基于GMS的長(zhǎng)春齊家地下水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)劃分

鮑新華, 于瀚博, 計(jì) 量

1.吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130021 2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021

0 引言

水源地是指提供城鎮(zhèn)居民生活及公共服務(wù)用水取水工程的水源地域，分為地表水水源地和地下水水源地，包括河流、湖泊、水庫(kù)、地下水等。為保護(hù)我國(guó)居民正常生產(chǎn)生活用水安全，建立水源地保護(hù)區(qū)是一種成本低廉、效果顯著的措施[1-4 ]。常用的水源地保護(hù)區(qū)劃分方法有經(jīng)驗(yàn)值法、經(jīng)驗(yàn)公式法及數(shù)值法等[5-8]。經(jīng)驗(yàn)值法和經(jīng)驗(yàn)公式法總體而言成本較低、操作便捷，但由于這兩種方法一般采用固定的參數(shù)值模糊化處理水文地質(zhì)特征，導(dǎo)致保護(hù)區(qū)劃分得不夠精確；而數(shù)值法擁有結(jié)果精確、能夠?qū)畬舆M(jìn)行細(xì)致刻畫(huà)的優(yōu)勢(shì)，因此本文主要采用數(shù)值法，通過(guò)建立地下水流及水質(zhì)模型進(jìn)行保護(hù)區(qū)劃分。現(xiàn)有的采用數(shù)值法對(duì)地下水保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分的研究主要包括數(shù)值法建立地下水水流模型、利用粒子示蹤法來(lái)劃分保護(hù)區(qū)范圍[9-11]等，如韓京龍等[12]采用數(shù)值法對(duì)磐石市下水水源地保護(hù)區(qū)進(jìn)行了劃分，其模型能夠較為準(zhǔn)確地描述研究區(qū)含水層，提出的保護(hù)區(qū)劃分方案實(shí)用性較高[13-14]。

齊家水源地是長(zhǎng)春市重要的后備水源地和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生活用水的主要來(lái)源。由于其臨近石油開(kāi)采區(qū)，隨著油田前期勘探試采工作的進(jìn)行，原有的水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)已經(jīng)無(wú)法解決油田發(fā)展與用水安全之間的矛盾。為了保護(hù)周邊居民用水環(huán)境不受石油污染[1-4]的同時(shí)能兼顧油田開(kāi)采工作的持續(xù)有效進(jìn)行，在一級(jí)保護(hù)區(qū)的基礎(chǔ)上劃分范圍更大的二級(jí)保護(hù)區(qū)就顯得尤為重要。由于研究區(qū)臨近石油開(kāi)采區(qū)，傳統(tǒng)的利用粒子示蹤法建立的保護(hù)區(qū)并不適用；且由于污染質(zhì)受分子擴(kuò)散作用影響，在其隨地下水滲流遷移過(guò)程中遷移速度要快于地下水流速，因此僅采用水流數(shù)值模擬并不足以準(zhǔn)確描述污染物的運(yùn)移范圍。有別于前人以水源地為中心進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移模擬確定保護(hù)區(qū)邊界會(huì)帶來(lái)的不夠細(xì)化等問(wèn)題，本文在地下水水流模型的基礎(chǔ)上，在本研究區(qū)采取假定污染源位置反向模擬溶質(zhì)到達(dá)水源井的時(shí)間，以期更精準(zhǔn)地確定保護(hù)區(qū)邊界[15-21]。

1 研究區(qū)概況

齊家飲用水水源地研究區(qū)面積約260 km2，位于長(zhǎng)春市雙陽(yáng)區(qū)東北部，北臨石頭口門水庫(kù)，南距雙陽(yáng)城區(qū)3 km，西北距長(zhǎng)春市區(qū)45 km，雙陽(yáng)河自南向北流經(jīng)研究區(qū)，如圖1所示。

研究區(qū)北部平原區(qū)地下水資源較為豐富，南部低山丘陵區(qū)水資源較貧乏。根據(jù)地下水賦存條件和水力特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)地下水分為5種類型：第四系松散巖類孔隙潛水，主要沿飲馬河、雙陽(yáng)河分布；新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水，主要分布在雙陽(yáng)區(qū)北部平原區(qū)；白堊系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水，主要分布在飲馬河、雙陽(yáng)河河谷地帶；碳酸鹽溶隙水，主要分布在低山丘陵地區(qū)；基巖裂隙水，主要分布在雙陽(yáng)盆地東西兩側(cè)及南側(cè)。

