基于Visual MODFLOW的某药厂地下水污染模拟研究

(广东省水文地质大队，广东 广州 510510)

基于Visual MODFLOW的某药厂地下水污染模拟研究

王劲骥

(广东省水文地质大队，广东 广州 510510)

以某药厂作为研究区，应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型，模拟了污水池底部防渗破损非正常工况下4种特征污染物运移情况，数值模拟预测污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。由预测结果可知：污染物主要沿水流方向运移，对水环境的影响随时间逐渐增大；在重力的作用下从地表逐步渗入深层，造成局部的地下水环境污染，在计算时间段内，二氯甲烷、CODMn、氨氮和酚的渗漏会对厂区地下水水质造成一定的影响，导致局部地区地下水中的污染物超标，但是20 a的污染物均未扩散至厂界范围以外。

药厂；Visual MODFLOW；溶质运移；地下水污染模拟

制药工业是我国环保规划治理的重点行业之一，其废水排放量占整个工业的2%，具有“浓度高、毒性大、色度深”等特点，是水污染源的重点之一。由于我国制药行业的迅猛发展，以及废水处理技术的相对落后，制药废水乱排现象严重，制药工业废水乱排乱放对生态环境造成了严重危害，直接威胁了人类生活环境及人们的人身安全，值得政府及每一个人关注。

近几十年来，随着地下水科学和计算机科学的发展，地下水数值模拟也得到了快速发展，MODFLOW是由美国地质调查局开发出的一套专门用于孔隙介质中三维有限差分地下水流数值模拟的软件。加拿大Waterloo水文地质公司在原MODFLOW软件的基础上应用现代可视化技术开发研制出Visual MODFLOW，具有合理的菜单结构、友好的界面、功能强大的可视化特征和极好的软件支撑应用，VisualMODFLOW 解决地下水污染模拟的问题有不少先例。王钰基于Visual MODFLOW对某尾矿库地下水污染进行了模拟，张韵基于VisualModflow的对某化工园区地下水污染进行了预测。喻佳基于VISUALMODFLOW的对某电厂进行了地下水污染研究等等。

本文以某药厂作为研究区，将研究区进行合理概化后，应用Visual MODFLOW 建立了地下水水流模型和溶质运移模型，模拟了污水池底部防渗破损非正常工况下4种特征污染物运移情况。模拟结果可以为药厂地下水环境影响评价和治理提供科学依据。

1 研究区概况

厂区周边地貌单元为中低山区丘陵山坡地，场地总体地势起伏不大，地形主要为东、北高中间底，地面标高最高处为443.9 m，相对高差约为300 m。厂区地层主要为第四系素填土、残坡积土，基底为泥盆系灰岩。

厂区周边地下水类型为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。厂区地处亚热带，雨量充沛，大气降雨为地下水的主要补给来源。地下水排泄主要以渗流形式流向河流，此外，厂区内现状多为灌木丛，地面蒸发和植物叶面蒸腾也是其较为重要的排泄途径。厂区地下水受季节性变化较为明显。

2 模型建立

2.1 概念模型

根据地下水的赋存条件、水力性质及地层岩性组合特征，厂区地下水类型可划分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙岩溶水两大类。第四系残坡积层孔隙潜水的补给来源以大气降水补给和相邻层位侧向补给为主。基岩裂隙岩溶水赋存在风化灰岩岩溶裂隙中，富水性较好，水量受其岩性，岩溶、裂隙等发育程度及充填情况控制。

将模拟的含水层概化为非均质各向同性含水层。另因模拟区地下水开采规模较小，地下水水流各要素不随时间变化，为稳定流。为此将模拟区地下水流概化成非均质各向同性稳定三维地下水流系统。

2.2 水流模型

2.2.1 空间离散

建模过程中，垂向上将模拟区概化为两层结构模型。平面上将模型剖分为7×7 m，污染羽附近加密为1×1 m的网格对污染物迁移过程进行精细刻画。模拟网格剖分图见图1。

图1 模拟平面网格剖分图

2.2.2 源汇项的处理

厂区的源汇项主要包括补给项和排泄项。侧向补给是项目区潜水的主要补给来源，现状条件下，模拟区内潜水的主要排泄方式有潜水蒸发、越流补给、侧向径流排泄三种方式。

2.2.3 边界条件

本次模拟地下水流向整体为自西南向东北方向，与地形地貌一致，西南和东北方向根据流场处理为定水头边界，其他两侧垂直于等水位线的方向处理为隔水边界，模型上边界为降水入渗补给、蒸发边界，厂区多年平均年降水量在1 400 mm左右(降雨入渗系数ɑ=0.1)。

