基于保護(hù)水環(huán)境的場地地下水風(fēng)險評估模擬應(yīng)用研究①

劉朋超，武文培，冉睿予，韓 璐，趙迎新，陳夢舫*，顧明月，李 婧

基于保護(hù)水環(huán)境的場地地下水風(fēng)險評估模擬應(yīng)用研究①

劉朋超1,2，武文培2，冉睿予2，韓 璐2，趙迎新1，陳夢舫2*，顧明月3，李 婧2

(1 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350；2 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京 210008；3 南京凱業(yè)環(huán)境科技有限公司，南京 210008)

以江蘇省某溶劑化工場地為例，利用英國污染地塊水文地質(zhì)風(fēng)險評估模型研究了該場地地下水污染物對場地內(nèi)及周邊水環(huán)境的影響。比較了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)地下水溶質(zhì)遷移模型(Ogata Banks、Domenico、Time variant Domenico)對污染物在自然衰減條件下從污染源向場地邊界遷移過程模擬。結(jié)果表明：該場地的地下水中苯、乙苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、氯仿超過了地下水質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但場地內(nèi)污染物對場地邊界地下水的潛在環(huán)境風(fēng)險基本可以忽略。Ogata Banks與Domenico模型對于污染物在含水層的自然衰減下的遷移模擬表明污染物在30 m內(nèi)的遷移過程中濃度下降較快，在30 m外的遷移過程中污染物的濃度較低且衰減不明顯。Domenico模型計算較為簡潔，在風(fēng)險評估中具有較強(qiáng)的適用性；敏感性分析表明合規(guī)點(diǎn)至污染源距離、含水層容重、含水層孔隙度、有機(jī)碳含量oc、有機(jī)碳分配系數(shù)oc、水力傳導(dǎo)系數(shù)、水力梯度均影響污染物在含水層的自然衰減遷移過程，通過精細(xì)化水文地質(zhì)調(diào)查獲取上述參數(shù)將有助于提高風(fēng)險評估結(jié)果的精確度。

遷移模擬；合規(guī)點(diǎn)；Ogata Banks模型；Domenico模型；敏感性分析

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程“退二進(jìn)三”和“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移”政策落實(shí)步伐的加快，重污染行業(yè)大批關(guān)閉和搬遷，導(dǎo)致城市及其周邊遺留大量污染地塊。化工、農(nóng)藥廠是長三角地區(qū)一類典型的有機(jī)污染場地，具有數(shù)量多、污染程度高、污染類型復(fù)雜等特點(diǎn)。據(jù)文獻(xiàn)報道，我國由工業(yè)企業(yè)搬遷而廢棄遺留下來的“棕地”超過50多萬塊[1]，其中包括大量的化工行業(yè)污染場地，進(jìn)而導(dǎo)致大量化工污染物進(jìn)入土壤和地下水，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和人居健康造成嚴(yán)重威脅[2]。氯代有機(jī)污染物是此類場地地下水中一類代表性污染物，其易向下遷移并在含水層底部形成重質(zhì)非水相液體(dense non-aqueous phase liquid，DNAPL)，例如氯苯類有機(jī)物能夠在低滲透性的黏土介質(zhì)中向下遷移到較深地層[3]，導(dǎo)致地下水持續(xù)污染，對地下水環(huán)境產(chǎn)生潛在風(fēng)險。因此，亟需開展我國場地地下水有機(jī)污染風(fēng)險管控研究。