研究區(qū)共有集中式飲用水水源地供水井30眼，井深200～220 m，一般單井出水量約40 m3/h，總計(jì)服務(wù)人口約10萬(wàn)人。作為長(zhǎng)春市第二大地下水水源地，齊家水源地主要為周圍居民提供生活用水及作為長(zhǎng)春市后備應(yīng)急供水水源地，可保證長(zhǎng)春及周邊地區(qū)供水安全[22]。為應(yīng)對(duì)緩解我國(guó)能源危機(jī)，1981年對(duì)研究區(qū)周邊進(jìn)行全區(qū)勘察工作，探明齊家鎮(zhèn)周邊地區(qū)石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 017×104t[23]，具有一定的開(kāi)采價(jià)值。然而石油開(kāi)采井的建設(shè)會(huì)對(duì)周圍地下水水質(zhì)安全形成一定威脅，保障居民用水安全與石油開(kāi)采之間的矛盾十分突出，因此科學(xué)建立地下水水源地保護(hù)區(qū)的需求日益迫切[24-26]。2017年5月，長(zhǎng)春市環(huán)保局雙陽(yáng)分局根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 338—2007)[22]中的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)的劃分工作，保護(hù)區(qū)范圍如圖2所示。新規(guī)范(HJ/T 338—2018)[6]施行后，關(guān)于一級(jí)保護(hù)區(qū)的規(guī)定與(HJ/T 338—2007)相同。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

圖2 研究區(qū)水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍

一級(jí)保護(hù)區(qū)的確定，為齊家水源地水質(zhì)保護(hù)提供了基本的技術(shù)支撐，但由于其范圍過(guò)小，不足以更全面地保護(hù)水源地。本文擬在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)二級(jí)保護(hù)區(qū)進(jìn)行研究劃分。

2 水文地質(zhì)條件概化

通過(guò)研究區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力場(chǎng)、水化學(xué)場(chǎng)分析，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)條件概化。從采油區(qū)到水源地附近的區(qū)域?yàn)榈谒南禎撍托陆党袎核娜S流場(chǎng)(圖3)。新近系地層中有多套含水層與相對(duì)弱透水層互層分布，由于地層情況較為復(fù)雜，已有水文地質(zhì)資料不足，將其概化為一套含水層。模擬中滲透系數(shù)采用了砂礫石參數(shù)作為概化后的參數(shù)，概化后局部地區(qū)會(huì)出現(xiàn)溶質(zhì)沿滲透性較差的介質(zhì)運(yùn)移距離較近的情況，在劃分保護(hù)區(qū)時(shí)應(yīng)將砂礫石參數(shù)考慮在內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；但宏觀層面上對(duì)整體保護(hù)區(qū)劃分影響不大，因此可將新近系地層中含水層概化為一套含水層。

2.1 確定模型模擬區(qū)

模擬區(qū)應(yīng)盡量包含油田開(kāi)發(fā)可能影響到的區(qū)域。根據(jù)研究區(qū)地下水的流向，確定可能影響的區(qū)域?yàn)橄掠锡R家水源地的準(zhǔn)保護(hù)區(qū)。

本次模擬中，區(qū)內(nèi)河流較多，容易通過(guò)地表高程尋找相對(duì)獨(dú)立的地下水分水嶺?，F(xiàn)有水位觀測(cè)點(diǎn)繪制的地下水流場(chǎng)分布圖表明了地表與地下水分水嶺具有一致性；因此北部和西北部邊界擴(kuò)大到伊通河與雙陽(yáng)河分水嶺，西南部以雙陽(yáng)河為界，東部以雙陽(yáng)河與飲馬河的分水嶺為界。如圖4所示。

2.2 含水層概化

研究區(qū)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水和新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水。

第四系松散巖類孔隙潛水含水層包括河谷一級(jí)和二級(jí)階地含水巖組，地勢(shì)低平。含水層巖性具有典型的二元結(jié)構(gòu)特征，上部顆粒較細(xì)，主要為亞砂土、亞黏土等，下部顆粒較粗，主要為含砂礫卵石等，厚度總體由南向北漸增，顆粒由粗漸細(xì)，水位埋深由深漸淺。其含水層總體埋藏淺，厚度大，透水性較好，有利于鄰區(qū)地下水的徑流補(bǔ)給。地表巖性多為亞黏土，局部為亞砂土。區(qū)內(nèi)水稻田多，灌溉回滲水可直接補(bǔ)給地下水。河流直接與第四系潛水含水層相接，地下水與地表水水力聯(lián)系密切，水交替頻繁，河水常年或間歇性補(bǔ)給地下水[27]。

