基于Modflow的废机油在地下水中迁移过程研究

文梅燕

(地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 (成都理工大学) 四川 成都 610059)

基于Modflow的废机油在地下水中迁移过程研究

文梅燕

(地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 (成都理工大学) 四川 成都 610059)

为了预测废机油对浅层地下水污染的危害程度，以蒲江县某废机油处置厂为研究对象，通过Modflow和MT3D模拟分析石油类污染物泄漏后在地下水中的运移情况。结果表明 (1)污染物初期在潜水含水层中会向拟建厂址下游方向扩散;(2)石油污染物超标和影响范围最远迁移至下游距拟建厂区约930m处。该研究为该区域地下水的水质提供了保障，具有重要的现实意义。

废机油;数值模拟;地下水污染

一、引言

当今社会经济的发展，城市汽车保有量不断增加，使得汽车用废机油的处置问题日益突出［1］。在国内外废机油主要是通过预处理及酸、碱洗涤等步骤去除渣质回收利用［2］。但是在回收过程中可能存在机油渗漏、设备损坏等非正常状况，试废机油泄漏后污染地下水环境［3］。本文以寿安某废机油处置项目为研究对象，在野外场地地质及水文地质调基础上，建立研究区水文地质概念模型，利用Modflow和MT3D来模拟石油类污染物在地下水中的移流、扩散和浓度的变化［4］，从而为废机油处置项目对地下水的污染提供定量依据。

二、研究区概况

研究区位于四川省蒲江县寿安镇寿安工业园园区。本项目场地范围内第四系全新统河流堆积砂、砾石层，普遍含水丰富，松散岩类孔隙水广泛分布于场地地区。地下水主要接受大气降水、上游地下水补给。区内多年平均降雨量1097.7－1805.4mm之间，是地下水的可靠补给来源。

三、数值模型的建立

(一)厂区的水文地质概念模型

本次模拟预测范围包括拟建项目场地及周边区域，包括了保护目标和环境影响的敏感区域，东南边界为弱流量边界，东北和西南给定水头边界，模拟预测范围约4km2。

(二)污染因子的选择

本次评价选用石油类作为预测因子。由于污染物迁移的复杂性，本次模拟计算仅研究等温状态的渗流情况。

(三)模拟区初始条件、网格划分的确定

模拟区域水文地质条件较为简单，地下水系统含水层与隔水层清楚，为了提高模拟精度，将岩性空间分布略有差异的浅层松散岩类孔隙含水层细分为两层，总共分为3层。

第1层厚0－20m，模型中概化为表层砂卵砾石层，水量丰富，主要出露在项目场地及其北西方向，呈南西－北东展布;第2层厚0－45m，模型中概化为砂质粉砂质砂土层，水量丰富，主要出露在项目场地及其北西方向，呈南西－北东展布，位于第一层砂卵砾石层之下;第3层厚约50m，岩性为泥岩夹砂、砾岩以泥质岩类沉积为主，为相对隔水层。

Modflow模型将拟建厂区南西角方向作为X轴，长度3941m，以南北方向为Y轴，宽4369m，垂直于XY平面为模型Z轴方向，地形垂向最大高程632m，最小469m，相对高差163m。根据地层富水性，每层将平面剖分为50行、50列，在项目厂区局部加密剖分网格。

(四)模型中水文地质参数的选取

①渗透系数。综合水文地质资料及试验，含水介质水平向与垂向差异取得渗透系，取值见表1。

表1 渗透系数取值

②弥散系数。弥散度是含水层中介质弥散特征的重要参数，横向与纵向弥散度比率为10，垂向与纵向弥散度比率为10。

③初始浓度。污染物在此模型中考虑为储存罐的泄漏，特征污染物为石油类，浓度90mg/L，设计泄漏时间2小时，泄漏速率1.58Kg/s。

四、模型模拟与检验

拟建厂区物理模型建立后，首先对初始渗流场进行拟合，对初始渗流场的各个参数进行校正。对模型进行稳定流计算，计算时间为1000天。拟建厂区天然渗流场。

模拟地下水主要接受大气降雨补给外，由于受到地形及地下水流向控制，区内地下水分主要向蒲江河排泄，同时利用实际调查中调查的水井设置为观测井。模型计算值所得水位与实际水位观测均值相对比，可得观测孔模拟水位与实际水位相差均小于0.5m。因此，模型计算结果与实际观测值基本相符，可以用于预测因子迁移运算。

五、非正常工况下石油类污染物的迁移模拟

根据建立的数学模型，对石油类污染物在浅层含水层中的浓度和迁移距离进行数值模拟预测。模拟时间分别为储存罐破损后的100d，1000d，针对风险事故的工况下可能对地下水水质产生的影响进行预测，模拟结果如图1。

图1 图a、b分别为100d和1000d石油污染晕运移分布图

根据对石油类污染物运移模拟可得以下规律:(1)随着时间的推移，污染物的羽状形态明显，其范围不断增大最终趋于稳定;(2)在污染晕图中，污染方向与地下水流方向一致，污染物的发展方向为蒲江河方向。

六、结果与讨论

利用建立的数学模型，对蒲江县某废机油处置项目产生的石油类泄漏污染物对含水层的污染情况进行了数值模拟预测。根据预测结果，在非正常工况下发生渗漏后，污染物污染晕初期在潜水含水层中会向拟建厂址下游方向扩散。其中石油污染物超标和影响范围最远迁移至下游距拟建厂区约930m处。故建议该项目在厂址建设期间必须做好严格的防渗工程，以保证拟建项目在正常工况及非正常工况时不会对拟建项目的周边环境保护目标造成影响。

［1］陈英华.浅析废机油处置监管现状及管理对策［J］.环境保护与循环经济，2013，33(06):71－72.

［2］樊泽霞，王兆兴，邓志宇，徐文康，张超.用废机油制备钻井液用极压润滑剂DRH－1的研究［J］.中国石油大学胜利学院学报，2015，29(02):15－18.

［3］万小岗，刘艳，陈晓谋，张灏.放射性废机油乳化技术研究［J］.环境工程，2015，33(S1):577－580+585.

［4］田杰，金鑫，贺缠生.基于MODFLOW的山区地下水径流数值模拟［J］.兰州大学学报 (自然科学版)，2014，50(03):324－332+337.

文梅燕 (1992－)，男，汉族，四川江安，研究生，成都理工大学，地下水污染与防治。