目前我國已經(jīng)開展了一些基于保護(hù)人體健康的地下水風(fēng)險評估研究[4-7]，但是對保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量的重視不足。地下水污染具有隱蔽性、累積性和流動性特點(diǎn)[8]，長期存在必然對場地周邊地下水環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此應(yīng)針對保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量開展地下水風(fēng)險評估研究。地下水?dāng)?shù)值模型是一種預(yù)測地下水污染物溶質(zhì)遷移的常見模型，國外利用對流彌散模型預(yù)測含水層污染物遷移的相關(guān)研究較多[9]，也有研究者在此基礎(chǔ)上考慮吸附及生物降解等自然衰減過程[10-11]。國內(nèi)對于污染物遷移模型的研究開展相對較晚[12]，目前有研究者考慮污染物在含水層的吸附及生物降解對遷移模型進(jìn)行了改進(jìn)[13-14]，但該模型對場地的特征參數(shù)和數(shù)據(jù)信息要求往往較高[15-16]。國內(nèi)外關(guān)于污染物在含水層中的遷移研究多集中于數(shù)值模型，關(guān)于解析模型的報道較少。英國水文地質(zhì)風(fēng)險評估(Hydrogeological Risk Assessment for Land Contamination)模型(簡稱P20模型)是一種求解污染物在含水層遷移過程濃度變化的解析模型，開發(fā)于1996年，發(fā)展較為成熟，特別對于小尺度范圍污染場地的風(fēng)險評估具有較強(qiáng)適用性，是定量評估地下水環(huán)境風(fēng)險的重要工具[17]。此外，美國RBCA模型(Risk-based Correction Action Tool Kit)對地下水溶質(zhì)遷移風(fēng)險的模擬同樣借鑒了英國的P20模型[18]。本研究以江蘇省某溶劑化工場地為例，利用P20模型模擬地下水有機(jī)污染物的遷移趨勢，以期為保護(hù)場地周邊水環(huán)境質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究場地為江蘇某溶劑化工廠，占地面積約85 476 m3。如圖1所示，該廠區(qū)主要包括6個區(qū)域：制造車間、填料車間、辦公樓、污水處理廠、殺蟲劑生產(chǎn)車間、原料產(chǎn)品儲存區(qū)。生產(chǎn)成品涉及的工藝原輔料包括苯、乙苯、氯苯、氯仿等，通過罐裝密封儲存在原料和產(chǎn)品儲存區(qū)；而制造車間、填料車間及殺蟲劑生產(chǎn)車間是農(nóng)藥生產(chǎn)活動的主要區(qū)域，主要生產(chǎn)包括甲胺磷類農(nóng)藥、氯堿、醚醛等化工產(chǎn)品?，F(xiàn)場踏勘過程中，制造車間、生產(chǎn)車間及原料產(chǎn)品儲存區(qū)內(nèi)均聞到刺鼻的氣味。在產(chǎn)品長期生產(chǎn)及儲存過程中，原料及產(chǎn)品存在跑冒滴漏現(xiàn)象，可能造成場地地下水污染。場地的西南方向緊鄰村莊，東北方向有一條河流。目前該場區(qū)周圍無其他企業(yè)，主要人群分布在場地西南方的村莊內(nèi)。

圖1 場地歷史布局和地下水監(jiān)測井及流場圖

場地的水文地質(zhì)概念模型如圖2所示，場地內(nèi)地層結(jié)構(gòu)自上而下分別為：回填土約1.5 m、黏土約7.5 m、粉質(zhì)黏土約4.5 m、粉土約3.5 m。黏土層屬于不透水層，粉質(zhì)黏土層屬微透水層，粉土層屬弱透水層。場地內(nèi)回填土與黏土層中存在孔隙潛水，但水量較少，水體不連續(xù)。

圖2 場地概念模型

研究區(qū)內(nèi)的地下水主要賦存于地表以下9 ～ 15 m的粉質(zhì)黏土層和粉土層中，水位波動較小且水量相對充沛，抽水試驗(yàn)測得最大涌水量達(dá)到25.1m3/d。場地東側(cè)粉黏土層和粉土層進(jìn)行抽水試驗(yàn)得出滲透系數(shù)為8.48×10–4～ 1.00×10–3cm/s，導(dǎo)水系數(shù)2.638 ～ 3.11m2/d。為確定地下水流向，用插值法作出等水位線如圖1所示，大致判斷場區(qū)地下水整體流向?yàn)樽晕髂舷驏|北方向。場地周邊地表水的水位未知，地下水與場區(qū)周圍地表水的水力聯(lián)系不明，無法確定補(bǔ)給關(guān)系。

