng)全部處理成補(bǔ)給或排泄強(qiáng)度。

選擇2016年1月到2016年12月的地下水統(tǒng)測資料為模型的識(shí)別階段。模型識(shí)別最終確定各參數(shù)的取值如表1所示。以廠區(qū)監(jiān)測井為例，識(shí)別結(jié)果如圖1所示；選取2017年1月到2017年6月的地下水統(tǒng)測資料作為模型的檢驗(yàn)階段，進(jìn)一步驗(yàn)證所建立的數(shù)學(xué)模型和模型參數(shù)的可靠性。從圖1中的觀測水位與計(jì)算水位的對(duì)比曲線可以看出，水位擬合誤差小于1 m。模型識(shí)別和驗(yàn)證結(jié)果證明所建立的數(shù)值模型是合理的。

表1 模型校準(zhǔn)后的水文地質(zhì)參數(shù)

圖1 廠區(qū)監(jiān)測井觀測水位與計(jì)算水位對(duì)比曲線

3 污染物模擬預(yù)測及控制措施

3.1 預(yù)測情景及污染物源強(qiáng)

正常工況下，本項(xiàng)目采取嚴(yán)格的防滲措施，污染物不會(huì)下滲污染地下水。本次模擬考慮非正常工況下，污水處理站防滲破損失效從而導(dǎo)致污染物持續(xù)污染地下水的情況(見表2)。污水泄漏后進(jìn)入地下，首先在包氣帶中垂直向下遷移，并進(jìn)入到含水層中。污染物進(jìn)入地下水后，以對(duì)流作用和彌散作用為主。本次模擬選取特征污染物CODMn和氨氮作為模擬預(yù)測因子，根據(jù)廠區(qū)污水中污染物監(jiān)測結(jié)果，濃度值分別約200，20 mg/L。這兩種污染物均是非保守型污染物，其在地下水中的運(yùn)移規(guī)律非常復(fù)雜，除參與地下水的對(duì)流、彌散外，還存在各種化學(xué)和微生物降解等作用。根據(jù)這兩種污染物的理化特征，出于保守性考慮，本文在模擬氨氮擴(kuò)散時(shí)，不考慮吸附作用、化學(xué)反應(yīng)等因素，重點(diǎn)考慮對(duì)流、彌散作用；在模擬CODMn污染因子時(shí)，考慮其降解的過程并參考經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定CODMn的降解系數(shù)為0.01。假設(shè)污染源為點(diǎn)源連續(xù)注入，即污染物不斷進(jìn)入到含水層。

表2 廠區(qū)內(nèi)非正常工況下污染物源強(qiáng)統(tǒng)計(jì)

注：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)中表1Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 模擬預(yù)測結(jié)果

利用所建立的模型對(duì)廠區(qū)非正常工況下滲漏污水中特征污染物CODMn和氨氮在潛水含水層中的濃度時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測，本次模型以2016年1月作為模擬計(jì)算的時(shí)間起點(diǎn)，對(duì)未來20 a的情況進(jìn)行了預(yù)測。CODMn和氨氮看作恒定點(diǎn)源，濃度值分別為200，20 mg/L，將該值作為污染源的初始濃度連續(xù)地滲入潛水含水層。參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-93)》,CODMn和氨氮Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)為分別為3.0，0.2 mg/L。以此作為模擬濃度限值，確定CODMn和氨氮的超標(biāo)范圍，通過數(shù)值模擬，得出CODMn和氨氮泄露后運(yùn)移100，1 000，3 650，7 300 d的影響范圍、超標(biāo)范圍和最大運(yùn)移距離如表3和圖2—3所示。

注：橫縱坐標(biāo)為運(yùn)移距離，其中橫坐標(biāo)的單位刻度為100 m，縱坐標(biāo)的單位刻度為80 m，里層深色框線范圍為廠區(qū)范圍，中間深色框線范圍為本次評(píng)價(jià)范圍。下同。

圖2100d，1000d，3650d，7300d的潛水含水層CODMn污染物運(yùn)移趨勢(shì)

在非正常工況下，如圖2—3所示，由于溶質(zhì)運(yùn)移的彌散性，污染物在地下水含水層中向各個(gè)方向均有運(yùn)移，污染物污染羽狀體呈狹長形沿著地下水水流方向向下游擴(kuò)散，并隨時(shí)間不斷地延伸。也就是說，水力梯度最大的地方，污染物的運(yùn)移速度最快，水力梯度較小的地方污染物的運(yùn)移速度較慢。這主要是由于地下水是污染物運(yùn)移的載體，水力梯度的影響比彌散作用對(duì)污染物運(yùn)移的影響要大。污染羽狀體稍向北偏，這可能是由于研究區(qū)地勢(shì)南高北低。泄漏點(diǎn)處地下水中污染物的濃度最高，隨著污染物向四周擴(kuò)散，即隨著遷移距離的增加，濃度逐漸降低，其中沿水力梯度最大的方向，污染物濃度降低的最慢。污染物遷移速率相對(duì)較慢(如表3所示)，以污染物CODMn為例，滲漏發(fā)生100 d時(shí)，CODMn最大運(yùn)移距離為50 m，而在模擬滲漏20 a時(shí)，CODMn最大運(yùn)移距離僅擴(kuò)大到249 m。