第四系之下為新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水。含水層巖性為粉細(xì)砂巖、中粗砂巖、砂礫巖等，頂板埋深20～50 m。承壓水接收上部孔隙潛水垂向和相鄰地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件分析，將研究區(qū)概化為非均質(zhì)各向同性含水系統(tǒng)，滲流按三維達(dá)西流研究。

3 地下水流數(shù)值模擬

3.1 地下水流數(shù)學(xué)模型

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件，地下水流數(shù)學(xué)模型為：

(1)

根據(jù)文獻(xiàn)[25]修改。

圖4 模擬區(qū)范圍及剖分圖

式中：Kx，Ky，Kz分別為x,y,z方向滲透系數(shù)(m/d)；h為地下水水頭(m)；W為源匯項(xiàng)(1/d)；μ為貯水率(1/ m)；t為時(shí)間(d)；h0為初始水頭(m)；h1為一類邊界水頭(m)；Σ1為一類邊界；D為研究區(qū)。

3.2 研究區(qū)剖分

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件和滲流場(chǎng)特征，將模擬區(qū)垂向上剖分為3層，分別為第四系潛水含水層、粉質(zhì)黏土相對(duì)弱透水層和新近系承壓含水層。水平方向的網(wǎng)格大小為300 m×300 m，在油井區(qū)和水源地等主要模擬區(qū)附近加密到50 m×50 m。如圖4所示。

3.3 邊界處理

根據(jù)前期收集的水文地質(zhì)資料，將研究區(qū)西北部伊通河與雙陽(yáng)河分水嶺[27]概化為零流量邊界，將西南部雙陽(yáng)河概化為水頭邊界，將東部雙陽(yáng)河與飲馬河分水嶺概化為零流量邊界。

3.4 源匯項(xiàng)處理

模擬區(qū)潛水含水層主要補(bǔ)給為降水入滲補(bǔ)給、灌溉回滲水補(bǔ)給和河流側(cè)向補(bǔ)給，主要排泄有蒸發(fā)排泄、人工開(kāi)采和側(cè)向排泄。承壓水的補(bǔ)給主要為上部孔隙潛水的垂向補(bǔ)給，排泄主要為人工開(kāi)采。降水入滲系數(shù)取0.17～0.23，稻田灌溉回滲強(qiáng)度取0.000 8 mm/d，最大蒸發(fā)強(qiáng)度埋深為1.9 m，蒸發(fā)極限埋深為4.25 m。

3.5 水文地質(zhì)參數(shù)

模擬用到的參數(shù)主要有滲透系數(shù)、潛水含水層的給水度、承壓含水層的貯水系數(shù)和降雨入滲系數(shù)等。各參數(shù)初值先通過(guò)抽水實(shí)驗(yàn)、土工試驗(yàn)、水文地質(zhì)手冊(cè)和經(jīng)驗(yàn)值綜合給定，再通過(guò)模型參數(shù)調(diào)整，最終獲得模擬采用的水文地質(zhì)參數(shù)。

3.6 模型的識(shí)別和驗(yàn)證

使用數(shù)值法軟件GMS(groundwater model system)中的MODFLOW模塊建立地下水流數(shù)值模型后，利用給定水文地質(zhì)參數(shù)、邊界和各均衡項(xiàng)數(shù)值初值進(jìn)行模擬，得到概化后的水文地質(zhì)模型地下水流場(chǎng)空間分布。通過(guò)2017—2018年豐水期、枯水期的流場(chǎng)，識(shí)別驗(yàn)證水文地質(zhì)參數(shù)、邊界值和各均衡項(xiàng)，以便建立的模型更好地?cái)M合研究區(qū)的水文地質(zhì)條件。模型識(shí)別擬合主要原則為：識(shí)別后的水文地質(zhì)參數(shù)與其他資料獲取的水文地質(zhì)參數(shù)基本一致；模擬的地下水流場(chǎng)與流場(chǎng)基本一致；邊界條件、各水均衡項(xiàng)與實(shí)際情況基本一致。