1.2 樣品采集與分析

場區(qū)的建筑及設(shè)備已拆除，而地下的管道及構(gòu)筑物具體布局不明。地下水監(jiān)測井位置如圖1所示，研究區(qū)內(nèi)設(shè)置了16口地下水監(jiān)測井，采樣過程設(shè)置濾管的位置為地表下9 ～ 15 m，地下水取樣深度為地表以下13 ～ 15 m(粉土層)，每次連續(xù)取2個平行樣品。采集的地下水樣品于4 ℃低溫保存并于24 h內(nèi)送往實(shí)驗(yàn)室檢測，檢測項(xiàng)目以揮發(fā)性有機(jī)物為主，分析方法參考GB/T 14848—2017[19]《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》檢測方法。污染物的檢出濃度均為0.5 μg/L，實(shí)驗(yàn)室測樣前進(jìn)行了空白樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，污染物中苯系物和氯代有機(jī)物的加標(biāo)回收率分別控制在85% ～ 95%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于15%。地下水中檢出污染物主要包括苯、1,2-二氯苯、乙苯、氯苯、1,4-二氯苯、氯仿。

1.3 模擬分析方法

1.3.1 暴露概念模型 暴露概念模型表示場地污染源–暴露途徑–受體之間的關(guān)系[20]。如圖1所示場地的污染源很可能位于制造車間、污水處理廠、原料與產(chǎn)品儲存區(qū)。如圖2概念模型所示，污染物入滲進(jìn)入地下水后，可能會隨著水流方向遷移到場地附近的水體中，進(jìn)而對水環(huán)境產(chǎn)生風(fēng)險。但目前場地邊界地下水與場地外地表水的水力聯(lián)系不明，因此基于保守原則，將場地邊界地下水作為保護(hù)受體，沿地下水流方向，距離場地邊界水環(huán)境最近的位置作為合規(guī)點(diǎn)。

1.3.2 風(fēng)險評估模型 P20模型建立了多層次土壤及地下水修復(fù)目標(biāo)值，適用于外部污染活動已經(jīng)停止的污染土壤及地下水，即假設(shè)污染源為恒定源，且污染物濃度不隨時間變化，不適用于無限污染源和污染物在源頭處隨時間發(fā)生變化的情景[21]。根據(jù)污染源至受體的途徑，模型分為4個層次，依據(jù)污染物的遷移途徑，各層次的決定因子及對應(yīng)的修復(fù)目標(biāo)值不同(表1)。土壤評估從第一層次考慮污染物的土壤–水相分配過程來推導(dǎo)修復(fù)目標(biāo)；第二層次土壤修復(fù)目標(biāo)值則考慮污染物在包氣帶土壤的淋溶過程，地下水修復(fù)目標(biāo)值直接等于水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；第三層次考慮污染物進(jìn)入飽和帶隨地下水側(cè)向遷移過程來推導(dǎo)修復(fù)目標(biāo)；第四層次進(jìn)一步考慮在受保護(hù)的水環(huán)境內(nèi)稀釋過程來推導(dǎo)修復(fù)目標(biāo)。地下水風(fēng)險評估因不涉及土壤，以保護(hù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，從第二層次開始評估，修復(fù)目標(biāo)值隨評估層次的增加而逐漸升高。該模型的優(yōu)勢在于可以將修復(fù)集中于風(fēng)險最嚴(yán)重的區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的平衡。地下水評估模型假設(shè)條件為：①土壤不存在污染，即污染物已經(jīng)繞過土壤區(qū)域或污染土壤已被清除；②地下水污染物在污染源和受體之間的遷移過程主要包括稀釋、吸附、降解和彌散。