2.2.4 含水层参数

综合厂区水文地质抽水实验以及经验参数，并通过计算水位和实际水位拟合分析，反复调整参数，最终得到了含水层参数，确定研究区潜水含水层的水平渗透系数为0.04～0.25 m/s，给水度为0.2，有效孔隙度为0.15，基岩裂隙溶洞水含水层的水平渗透系数为5 m/d，给水度为0.22，有效孔隙度为0.2。

2.3 模型识别

由于参数分区和参数初值的选取较客观的反映了模拟区的实际水文地质条件，加之细致的调参拟合，模型识别取得了较为理想的效果，模拟后的流场见图2。

3 污染物模拟预测

根据项目的工艺特点，选取二氯甲烷为预测因子，浓度设定为150 mg/L，限制值0.02 mg/L；选取CODMn为预测因子，CODMn浓度设定为1 333 mg/L，限制值3.0 mg/L；选取氨氮为预测因子，氨氮浓度为30 mg/L，限制值0.2 mg/L。选取酚为预测因子。酚浓度设定为0.8 mg/L；限制值0.002 mg/L。

泄漏时间：假设污水池防渗破损，污水中二氯甲烷发生泄露。泄露点下游20 m处设置浓度观测井，观测到泄露发生220 d后，监测到二氯甲烷超过限制值0.02 mg/L，因此，假设220后采取措施，污染物停止泄露。同理，污水中CODM泄露时间为365 d。污水中氨氮泄露时间为365 d。污水中酚泄露时间为365 d。各因子预测对地下水水质的影响如表1所示。

图2 模型校正后流场图

预测因子时间污染羽范围/m2最大迁移距离/m中心点浓度/mg/L二氯甲烷CODMn氨氮酚100d1928161000d390302.510a954530.3520a1860620.1100d2841401000d91143510a8015620a--1.82633.02660120.860--0.14-----100d410.051000d65130.01610a34110.00320a---

根据预测结果，二氯甲烷在20 a后中心点浓度0.1 mg/L，其最大迁移距离为32 m，影响范围较广，而CODMn、氨氮和酚20 a后中心点浓度均小于限制值。

4 结语

拟建项目按照按制药项目的建设规范要求，在正常工况下没有污染物渗漏，建设项目对下水环境影响很小。假设厂区在非正常工况下发生污水处理池泄漏，计算其对地下水的环境影响。结果表明，在出现事故的情况下若没有防渗措施，污染物通过损坏或不合格的防渗层、未防渗的地段等在重力的作用下从地表逐步渗入深层，造成局部的地下水环境污染，在计算时间段内，二氯甲烷、CODMn、氨氮和酚的渗漏会对厂区地下水水质造成一定的影响，导致局部地区地下水中的污染物超标，但是20 a的污染物均未扩散至厂界范围以外。故项目在进行针对性防渗处理以后，当防渗措施正常发挥作用时，防渗层能有效阻隔污染下渗污染地下水环境。

[1]薛禹群.中国地下水数值模拟的现状与展望[J].高校地质学报.2010.16(1):1-6．

[2]王庆永,贾忠华,刘晓峰,等.Visual MODFLOW及其在地下水模拟中的应用[J].水资源与水工程学报.2007.18(5):90-92．

[3]王钰,强怡星,杨海瑞.基于 Visual MODFLOW 的某尾矿库地下水污染模拟[J].水资源与水工程学报.2015.26(5):93-99．

[4]张韵,龚继,程艳茹，等.基于Visual Modflow的某化工园区地下水污染预测[J].地下水.2016.38(2):88-90.

[5]张韵,龚继,程艳茹，等.基于Visual Modflow的某化工园区地下水污染预测[J].地下水.2016.38(2):88-90.

[6]喻佳. 基于Visual Modflow的某电厂地下水污染研究[D].合肥工业大学.2014.

SimulationstudyofgroundwaterpollutioninapharmaceuticalfactorybasedonVisualMODFLOW

WANGJin-ji

(Guangdong hydrogeological group, Guangzhou,Guangdong, 510510, China)

From a pharmaceutical company as the study area, the application of Visual MODFLOW to establish the model of the groundwater flow and solute transport model, simulation of the sewage tank bottom seepage characteristics of 4 kinds of non damaged pollutant migration under normal condition, numerical simulation and prediction of pollutants exceed the standard range of influence range and the migration distance. The predicted results show that pollutants mainly migrate along the direction of water flow, and the influence on water environment increases with time.In the calculation of time, leakage of dichloromethane, CODMn, ammonia and phenol will cause a certain impact on the groundwater quality in the factory, resulting in groundwater pollutants exceed the standard local area, but 20 years of pollutants were not spread to outside the factory.

pharmaceutical factory；Visual MODFLOW；solute transport；groundwater pollution simulation

X523

A

1004-1184(2017)05-0072-02

2017-06-12

王劲骥(1983-) ，男，湖南郴州人，工程师，主要从事水工环地质方面生产工作。