用连续源法预测泄漏事故时污染物在地下水中运移规律：以汉钢地区水文地质条件为例

2013-12-14王基渊潘治霖郑羽良

地下水 2013年1期

王基渊，潘治霖，郑羽良

(长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710059)

陕钢集团汉中钢铁有限责任公司是在汶川大地震后，为保障灾后重建所需的钢材，结合汉中地区铁矿石资源丰富的实际情况而设立的，在汉钢运营的过程中原料淋滤液、生产废水、生活污水经厂内污水处理设施处理后全部回用，无废(污)水排放，正常条件下不会对当地地下水水质造成污染，只有在出现废(污)水泄露事故时，泄漏污水才可能通过土壤下渗污染地下水水质。

1 水文地质概况

1.1 区域水文地质条件

研究区域属勉县中部盆地地区，地形较平坦，微向河床倾斜，并与汉江漫滩呈渐变关系区内含水岩组以卵石、砾砂为主，渗透较强，埋藏浅，局部近于直接出露地表。自南、北山区的支流汇入盆地，并渗漏补给地下水;来自山区的地下水径流也汇入盆地，使盆地成为地表水和地下水的汇集中心。地下水径流的流向与地表水流向基本一致，总的趋势由山区流向盆地。盆地内，地下水由盆地周边向盆地中心流动。由于汉江支流的控制其流向又略东偏转，最终泄于汉江。

区内地下水一般就地补给，就地排泄，具有径流畅通、途径短、水循环交替强烈的特点。地下水补给主要是由大气降水、地表水、灌溉水渗漏补给及承压水顶托补给。

1.2 钢铁厂区水文地质条件

厂区内无河流，厂区表层覆盖有厚8～10 m的粉质粘土层，构成厂区包气带主体部分，渗透性差，垂向渗透系数0.08 m/d。厂区周边引水渠的渗漏对地下水的补给作用不明显，地表水与浅层地下水之间的水力联系不密切。

区内潜水含水层水平渗透系数为4.629 m/d，潜水含水层与承压含水层之间存在厚22 m的稳定弱透水层，且承压水水头高于潜水水位9.23 m，两含水层之间水力联系不密切。

2 地下水中污染物的运移与评价

在正常情况下，污水通过管网输送，集中处理后全部回用，不存在污水排放，不会进入地下水。但如果污水管网、水渣池、污水池、料场地面防渗层等设施出现裂缝甚至破裂而发生渗漏时，污水则可能进入地下，污染地下水。本文主要研究事故工况条件下发生污水泄漏时污染物(本文以硫化物为例)对地下水的影响。假定地下水污染源硫化物浓度为35 mg/L。

2.1 预测模式

预测模式采用《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ 610-2011)附录F推荐的一维稳定流水动力弥散问题的解析解模式，将污染源视为连续源。

中央水处理站污水池总容量为4 800 m3，假定发生泄漏事故时，每天约5%的污水通过包气带渗入到潜水面，则污水渗漏量为240 m3/d。

在整体规模ⅠⅠ(平均传播距离为20～100 m)尺度上，纵向弥散度的取值范围为15～40 m［1］。根据当地潜水含水层渗透系数(4.629 m/d)、水力坡度(0.015)、孔隙率(0.3)等参数，计算得出区内纵向弥散系数为2.55～6.79 m2/d，本文地下水环境影响预测计算取值区间为2～8 m2/d，横向弥散系数取纵向弥散系数的1/10，即0.2～0.8 m2/d。

2.2 计算结果

根据计算，中央处理水站发生连续泄漏后，各污染物不断进入地下水中，其中硫化物超标最为明显，故以硫化物为例说明地下水中污染物随时间和距离的变化。当时间较短时，由于地下水流速缓慢，硫化物集中在泄漏点附近，距离较远的地方未受到影响，随着时间的延长，硫化物逐渐向四周扩散。时间为100 d和1 000 d时硫化物的浓度场如图1—图4所示(其中坐标原点为连续泄漏点，x轴正方向为地下水流动方向)。

图1 硫化物100 d时浓度场图(DL=2m2/d)，单位mg/L

图2 硫化物1 000 d时浓度场图(DL=2m2/d)，单位mg/L

图3 硫化物100 d时浓度场图(DL=8m2/d)，单位mg/L

图4 硫化物1 000 d时浓度场图(DL=8m2/d)，单位mg/L

计算结果表明，污染物在地下水中的迁移特征随弥散系数取值不同而不同，当弥散系数取上限时，污染物向下游扩散速度较快，污染地下水的范围较大，但是浓度较低;当弥散系数取下限时，污染物向下游扩散速度较慢，污染地下水的范围较小，但是浓度较高。且对比100 d和1 000 d硫化物的浓度场图可以看出，发生泄漏的时间越长，地下水受到污染的范围越大，且浓度越高。

图5 x=5m，y=5m处硫化物浓度随时间变化曲线(DL=2m2/d及DL=8m2/d)

在x=5 m，y=5 m处硫化物浓度随时间的变化曲线可以看出，当泄漏连续发生时，在开始的一小段时间内污染物没有影响到该点，但随着时间的延长，污染物浓度由零逐渐增加，并趋于稳定。另外趋于稳定时，DL取上限时的污染物浓度值小于DL取下限时污染物的浓度值。
由于所采用计算公式未考虑介质的吸附、生物降解等自净能力，该预测模式下的污染物实际超标时间及超标浓度可能小于计算值。