模擬采用2017—2018年豐水期的觀測(cè)水位進(jìn)行模型識(shí)別，取枯水期的觀測(cè)水位進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)反復(fù)識(shí)別和驗(yàn)證，最終確定上部第四系潛水含水層的滲透系數(shù)為6.0～18.0 m/d、給水度為0.1～0.2，中間層粉質(zhì)黏土相對(duì)弱透水層的滲透系數(shù)為0.1～0.2 m/d，下部新近系承壓含水層的滲透系數(shù)為2.0～14.0 m/d、彈性釋水系數(shù)為0.003～0.008，其中滲透系數(shù)(K)分區(qū)見(jiàn)圖5。圖5中參數(shù)區(qū)范圍與圖4不完全一致(西北側(cè))，主要是參數(shù)區(qū)為水源地所在區(qū)域，資料較多；而西北側(cè)資料有限，且考慮采用伊通河與雙陽(yáng)河分水嶺邊界較好，故西北側(cè)所用參數(shù)參照鄰區(qū)給出。圖6為水源地所在區(qū)域上模型計(jì)算豐水期流場(chǎng)與實(shí)測(cè)流場(chǎng)的對(duì)比，擬合情況較好，水位相對(duì)誤差為5%～10%，說(shuō)明模型建立基本合理。

采用2017—2018年枯水期的觀測(cè)水位進(jìn)行模型驗(yàn)證，圖7為模型計(jì)算的水源地所在區(qū)域上枯水期流場(chǎng)與實(shí)測(cè)流場(chǎng)的對(duì)比。計(jì)算結(jié)果表明：相對(duì)誤差在1%～5%之間，擬合情況較好；地下水流動(dòng)方向基本與河流方向一致，并且在主要的飲用水開(kāi)采區(qū)形成明顯的降落漏斗，地下水流速明顯加快，可能會(huì)提高污染物遷移速率，使其迅速進(jìn)入飲水井，從而對(duì)周邊居民飲用水安全造成威脅。選取2018年1月—2019年12月，對(duì)代表性觀測(cè)井W18井和齊家觀測(cè)井潛水水位變化計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行擬合觀察，上述流場(chǎng)擬合檢驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，結(jié)果表明水位擬合相對(duì)誤差均不超過(guò)5%。經(jīng)過(guò)模型驗(yàn)證，表明本次模擬具有較高的精度和可信性。

圖5 模擬區(qū)潛水含水層(a)和承壓含水層(b)滲透系數(shù)分區(qū)

4 溶質(zhì)運(yùn)移模擬

以上述地下水流數(shù)值模型為基礎(chǔ)，通過(guò)使用GMS中MT3DMS模塊建立溶質(zhì)運(yùn)移模型來(lái)進(jìn)行飲用水水源地保護(hù)區(qū)圈定。

4.1 地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型

4.1.1 地下水溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)學(xué)模型

地下水溶質(zhì)運(yùn)移的對(duì)流-彌散方程為

(2)

4.1.2 評(píng)價(jià)目的層

油田開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生泄漏，發(fā)生泄漏的位置可能是油井的各個(gè)層位。研究區(qū)的主要地下水類型是第四系孔隙潛水和新近系碎屑巖類裂隙孔隙承壓水。如果泄露事故發(fā)生在第四系亞黏土層或者新近系泥巖層，因?yàn)檫@兩個(gè)層位的滲透性較差，污水的泄漏量將會(huì)很小，不會(huì)對(duì)齊家水源地構(gòu)成威脅；如果泄露發(fā)生在第四系潛水含水層，采油井在一定的壓力下可向潛水含水層釋放一定的污水，污水有可能通過(guò)由南向北方向的水平運(yùn)移，將污染物運(yùn)移到齊家水源地所開(kāi)采的位置，再通過(guò)垂向滲透對(duì)水源地的承壓含水層水源造成影響；如果泄露發(fā)生在新近系承壓含水層，采油井在一定的壓力下會(huì)向新近系含水層釋放較多的污水，污水有可能通過(guò)由南向北方向的水平運(yùn)移，將污染物運(yùn)移到齊家水源地所開(kāi)采的位置，對(duì)水源地的新近系承壓水水源造成污染。

綜上，評(píng)價(jià)目的層擬選擇發(fā)生泄漏事故造成污染較為嚴(yán)重的第四系潛水含水層和新近系承壓含水層，以齊家水源地開(kāi)采的新近系承壓含水層為主。

4.1.3 確定污染運(yùn)移模型參數(shù)

根據(jù)筆者前期彌散試驗(yàn)結(jié)果得知，研究區(qū)縱向彌散度為0.560 m，橫向彌散度為0.056 m ，垂向彌散度為0.056 m。模擬層主要為中砂，取有效孔隙度為0.3。