1)第二層地下水修復(fù)目標(biāo)值推導(dǎo)。基于保護(hù)場地邊界地下水修復(fù)目標(biāo)值的推導(dǎo)從該層次開始，首先將修復(fù)目標(biāo)值直接設(shè)定為地下水的某一標(biāo)準(zhǔn)濃度[19]。然后，將污染羽中檢測出的污染物最大濃度與修復(fù)目標(biāo)值進(jìn)行比較分析。如果濃度超過目標(biāo)值，則需要采取修復(fù)措施或進(jìn)行第三層次評估(包括可能的補(bǔ)充調(diào)查，我國標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的指標(biāo)可以參考?xì)W美國家的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))。

表1 多層次土壤和地下水修復(fù)目標(biāo)值計算模型

注：d為土壤–水分配系數(shù)(L/kg)，根據(jù)污染物類型，d計算方法不同，非極性有機(jī)物通過公式d=oc×oc來計算，oc為有機(jī)質(zhì)分配系數(shù)(L/kg)，oc為有機(jī)質(zhì)含量(以百分?jǐn)?shù)計)；w為孔隙水體積比(無量綱)；a為孔隙空氣體積比(無量綱)；為土壤容重(g/cm3)；為亨利定律常數(shù)(無量綱)，T為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)；RT為修復(fù)目標(biāo)值(mg/L)，代表第層評估。DF為稀釋因子(無量綱)；AF、AFu為飽和區(qū)域、非飽和區(qū)域衰減因子(無量綱)；DFriver/Abs為受體內(nèi)的稀釋因子(無量綱)。

2)第三層次地下水修復(fù)目標(biāo)值推導(dǎo)。英國的Ogata Banks和Domenico經(jīng)典解析模型簡化了污染物的遷移過程，能夠預(yù)測污染物的遷移變化，用于第三層次修復(fù)目標(biāo)值的推導(dǎo)。該評估層次在第二評估層次的基礎(chǔ)上，針對原場地地下水中風(fēng)險較高的點(diǎn)位在場地邊界建立不同的合規(guī)點(diǎn)，運(yùn)用溶質(zhì)遷移模型來預(yù)測場地邊界地下水中污染物的濃度。預(yù)測污染物遷移的3種解析模型公式如式(1)～(3)所示。含水層對污染物阻滯作用可表現(xiàn)為有機(jī)碳對其吸附作用，因此模型中污染物的遷移速率是要小于含水層達(dá)西速率。式(4)～(6)給出了污染物的遷移速率及阻滯因子的計算模型。在綜合式(1)～(9)基礎(chǔ)上，由式(10)推導(dǎo)得出污染物遷移過程中的衰減因子，進(jìn)而利用衰減因子來推導(dǎo)第三層次修復(fù)目標(biāo)值。

Ogata Banks模型(非穩(wěn)態(tài))：

非穩(wěn)態(tài)Domenico模型：

穩(wěn)態(tài)Domenico模型：

衰減因子的計算：

式中：ED為污染物遷移至場地邊界合規(guī)點(diǎn)處的濃度，mg/L；為污染物平行于地下水流向的遷移距離，m；、分別為污染源至地下水污染羽中心線的橫向和垂向距離，m；S、S分別為地下水污染源寬度和厚度，m；為一階衰減常數(shù)，1/d；α、α、α分別為地下水縱向、橫向和垂向彌散度，m；為污染物遷移速率，m/d。為含水層有效孔隙度，無量綱；為水力傳導(dǎo)系數(shù)，m/d；為水力梯度，無量綱；f為污染物阻滯因子，無量綱；d為土壤–水分配系數(shù)，L/kg；其中oc為含水層有機(jī)碳分配系數(shù)，L/kg；oc為含水層有機(jī)碳含量，以百分?jǐn)?shù)計。

