眭素剛 ，徐世光 ，劉文連，范柱國，丁茂斌，韋立德，馬宏杰

(1. 昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明，650093；2. 中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明，650224；3. 云南省地礦局，云南 昆明，653100；4. 中國科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢，430071)

對(duì)污染物在非飽和土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究始于20世紀(jì)80年代，學(xué)者們?cè)谘芯糠秋柡蛶诌\(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，開始研究污染物在非飽和土壤中的遷移規(guī)律。在最初階段所采用的示蹤劑大都是鹽類或保守性物質(zhì)，通過大量的室內(nèi)及野外土柱物理模擬試驗(yàn)，確定非飽和帶垂向一維彌散系數(shù)和衰減系數(shù)[1-2]。此后，隨著研究工作的深入，逐步開始研究重金屬在非飽和帶的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，考慮土壤液相和固相濃度的分配系數(shù)，并借助于Henry，F(xiàn)reundlich和Langmuir的等溫吸附模式來表示液相和固相濃度吸附和解吸問題[3-4]。我國對(duì)污染物在非飽和土壤中遷移轉(zhuǎn)化的研究已開始重視，如楊金忠等[5]用NaCl作為污染物的示蹤劑，采用電導(dǎo)率法測(cè)定土柱內(nèi)的濃度分布；呂家瓏等[6]對(duì)土壤中磷的運(yùn)移進(jìn)行研究；王亞男等[7]對(duì)含磷污水淋濾條件下土壤中磷遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。我國學(xué)者的研究大部分是在確定性模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的一維垂向和均質(zhì)的溶質(zhì)運(yùn)移室內(nèi)研究，這些成果在自然界實(shí)際土壤中應(yīng)用時(shí)，有時(shí)偏差較大。國內(nèi)許多研究者應(yīng)用土壤及地下水溶質(zhì)運(yùn)移研究成果，結(jié)合尾礦庫自身的特點(diǎn)對(duì)此進(jìn)行研究。馬騰等[8]在對(duì)我國南方某大型尾礦庫庫區(qū)水文地質(zhì)條件概化的基礎(chǔ)上，討論了不同條件下 U(VI)在地下水中的遷移情況，建立的是二維計(jì)算模型，巖土介質(zhì)采用的是飽和滲流模型。徐曉春等[9]通過對(duì)銅陵鳳凰山礦林沖尾礦庫中重金屬元素的空間分布特征及相關(guān)土壤、水系沉積物和植物中重金屬元素含量變化的研究，探索尾礦重金屬元素的空間變化和遷移規(guī)律，分析其對(duì)周圍環(huán)境的影響及潛在危害性。張建軍[10]以某尾礦壩為研究對(duì)象，巖土介質(zhì)采用飽和滲流模型，采用數(shù)值模擬方法建立二維計(jì)算模型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，定量分析礦漿中銅離子遷移規(guī)律。為此，本文作者應(yīng)用土壤及地下水溶質(zhì)運(yùn)移研究成果，結(jié)合尾礦庫自身的特點(diǎn)，對(duì)尾礦庫中重金屬元素的空間分布特征及相關(guān)土壤、水系沉積物和植物中重金屬元素含量變化進(jìn)行研究，了解尾礦重金屬元素的空間變化和遷移規(guī)律。目前，通過試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等方法，已經(jīng)取得了一定成果，但其對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移分析都是建立在飽和巖土介質(zhì)滲流模型基礎(chǔ)之上。某渣場(chǎng)使用至今已50 a，庫容已接近使用極限，渣場(chǎng)堆渣含有氟和鋅等元素，并長(zhǎng)期無屏障堆放，其有害物質(zhì)受大氣降水淋濾直接或間接進(jìn)入渣場(chǎng)下覆黏土層中，對(duì)渣場(chǎng)周邊地下水可能形成一定的污染。降雨引起該渣場(chǎng)污染物運(yùn)移是典型的三維溶質(zhì)遷移問題。通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)非飽和土壤彌散、滲流特性試驗(yàn)，考慮非飽和滲流過程的溶質(zhì)遷移數(shù)值模擬方法，并運(yùn)用國際商用軟件COMSOL Multiphysics對(duì)研究區(qū)建立污染物遷移模擬計(jì)算模型，運(yùn)用 COMSOL Multiphysics的標(biāo)準(zhǔn)模型，即無限制蓄水層垂直斷面上的穩(wěn)態(tài)滲流以及污染物瞬態(tài)傳輸，模型使用流體流動(dòng)和溶質(zhì)傳輸?shù)亩辔锢韴?chǎng)耦合，應(yīng)用達(dá)西方程和對(duì)流擴(kuò)散方程，分析隨時(shí)間推移污染物在非均質(zhì)介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律[11]，即分析渣場(chǎng)當(dāng)前污染物傳播范圍與濃度分布規(guī)律，并預(yù)測(cè)將來污染物傳播范圍與濃度分布規(guī)律，以便為渣場(chǎng)的閉庫治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水主要類型為坡、殘積黏土孔隙水和碳酸鹽巖巖溶水?？紫端趨^(qū)間處于盆地邊緣地帶，含水性差，含微量上層滯水，一般多為雨季含水。大氣降水是場(chǎng)地內(nèi)坡、殘積黏土孔隙水的主要補(bǔ)給來源。大氣降水進(jìn)入渣場(chǎng)后，在渣體內(nèi)以垂直運(yùn)動(dòng)為主，到達(dá)坡、殘積土層頂面，由于場(chǎng)地內(nèi)坡、殘積黏土具微透水性，所以，孔隙水在空間上以沿黏土頂面水平運(yùn)動(dòng)為主，向下運(yùn)動(dòng)為輔，向低基準(zhǔn)面徑流，或沿溝谷邊緣排泄。由于場(chǎng)地內(nèi)坡、殘積黏土層厚為 1.8～29.2 m，一般層厚達(dá)4.0 m以上，平均厚度為10.9 m，呈連續(xù)分布，直到盆地邊緣，即場(chǎng)地內(nèi)孔隙水垂直下滲受阻，所以，場(chǎng)地內(nèi)上部坡、殘積黏土孔隙水與場(chǎng)地內(nèi)下部碳酸鹽巖巖溶水水力聯(lián)系較弱，巖溶水補(bǔ)給范圍廣，埋藏深，場(chǎng)地地下水埋深達(dá)120 m以上。通過各種形態(tài)巖溶及構(gòu)造裂隙接受補(bǔ)給并向深部運(yùn)移、匯集和儲(chǔ)存，巖溶水的運(yùn)動(dòng)受斷裂構(gòu)造影響，總體上，由北往南運(yùn)動(dòng)。