圖6 模擬區(qū)豐水期潛水水位(a)和承壓水位(b)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值擬合圖

4.2 模擬過(guò)程

石油類中不易揮發(fā)的大分子組分與砂的吸附關(guān)系多為線性吸附關(guān)系；但考慮到研究區(qū)主要含水層為砂礫層，為保守起見(jiàn)，模擬預(yù)測(cè)中并沒(méi)有考慮到這種吸附的阻擋作用。石油類液體本身的黏滯系數(shù)較大，在含水層介質(zhì)中不易流動(dòng)，但考慮到評(píng)價(jià)的保守性，在模型中可不加以計(jì)算。故模型可采用保守型污染質(zhì)計(jì)算方法進(jìn)行泄漏事故發(fā)生后的污染預(yù)測(cè)。模擬1 000 d后污染物在承壓含水層中分布見(jiàn)圖9。

由圖9可見(jiàn)，如果位于水源地內(nèi)的采油井發(fā)生泄漏，對(duì)水源地的影響將是明顯的。被污染的地下水將很快進(jìn)入水源井污染飲用水水質(zhì)，開(kāi)采井附近受開(kāi)采影響，具有較大的水力坡度，使得地下水流速加快，污染質(zhì)運(yùn)移速度也將加快。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，一旦發(fā)生泄漏事故，石油類污染質(zhì)在地下水中經(jīng)過(guò) 1 000 d的運(yùn)移距離在400～800 m之間。

根據(jù)圖9，在水源地周邊距水源井400～800 m范圍內(nèi)布置多個(gè)假想的污染點(diǎn)源，污染點(diǎn)源為假想石油開(kāi)采井，石油開(kāi)采井穿過(guò)承壓含水層，污染物通過(guò)套管部分滲漏入含水層。根據(jù)研究區(qū)石油開(kāi)采井特點(diǎn)，采用5%作為采出液滲漏比，利用已有的開(kāi)采井年開(kāi)采量及采出液含水率資料可計(jì)算出模擬年份污染源向地下水滲漏石油污染物速率為0.25 m3/d、質(zhì)量濃度為6.2×104mg/L，以此為源強(qiáng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖7 模擬區(qū)枯水期潛水水位(a)和承壓水位(b)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值擬合圖

圖8 研究區(qū)W18井(a)和齊家觀測(cè)井(b)水位擬合圖

圖9 石油開(kāi)采井泄漏污染物1 000 d后在承壓含水層分布

利用先前建立的溶質(zhì)運(yùn)移模型進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)污染發(fā)生1 000 d后的最大污染邊界。根據(jù)污染暈最大邊界與水源井之間的位置關(guān)系，在先前劃定的范圍內(nèi)移動(dòng)污染源的位置，再次進(jìn)行模擬，直至污染暈在1 000 d的最大邊界剛好到達(dá)水源井。由于含水層污染難以治理，石油類污染物將長(zhǎng)期被含水層介質(zhì)吸附并緩慢釋放，因此上述模擬得出的位于水源井上游的污染源位置應(yīng)再向水源地以外移動(dòng)100 m左右留作緩沖區(qū)，此時(shí)污染源的位置即為二級(jí)保護(hù)區(qū)的邊界。污染源最終位置1 000 d污染暈范圍如圖10所示。

從模擬結(jié)果來(lái)看，1 000 d時(shí)明顯沿地下水流方向污染暈擴(kuò)散范圍更大，證明石油類污染物在含水層中運(yùn)移主要受地下水流的影響。此外污染物同時(shí)也向其他方向運(yùn)移，說(shuō)明污染物受水動(dòng)力條件影響外，本身分子擴(kuò)散也起作用。

最終規(guī)劃齊家水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍如圖11所示，面積為33.5 km2(含一級(jí)保護(hù)區(qū)面積8.5 km2)。

由最終劃定的水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)可見(jiàn)，齊古1、昌25、昌31、昌37、昌88、昌90、昌91等部分規(guī)劃石油開(kāi)采井位于二級(jí)保護(hù)區(qū)之內(nèi)，會(huì)對(duì)水源地水質(zhì)安全構(gòu)成直接威脅，建議取消規(guī)劃、停止建設(shè)；昌36-4、昌39、昌84、昌87、昌105-11等規(guī)劃石油開(kāi)采井位于二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界附近，存在對(duì)水源地水質(zhì)安全造成破壞的風(fēng)險(xiǎn)，建議將開(kāi)采井規(guī)劃位置向二級(jí)保護(hù)區(qū)外遷移500 m以上距離以降低石油勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)地下水破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖10 1 000 d污染暈范圍