表3 污染物運(yùn)移影響統(tǒng)計(jì)

圖3 100 d，1 000 d，3 650 d，7 300 d的潛水含水層氨氮污染物運(yùn)移趨勢(shì)

從預(yù)測結(jié)果可以看出，100 d時(shí)CODMn污染影響范圍為3 253 m2，超標(biāo)范圍943 m2，最大運(yùn)移距離為50 m；1 000 d時(shí)CODMn污染影響范圍為8 330 m2，超標(biāo)范圍3 878 m2，最大運(yùn)移距離為139 m；3 650 d時(shí)CODMn污染影響范圍為17 308 m2，超標(biāo)范圍7 881 m2，最大運(yùn)移距離為187 m；7 300 d時(shí)CODMn污染影響范圍為24 627 m2，超標(biāo)范圍11 130 m2，最大運(yùn)移距離為249 m；100 d時(shí)氨氮污染影響范圍為632 m2，超標(biāo)范圍64 m2，最大運(yùn)移距離為33 m；1 000 d時(shí)氨氮污染影響范圍為4 133 m2，超標(biāo)范圍2 174 m2，最大運(yùn)移距離為110 m；3 650 d時(shí)氨氮污染影響范圍為6 523 m2，超標(biāo)范圍3 317 m2，最大運(yùn)移距離為150 m；7 300 d時(shí)氨氮污染影響范圍為10 251 m2，超標(biāo)范圍5 602 m2，最大運(yùn)移距離為204 m?？梢钥闯霾煌廴疚镌诘叵滤畬又械娜苜|(zhì)運(yùn)移范圍和遷移距離不同。在本次模擬試驗(yàn)中，CODMn的溶質(zhì)運(yùn)移范圍比氨氮的運(yùn)移范圍要大。這主要是由于廠區(qū)污水中不同污染物成分的含量不同造成的，雖然此次模擬考慮了CODMn在地下水中的降解，但由于廠區(qū)污水中的CODMn濃度比氨氮大得多，因此CODMn的溶質(zhì)運(yùn)移范圍比氨氮的運(yùn)移范圍要大。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，本次模擬條件下污染物20 a的污染影響范圍內(nèi)均是園區(qū)工業(yè)企業(yè)及荒地，并無居民區(qū)及環(huán)境敏感點(diǎn)，但是滲漏污水中污染物濃度較高，盡管污染物滲漏進(jìn)入地下水中后被不斷稀釋，遷移，但至模擬時(shí)間結(jié)束時(shí)其濃度仍然超標(biāo)，且污染影響范圍一直擴(kuò)大，當(dāng)時(shí)間到達(dá)模擬期結(jié)束即20 a時(shí)，污染物的超標(biāo)濃度和范圍達(dá)到最大。因此，廠區(qū)非正常工況下污水滲漏對(duì)研究區(qū)地下水環(huán)境總體影響較大，需要做好防滲措施，并對(duì)排污管道及污水處理設(shè)備加強(qiáng)日常監(jiān)管，定期檢查，一旦發(fā)生事故要及時(shí)采取應(yīng)急措施。

