铝矿排泥库泥浆泄漏对地下水影响分析

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410011）

铝生产企业排泥库环境影响评价过程中，需要对排泥库泄漏事故对地下水环境影响进行预测评价，本文根据广西某排泥库泄漏事故实际情况，通过解析法对排泥库地下水环境影响进行风险预测，同时，采样数值法对其进行预测对比分析。两种方法结果相互校验，并与实际泄漏事故监测结果进行对比分析。

1 风险工况

铝矿排泥库用于堆积储存选矿矿泥和废水，由于排泥库区规模较大、服务年限较长，排泥库内及其附近地表、地下岩溶发育，并且在空间上又具有不均一性和有一定预测难度，排泥库内可能存在未查明的岩溶点，当库内泥浆堆存量较多，地面增载加大时，下伏浅层溶洞、溶槽安全顶板厚度或强度不足时，可能造成库底防渗层破坏及泥浆泄漏，进而污染库区及其下游地下水水源及农田。排泥库泄漏污染因子主要是SS。根据某排泥库2016年某泄漏事故的数据进行预测分析。

2 铝矿排泥库对地下水环境影响预测评价方法

（1）解析法。河流水质模型是岩溶管道发育地区溶质运移模拟最常用方法[1]。由于泥浆中污染物仅为SS，作为保守性污染物，不考虑迁移过程中污染物的源汇项和污染物在地下暗河的吸附、挥发、生物化学反应等，适用于河流一维稳态水质模型[2]。因此，采用河流污染物运移数学模型对风险工况下排泥库对地下水环境影响进行预测评价。

泥浆泄漏进入地下河后，地下河中悬浮物的初始浓度采用河流完全混合模式进行计算：

式中：C0为初始浓度，mg/L；Qp为污水排放量，m3/s；Cp为污染物排放浓度，Cp，mg/L；Qh为上游来水量，m3/s；Ch为上游来水污染物浓度，mg/L。

采用河流一维稳态水质模式，计算泥浆泄漏进入地下河中悬浮物的浓度和影响范围：

式中：C0为初始浓度，mg/L；K为沉降系数，1/d；u为地下河流速，m/s；x为沿地下河方向距离，m；c为位于污染源（排放口）下游x处的水质浓度，mg/L。

图1 一维稳定流动二维水动力弥散问题污染物运移示意图

（2）数值法。A.水流模型。假定评价区为非均质各向异性，则三维地下水流非稳定运动的数学模型可表示为：

B.污染物运移模型。水是溶质运移模型的载体，地下水溶质运移数值模拟应在地下水流场模拟基础上进行。溶质运移模型控制方程为：

实际工程中常用的一维河流稳态水质模型仅将暗河管道作为研究对象，主要考虑污染物的初始浓度、流速和污染物的沉降系数等，而不考虑暗河管道之外区域对污染物运移的影响，其所得结果为一粗略近似解。模型考虑的因素越多，要求获取的岩溶含水系统特征和水文地质参数越精细、越多。而实际岩溶含水系统的暗河发育位置、岩溶管道结构、水流特征、管道-裂隙交互参数等的获取均很难，涉及参数越多，模型实际应用越困难。因此，实际工程应用中，理论模型与实际条件之间达到一定平衡是关键。

3 解析法和数值法预测结果比较

3.1 事故源强

本次模拟选取悬浮物SS作为模拟因子，事故污染源强，见表1。

表1 事故污染源强

3.2 解析法预测结果

根据水文地质勘察资料，估算库区地下水进入地下河处上游来水量，考虑到岩溶地区的复杂性，本着风险最大化原则，将库区汇水量加上整条支流的汇水量之和作为上游来水量，枯水期约为0.8m3/s。根据现状监测，将排泥库区地下水进入地下河处的悬浮物浓度作为上游地下河中的浓度，枯水期约为4.0mg/l。枯水期泥浆从库区泄露运移到地下河出口处的时间为10天，平均流速为0.0174m/s。采用河流一维稳态水质模式，计算风险情况下排泥库对地下水的影响，计算结果见表2。

表2 枯水期解析法预测排泥库对地下水的影响

根据计算结果可知，枯水期排泥库泄露在地下河出口，即距离排泥库10000m处的泥浆悬浮物SS的浓度为18148.3mg/L。

3.3 数值法预测结果

（1）初始条件。本次模拟将补给浓度边界和注水井处的初始浓度定为C0，其余地方均为0mg/L，具体表述为：

（2）边界条件。本次模拟将含水层各个边界均看做二类边界条件（Neumann边界），且穿越边界的弥散通量为0，具体可表述为：

式中：Г2为Neumann边界。

（3）溶质运移参数。溶质运移模型最重要的参数是水动力弥散系数。项目位于岩溶强发育区，岩溶介质为管道裂隙型，地下水运动为管道裂隙流，水文地质单元相对清晰，岩溶渗漏受构造裂隙的控制，表现为渗漏途径较短，渗漏量较稳定，造成对地下水的带状污染。岩溶管道弥散度参数参考前人在岩溶管道进行的相关野外试验研究成果，从风险最大原则出发，取纵向弥散度400m。

（4）模拟结果。图中为库区泄漏40d后污染羽等浓度线，可见污染物主要沿岩溶管道运移，SS污染物模拟期在某地下水出露点及地下河出口处的计算浓度见表3。

表3 数值法和解析法计算SS浓度结果对比表

图2 枯水期溶质运移预测结果图

根据2016年某排泥库泄漏事故的现场监测数据，该排泥库发生泄漏时，地下河出水口监测的悬浮物浓度为21900mg/L，随后开始下降，解析法和数值法在地下河出口处的的计算浓度分别为18148.3mg/L和17205.0mg/L，略小于实际情况。

4 结语

①通过数值法和解析法在相同源强情况下对排泥库泄漏对地下水的影响预测结果比较，数值法预测结果总体略小于解析法预测结果。解析法和数值法预测结果略小于实际情况。②解析法由于采用的是河流一维稳态模型，地下水流速相比数值法处理的暗河总体要快，因此解析法计算结果稍大。③在对水文地质模型进行合理概化基础上，数值方法计算结果和解析法计算结果总体较为接近，说明评价范围对溶质运移起主导作用的是暗河或岩溶管道。两种方法相互验证，进一步提高了预测结果的可靠性。