1.3.3 模型參數(shù)取值 基于自然衰減下的污染物在含水層中側(cè)向遷移過程的模擬，彌散作用是描述污染物在多孔介質(zhì)中受分子擴(kuò)散及對流擴(kuò)散的影響結(jié)果，常用彌散系數(shù)來表征[22]。彌散系數(shù)是模型中較難確定的一個參數(shù)，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為彌散度，目前彌散度在模型中的取值頗具爭議性，關(guān)于彌散度的取值缺乏依據(jù)。在場地調(diào)查階段缺少對彌散度的實(shí)測數(shù)據(jù)，本研究根據(jù)遷移距離結(jié)合式(7) ～ (9)計算得出，該模型設(shè)定橫向彌散度為縱向彌散度的十分之一，此外將垂向彌散度設(shè)定為縱向彌散度的百分之一[20]。模型主要考慮了污染物沿水流方向上的彌散，使遷移的模擬結(jié)果相對保守。

第三層次評估的場地特征參數(shù)主要來自現(xiàn)場實(shí)際測量和當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)勘查資料，主要如表2所示，此外檢出污染物的主要理化性質(zhì)如表3所示。衰減速率應(yīng)該基于對場地地下水中污染物長期的觀測數(shù)據(jù)計算，本案例中無地下水長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，需要借助模型推算目標(biāo)污染物的衰減速率。由于污染物中不涉及放射性衰變，因此該層次評估利用了僅考慮污染物溶解相的一階衰減模型來計算一階衰減速率。

表2 場地特征參數(shù)

注：含水層容重和有機(jī)碳含量oc的取值為場區(qū)內(nèi)16口監(jiān)測井粉土層取樣的平均值統(tǒng)計得出；有效孔隙度為經(jīng)驗(yàn)值；水力梯度是根據(jù)場區(qū)地下水流場圖水位測算取得平均值；水力傳導(dǎo)系數(shù)取自場地抽水試驗(yàn)獲得的平均值。

表3 污染物的主要理化性質(zhì)參數(shù)[18]

1.3.4 敏感性分析 第三層次模型主要考慮污染物在含水層的自然衰減，進(jìn)而模擬側(cè)向遷移過程中的濃度分布。參數(shù)本身的不確定性會影響模型對污染物自然衰減過程模擬結(jié)果的可信度[23-26]。第三層次涉及的參數(shù)較為復(fù)雜且模型的選擇性較多，關(guān)鍵是分析各參數(shù)對于衰減因子的計算的影響。P20模型是利用衰減因子AF來表征污染物在含水層的自然衰減，衰減因子受到諸多參數(shù)的影響，特別是如含水層容重、水力傳導(dǎo)系數(shù)、含水層有機(jī)碳含量oc等現(xiàn)場采集受人為影響較大的參數(shù)[18]，場地調(diào)查工作采用加密采樣來降低場地調(diào)查過程造成的參數(shù)不確定性。本研究采用局部敏感性分析的方式確定不同參數(shù)對修復(fù)目標(biāo)值的影響[27]。修正的Morris篩選法是目前常見的一種敏感性分析方法，利用靈敏度系數(shù)衡量參數(shù)的敏感性，如式(11)所示[28]。

式中：P是敏感性分析參數(shù)，Y表示修復(fù)目標(biāo)，為模型迭代次數(shù)。本研究選取了含水層容重(g/cm3)、含水層孔隙度、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)(d/m)、含水層水力梯度、含水層有機(jī)碳含量oc、含水層有機(jī)碳分配系數(shù)oc(L/kg)、含水層遷移距離(m)作為敏感性分析參數(shù)，以5% 的振幅進(jìn)行計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水污染特征

地下水樣中主要超標(biāo)污染物為揮發(fā)性有機(jī)污染物，包括苯、乙苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、氯仿。污染物的檢出濃度如圖3所示，污染物濃度的最大值、最小值、平均值及檢出率如表4所示。場地水資源主要用途為工業(yè)用水，因此需要以Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來分析檢出污染物濃度是否超標(biāo)。其中苯、氯苯和氯仿的檢出率高于50%，最高濃度分別達(dá)到了10.37、130.36和670 mg/L，分別超出GBT14848—2017地下水質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的1 037倍、435倍、11 166倍。

