用連續(xù)源法預(yù)測泄漏事故時污染物在地下水中運移規(guī)律：以漢鋼地區(qū)水文地質(zhì)條件為例

王基淵，潘治霖，鄭羽良

(長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710059)

陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司是在汶川大地震后，為保障災(zāi)后重建所需的鋼材，結(jié)合漢中地區(qū)鐵礦石資源豐富的實際情況而設(shè)立的，在漢鋼運營的過程中原料淋濾液、生產(chǎn)廢水、生活污水經(jīng)廠內(nèi)污水處理設(shè)施處理后全部回用，無廢(污)水排放，正常條件下不會對當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)造成污染，只有在出現(xiàn)廢(污)水泄露事故時，泄漏污水才可能通過土壤下滲污染地下水水質(zhì)。

1 水文地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

研究區(qū)域?qū)倜憧h中部盆地地區(qū)，地形較平坦，微向河床傾斜，并與漢江漫灘呈漸變關(guān)系區(qū)內(nèi)含水巖組以卵石、礫砂為主，滲透較強(qiáng)，埋藏淺，局部近于直接出露地表。自南、北山區(qū)的支流匯入盆地，并滲漏補給地下水;來自山區(qū)的地下水徑流也匯入盆地，使盆地成為地表水和地下水的匯集中心。地下水徑流的流向與地表水流向基本一致，總的趨勢由山區(qū)流向盆地。盆地內(nèi)，地下水由盆地周邊向盆地中心流動。由于漢江支流的控制其流向又略東偏轉(zhuǎn)，最終泄于漢江。

區(qū)內(nèi)地下水一般就地補給，就地排泄，具有徑流暢通、途徑短、水循環(huán)交替強(qiáng)烈的特點。地下水補給主要是由大氣降水、地表水、灌溉水滲漏補給及承壓水頂托補給。

1.2 鋼鐵廠區(qū)水文地質(zhì)條件

廠區(qū)內(nèi)無河流，廠區(qū)表層覆蓋有厚8～10 m的粉質(zhì)粘土層，構(gòu)成廠區(qū)包氣帶主體部分，滲透性差，垂向滲透系數(shù)0.08 m/d。廠區(qū)周邊引水渠的滲漏對地下水的補給作用不明顯，地表水與淺層地下水之間的水力聯(lián)系不密切。

區(qū)內(nèi)潛水含水層水平滲透系數(shù)為4.629 m/d，潛水含水層與承壓含水層之間存在厚22 m的穩(wěn)定弱透水層，且承壓水水頭高于潛水水位9.23 m，兩含水層之間水力聯(lián)系不密切。

2 地下水中污染物的運移與評價

在正常情況下，污水通過管網(wǎng)輸送，集中處理后全部回用，不存在污水排放，不會進(jìn)入地下水。但如果污水管網(wǎng)、水渣池、污水池、料場地面防滲層等設(shè)施出現(xiàn)裂縫甚至破裂而發(fā)生滲漏時，污水則可能進(jìn)入地下，污染地下水。本文主要研究事故工況條件下發(fā)生污水泄漏時污染物(本文以硫化物為例)對地下水的影響。假定地下水污染源硫化物濃度為35 mg/L。

2.1 預(yù)測模式

預(yù)測模式采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》(HJ 610-2011)附錄F推薦的一維穩(wěn)定流水動力彌散問題的解析解模式，將污染源視為連續(xù)源。

中央水處理站污水池總?cè)萘繛? 800 m3，假定發(fā)生泄漏事故時，每天約5%的污水通過包氣帶滲入到潛水面，則污水滲漏量為240 m3/d。

在整體規(guī)模ⅠⅠ(平均傳播距離為20～100 m)尺度上，縱向彌散度的取值范圍為15～40 m［1］。根據(jù)當(dāng)?shù)貪撍畬訚B透系數(shù)(4.629 m/d)、水力坡度(0.015)、孔隙率(0.3)等參數(shù)，計算得出區(qū)內(nèi)縱向彌散系數(shù)為2.55～6.79 m2/d，本文地下水環(huán)境影響預(yù)測計算取值區(qū)間為2～8 m2/d，橫向彌散系數(shù)取縱向彌散系數(shù)的1/10，即0.2～0.8 m2/d。

2.2 計算結(jié)果

根據(jù)計算，中央處理水站發(fā)生連續(xù)泄漏后，各污染物不斷進(jìn)入地下水中，其中硫化物超標(biāo)最為明顯，故以硫化物為例說明地下水中污染物隨時間和距離的變化。當(dāng)時間較短時，由于地下水流速緩慢，硫化物集中在泄漏點附近，距離較遠(yuǎn)的地方未受到影響，隨著時間的延長，硫化物逐漸向四周擴(kuò)散。時間為100 d和1 000 d時硫化物的濃度場如圖1—圖4所示(其中坐標(biāo)原點為連續(xù)泄漏點，x軸正方向為地下水流動方向)。

圖1 硫化物100 d時濃度場圖(DL=2m2/d)，單位mg/L

圖2 硫化物1 000 d時濃度場圖(DL=2m2/d)，單位mg/L

圖3 硫化物100 d時濃度場圖(DL=8m2/d)，單位mg/L

圖4 硫化物1 000 d時濃度場圖(DL=8m2/d)，單位mg/L

計算結(jié)果表明，污染物在地下水中的遷移特征隨彌散系數(shù)取值不同而不同，當(dāng)彌散系數(shù)取上限時，污染物向下游擴(kuò)散速度較快，污染地下水的范圍較大，但是濃度較低;當(dāng)彌散系數(shù)取下限時，污染物向下游擴(kuò)散速度較慢，污染地下水的范圍較小，但是濃度較高。且對比100 d和1 000 d硫化物的濃度場圖可以看出，發(fā)生泄漏的時間越長，地下水受到污染的范圍越大，且濃度越高。

圖5 x=5m，y=5m處硫化物濃度隨時間變化曲線(DL=2m2/d及DL=8m2/d)

在x=5 m，y=5 m處硫化物濃度隨時間的變化曲線可以看出，當(dāng)泄漏連續(xù)發(fā)生時，在開始的一小段時間內(nèi)污染物沒有影響到該點，但隨著時間的延長，污染物濃度由零逐漸增加，并趨于穩(wěn)定。另外趨于穩(wěn)定時，DL取上限時的污染物濃度值小于DL取下限時污染物的濃度值。
由于所采用計算公式未考慮介質(zhì)的吸附、生物降解等自凈能力，該預(yù)測模式下的污染物實際超標(biāo)時間及超標(biāo)濃度可能小于計算值。

3 結(jié)語

當(dāng)?shù)睾畬訚B透系數(shù)和水力坡度較小，地下水流速較慢，地下水自凈能力差，鋼鐵廠在發(fā)生連續(xù)滲漏的情況下，很容易對地下水造成污染，所以鋼鐵廠應(yīng)當(dāng)做好防滲工作，避免滲漏事故的發(fā)生。

［1］張訥正.地下水污染——數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法［M］.1.北京:地質(zhì)出版社.1989.

［2］郭東屏.地下水動力學(xué)［M］.陜西科學(xué)技術(shù)出版社.1994.

［3］西安建筑科技大學(xué).陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司產(chǎn)業(yè)整合技術(shù)改造災(zāi)后重建工程環(huán)境影響報告書.2012.06.