3.3 污染控制措施

針對(duì)污染源的控制是對(duì)固體廢物處理廠周邊地下水污染控制的有效方法，源的控制主要有源項(xiàng)控制和切斷污染途徑兩種方法，其中源項(xiàng)控制包括兩種方式，源項(xiàng)消減和源項(xiàng)去除[17]。切斷污染途徑可選用排水溝和防滲墻等控制措施，阻礙污染物污染下游地下水。由于固體廢物處理廠已經(jīng)運(yùn)行，且在污水處理站已采取嚴(yán)格的防滲措施，同時(shí)考慮在現(xiàn)階段實(shí)際工程中防滲墻和排水溝已運(yùn)用較多，且都具有一定的局限性，因此，本次選擇源項(xiàng)消減措施，即地表硬化進(jìn)行污染控制模擬。地表硬化在地面形成硬化層，能夠有效減少地下水系統(tǒng)降雨補(bǔ)給量，同時(shí)通過包氣帶進(jìn)入地下水系統(tǒng)中的污染物也相應(yīng)減少。由于地面形成了硬化層，使得地表徑流系數(shù)有所提高，一般在0.9左右[18]，也就是90%的降雨量將會(huì)形成地表徑流，使廢水對(duì)地下水的補(bǔ)給濃度大大減小。以CODMn為例，對(duì)廠區(qū)以及周邊區(qū)域地表硬化后的地下水中污染物運(yùn)移過程進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，固體廢物處理廠進(jìn)行地表硬化處理后，地下水中CODMn滲漏發(fā)生20 a后運(yùn)移趨勢(shì)與未進(jìn)行地表硬化的如圖2進(jìn)行對(duì)比，可以明顯看到，硬化前后污染物遷移速率發(fā)生了很大的變化。未進(jìn)行地表硬化的固體廢物處理廠地下水中CODMn在發(fā)生泄漏20 a后其污染羽超出本次評(píng)價(jià)范圍，而進(jìn)行地表硬化處理的固體廢物處理廠地下水中CODMn在發(fā)生泄露20 a后其污染羽尚未到達(dá)本次評(píng)價(jià)范圍邊界。并且，進(jìn)行地表硬化處理后，固體廢物處理廠地下水中CODMn濃度明顯低于未進(jìn)行地表硬化的。地表硬化后，能有效的形成硬化層，減少地下水系統(tǒng)降雨補(bǔ)給量，從而大大減少了廢水對(duì)地下水的補(bǔ)給濃度，使得污染源的擴(kuò)散走勢(shì)變緩。因此，進(jìn)行地表硬化對(duì)控制地下水中污染物遷移具有一定的作用。

圖4 地表硬化后CODMn的運(yùn)移變化趨勢(shì)(20 a)

4 結(jié) 論

本研究結(jié)合研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，運(yùn)用Visual Modflow模擬軟件預(yù)測研究區(qū)地下水環(huán)境污染狀況，以及預(yù)測地表硬化污染控制措施對(duì)污染物運(yùn)移產(chǎn)生的影響，地下水中污染物運(yùn)移預(yù)測結(jié)果與李丹等利用Visual Modflow軟件得到的廣州市某垃圾填埋場地下水污染遷移規(guī)律研究結(jié)果類似，且本文分析比較了CODMn和氨氮兩種特征污染物在地下水中的運(yùn)移情況，結(jié)果表明不同污染物在地下水含水層中的溶質(zhì)運(yùn)移范圍和遷移距離不同；采用地表硬化污染控制措施對(duì)污染物運(yùn)移影響預(yù)測結(jié)果與馬志飛等對(duì)某危險(xiǎn)廢物填埋場地下水污染預(yù)測及控制模擬結(jié)果類似。本研究可為同類型建設(shè)項(xiàng)目及企業(yè)的地下水污染預(yù)測和防治以及日常監(jiān)管提供依據(jù)。主要結(jié)論包括：

(1) 由于溶質(zhì)運(yùn)移的彌散性，污染物在地下水含水層中向各個(gè)方向均有運(yùn)移，地下水是污染物運(yùn)移的載體，水力梯度的影響比彌散作用對(duì)污染物運(yùn)移的影響要大，因此污染物污染羽狀體呈狹長形沿著地下水水流方向向下游擴(kuò)散，并隨時(shí)間不斷地延伸；污染物遷移速率相對(duì)較慢，隨時(shí)間推移，一定范圍內(nèi)污染物的濃度逐漸升高，污染面積逐漸增加，當(dāng)達(dá)到預(yù)測時(shí)間20 a時(shí)，污染物的影響范圍和遷移距離達(dá)到最大，由于水流稀釋，其濃度卻隨著運(yùn)移距離的增加而減小。

(2) 不同污染物在地下水含水層中的溶質(zhì)運(yùn)移范圍和遷移距離不同。在本次模擬試驗(yàn)中，CODMn的溶質(zhì)運(yùn)移范圍比氨氮的運(yùn)移范圍要大。這主要是由于廠區(qū)污水中不同污染物成分的含量不同造成的，雖然此次模擬考慮了CODMn在地下水中的降解，但由于廠區(qū)污水中的CODMn濃度比氨氮大得多，因此CODMn的溶質(zhì)運(yùn)移范圍比氨氮的運(yùn)移范圍要大。

(3) 污染影響范圍相對(duì)較小，且影響范圍內(nèi)無居民區(qū)及環(huán)境敏感點(diǎn)，但研究區(qū)污染源源強(qiáng)補(bǔ)給較大，污染物初始濃度較高，一旦發(fā)生污染物滲漏進(jìn)入地下水將會(huì)嚴(yán)重影響地下水水質(zhì)，導(dǎo)致地下水污染。

(4) 地表硬化污染控制措施通過降低降雨入滲系數(shù)，能在一定程度上控制地下水中污染物擴(kuò)散范圍及污染濃度，因此在建設(shè)固體廢物處理廠過程中，在注重防滲措施的同時(shí)，需加強(qiáng)場地及周邊地表硬化程度。