2.2 污染物遷移趨勢

根據(jù)污染物檢測分析結(jié)果，GW1處檢出苯的濃度最高，GW6處檢出乙苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯的濃度最高，GW14處檢出氯仿的濃度最高(圖3)。因此假設(shè)GW1、GW6、GW14監(jiān)測井為地下水污染源的位置，以場地邊界地下水環(huán)境為保護(hù)受體，設(shè)置污染源下游沿地下水流動方向與下游場邊界交匯處為本層次評估的合規(guī)點(diǎn)，分別記為CP1、CP2、CP3(圖1)，遷移距離分別為256、155、132 m，運(yùn)用Ogata Banks、Domenico穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)3種解析模型預(yù)測污染物遷移至合規(guī)點(diǎn)過程中濃度的變化。

圖3 地下水關(guān)注污染物檢測濃度

表4 污染物檢出濃度[18]

注：表中污染物的最大值、最小值、平均值及檢出率是基于16個監(jiān)測點(diǎn)位的樣品(每個檢測點(diǎn)處均取了2個平行樣)統(tǒng)計的結(jié)果。bdl表示濃度低于檢出限，關(guān)注污染物的檢出限均為0.5 μg/L。

模型預(yù)測結(jié)果如圖4 ～ 圖 6所示，Ogata Banks、Domenico穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)3種解析模型預(yù)測污染物濃度的變化趨勢近乎相同，因?yàn)槲廴疚餄舛仍诙叹嚯x內(nèi)迅速下降，導(dǎo)致隨后遷移中污染物濃度變化不明顯。同時Ogata Banks模型與Domenico穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模型針對氯仿的模擬結(jié)果差異較小，相比Ogata Banks模型，Domenico穩(wěn)態(tài)模型由于僅考慮在污染羽流在沿水力梯度方向的彌散度，進(jìn)一步簡化了污染物的遷移過程。通過3種模型遷移模擬分析，污染物濃度沿水流方向在30 m內(nèi)會顯著下降，30 m之后的遷移過程中濃度衰減變化較為緩慢。苯、氯苯和氯仿均難以被生物降解[29]，且氯仿濃度較高，同時有機(jī)碳分配系數(shù)相比其他污染物較低，含水層阻滯因子較小，因此在相同的水力條件下更容易遷移[30]。如圖4 ～ 圖6，各模型的預(yù)測結(jié)果判斷多數(shù)污染物在遷移6 ～ 20 m達(dá)到檢出限，氯仿則遷移至75 m達(dá)到檢出限，各模型預(yù)測污染物在合規(guī)點(diǎn)處的濃度均遠(yuǎn)低于檢出限，因此場地內(nèi)地下水污染物對場地邊界處地下水的環(huán)境風(fēng)險均為可接受，無需開展基于保護(hù)場地邊界地下水的修復(fù)工作。

圖4 Ogata Banks模型預(yù)測污染物遷移

圖 5 穩(wěn)態(tài)Domenico模型預(yù)測污染物遷移

圖 6 非穩(wěn)態(tài)Domenico模型預(yù)測污染物遷移

2.3 敏感性分析

運(yùn)用Ogata Banks、Domenico穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模型模擬了關(guān)注污染物在含水層自然衰減下的遷移過程，利用敏感性分析比較模型參數(shù)對遷移模擬結(jié)果的影響。本研究選取7個參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，以±5% 振幅在參數(shù)均值附近取值，利用式(11)計算各參數(shù)的敏感性判別因子()值，并對其絕對值(||)進(jìn)行排序，結(jié)果如表5所示。其中對6種污染物遷移模擬結(jié)果影響最大的參數(shù)為遷移距離，說明合規(guī)點(diǎn)的選取對遷移模擬影響最為顯著；含水層容重、含水層有機(jī)碳含量oc和有機(jī)碳分配系數(shù)oc對自然衰減遷移模擬影響也較大，表明含水層的容重及有機(jī)碳對污染物的阻滯作用是影響遷移過程的主要因素之一。如張大定等[31]報道污染物在不同含水層中有機(jī)碳分配系數(shù)oc相差極大，目前可以采取利用正辛醇–水分配系數(shù)來預(yù)測其值。同時發(fā)現(xiàn)含水層孔隙度、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)和含水層水力梯度等參數(shù)對遷移模擬均有影響，這些參數(shù)在條件允許的情況下也應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查。