5 討論

文中采用的研究方法對(duì)劃分一級(jí)保護(hù)區(qū)同樣適用，文中涉及到的一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍采用長(zhǎng)春市環(huán)保局相關(guān)資料，僅做模擬計(jì)算驗(yàn)證。本文主要對(duì)研究區(qū)地下水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)劃分進(jìn)行研究，研究中有關(guān)問(wèn)題進(jìn)一步說(shuō)明或討論如下：

1)主要模擬層為新近系，為多套含水層與相對(duì)弱透水層互層，模擬中概化為一套含水層。在分層細(xì)化資料缺失時(shí)一般采用在模擬中概化為一套含水層[28]。這種概化與實(shí)際情況有一定出入。污染物運(yùn)移時(shí)，一般在透水性強(qiáng)的地層中運(yùn)移快[29]。模擬中滲透系數(shù)采用了砂礫石參數(shù)作為概化后的參數(shù)，計(jì)算的模擬污染暈范圍總體較實(shí)際結(jié)果可能偏大，這考慮到了污染物遷移的最大可能。這種概化在資料有限及解決主要污染物最大遷移問(wèn)題研究中，精度應(yīng)該是有保證的[29]。

2)水源地西北側(cè)非自然邊界，邊界條件不好給定，研究將模擬區(qū)邊界擴(kuò)展到伊通河與雙陽(yáng)河分水嶺天然邊界(模擬區(qū)邊界見(jiàn)圖4)。但模擬區(qū)西北部資料較為有限，因此進(jìn)行模型運(yùn)算時(shí)相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)等資料參照水源地鄰近區(qū)給出，這與實(shí)際相比會(huì)有一定誤差。而模擬的重點(diǎn)區(qū)在水源地區(qū)域，模型調(diào)參與校正主要看水源地所在區(qū)域。這樣的處理對(duì)水源地區(qū)域污染問(wèn)題研究影響較小。

圖11 水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍

根據(jù)圖6—圖7流場(chǎng)圖，地下水流方向基本沿主徑流方向由西南向東北，位于水源地上游的石油開(kāi)采井對(duì)水源地影響更大，因此在劃分水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)時(shí)水源地上游劃分范圍應(yīng)較下游更大，通過(guò)溶質(zhì)運(yùn)移模型確定的二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍也證實(shí)了這一點(diǎn)。本文最終劃定水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)符合這一基本判斷。

6 結(jié)論與建議

1)在地下水水流模型的基礎(chǔ)上使用MT3DMS模塊建立研究區(qū)溶質(zhì)運(yùn)移模型，在距水源地400～800 m范圍設(shè)定若干污染源，1 000 d污染暈最大邊界距水源井30～80 m的污染源位置定為二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界，劃定二級(jí)保護(hù)區(qū)面積為33.5 km2(含一級(jí)保護(hù)區(qū))。

2)建議齊古1井等規(guī)劃建于二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的7口油田開(kāi)采井取消建設(shè)，昌36-4井等規(guī)劃建于二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界的5口油田開(kāi)采井向保護(hù)區(qū)邊界外遷移500 m以上距離；并建立完善的地下水污染監(jiān)控系統(tǒng)體系和應(yīng)急響應(yīng)措施，最大限度地降低石油勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)事故對(duì)地下水環(huán)境的影響。

3)建立在地下水水流模型基礎(chǔ)上的溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)值模型與解析法相比，能夠更加精細(xì)地刻畫(huà)溶質(zhì)運(yùn)移細(xì)節(jié)，進(jìn)行更精細(xì)的水源地保護(hù)區(qū)劃分。本文的方法對(duì)其他類似問(wèn)題的研究有借鑒意義。但同時(shí)應(yīng)注意到，模型精細(xì)的刻畫(huà)程度主要取決于建模依據(jù)的地質(zhì)-水文地質(zhì)基礎(chǔ)的正確認(rèn)識(shí)。沒(méi)有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，僅靠模型剖分的細(xì)化無(wú)助于精度的提高。油田運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)注重實(shí)際污染物運(yùn)移監(jiān)測(cè)工作，一方面檢驗(yàn)本文的計(jì)算結(jié)果，另一方面在資料進(jìn)一步積累后，可對(duì)模型再進(jìn)一步修改完善。