3 結(jié)論

該場地地下水污染區(qū)域分布較為離散，制造車間、原料與產(chǎn)品儲存區(qū)及污水處理廠房位置檢出6種有機(jī)污染物濃度均超地下水質(zhì)量III類標(biāo)準(zhǔn)，利用Ogata Banks和Domenico模型，通過設(shè)置不同合規(guī)點(diǎn)位置預(yù)測地下水污染物向場地北側(cè)邊界遷移的趨勢，發(fā)現(xiàn)污染物對場地邊界水環(huán)境的風(fēng)險基本可以忽略，需要綜合考慮健康風(fēng)險進(jìn)一步確定場地是否需要修復(fù)。敏感性分析表明影響污染物遷移模擬的因素較多，后期可以在監(jiān)測點(diǎn)和合規(guī)點(diǎn)之間增加長期地下水監(jiān)測，用以校準(zhǔn)衰減因子提高地下水污染側(cè)向遷移模擬的可信度。另外有機(jī)物在含水層形成的非水相是影響側(cè)向遷移過程的主要因素之一，今后有必要開展對于含水層中有機(jī)物兩相流的側(cè)向遷移模擬的研究，增加模型的使用范圍。

表5 參數(shù)敏感性判別因子分析及排序

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Modelling Application for Contaminated Land Groundwater Risk Assessment Based on Prospection of Water Environment

LIU Pengchao1,2, WU Wenpei2, RAN Ruiyu2, HAN Lu2, ZHAO Yingxin1, CHEN Mengfang2*, GU Mingyue3, LI jing2

(1 School of Environment Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China; 2 key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 Nanjing Kaiye Environmental Technology Co., Ltd., Nanjing 210008, China)

Taking a solvent contaminated site in Jiangsu Province as a case study, the impact of groundwater contamination on the surrounding groundwater was studied by using hydrogeological risk assessment model for land contamination in the UK. The contaminants migration process from source to site boundary can be simulatedunder the conditions of natural attenuation. The simulation results of the groundwater solute transport using Ogata Banks, Steady-state Domenico and Time variant Domenico models were compared. The results showed that the concentrations of benzene, ethylbenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, and chloroform exceeded the III grade of the groundwater quality standard, but the groundwater surrounding the site has negligible environmental risk.The Ogata Banks and Domenico models' simulation of the migration of contaminants under the natural attenuation of the aquifer showed that the concentration of contaminants decreased rapidly during the migration process within 30 m, and the concentration of pollutants was low and the attenuation was not obvious during the migration process outside 30 m. The Domenico model is relatively simple and advantageous in the application of risk assessment. Sensitivity analysis showed that the hydrogeological parameters, such as migration distance (), aquifer bulk density (), aquifer porosity (), organic carbon content (oc), organic carbon distribution coefficient (oc), hydraulic conductivity (), and hydraulic gradient (), could affect thenatural attenuation migration process of contaminants in the aquifer, thus to improve the accuracy of risk assessment results, the abovementioned parameters need to be obtained through refined hydrogeological investigation.

Migration simulation; Point of compliance; Ogata Banks model; Domenic model; Sensitivity analysis

劉朋超, 武文培, 冉睿予, 等. 基于保護(hù)水環(huán)境的場地地下水風(fēng)險評估模擬應(yīng)用研究. 土壤, 2022, 54(1): 136–144.

X523

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.01.018

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)(2017YFA0207000)資助。

(mfchen@issas.ac.cn)

劉朋超 (1992—)，男，河北邢臺人，碩士研究生，主要從事污染場地氯苯類有機(jī)物遷移的研究。E-mail: liu827305651@163.com