1.2 渣場(chǎng)堆積物性質(zhì)

渣場(chǎng)主要堆積在溝谷內(nèi)，溝谷橫斷面呈“U”字型，溝谷呈西北高南東低。堆積渣呈北西—南東走向，渣場(chǎng)走向長(zhǎng)約438 m，最寬處約380 m。鉆孔結(jié)果表明：渣場(chǎng)堆積物成分主要是熔煉渣①，其次為薄層施工棄土①1。熔煉渣厚度為0.30～36.60 m，整個(gè)渣場(chǎng)均有分布，熔煉渣粒徑大于 2 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為32.3%，小于總質(zhì)量的50%，但達(dá)到總質(zhì)量的25%，而徑粒大于0.075 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為85.8%，超過總質(zhì)量的50%，因此，根據(jù)粒徑組類的劃分標(biāo)準(zhǔn)[12]，場(chǎng)地內(nèi)堆積熔煉渣普遍為礫砂類(局部地段為粗砂類)；施工棄土一般呈可塑狀態(tài)，厚度為0.20～5.40 m，在渣場(chǎng)局部分布，但平面上不連續(xù)，無規(guī)律性。渣場(chǎng)下伏場(chǎng)地主要由黏土②、黏土②1及灰?guī)r③組成。黏土②呈硬塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，厚度為0.60～29.20 m，整個(gè)場(chǎng)地均有分布；黏土②1呈可塑狀態(tài)，厚度為0.4～2.1 m，在場(chǎng)地局部地段分布，并且都是分布在黏土與灰?guī)r的接觸面上。

為了對(duì)渣場(chǎng)堆存的堆積物的性質(zhì)進(jìn)行鑒別，對(duì)渣場(chǎng)熔煉渣①、施工棄土①1、黏土②1及黏土②共4個(gè)典型地層取樣，并對(duì)其浸出毒性試驗(yàn)(共對(duì)15個(gè)元素及其化合物(Cr+，Hg，F(xiàn)，Ag，CN，Se，Ba，Be，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb，Zn和 As)進(jìn)行鑒別)，判定具有浸出毒性特征的危險(xiǎn)物有熔煉渣①和施工棄土①1[13]，其質(zhì)量濃度超標(biāo)元素為F-和Zn(表1)。15個(gè)元素試驗(yàn)結(jié)果中只有F-和Zn質(zhì)量濃度超過了GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》最高允許排放質(zhì)量濃度[14]，并且浸出毒性試驗(yàn)質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的渣場(chǎng)堆積體淋濾水的質(zhì)量濃度，所以，該渣場(chǎng)污染物元素及其化合物為F-和Zn。

表1 樣品浸出液中危害成分質(zhì)量濃度Table 1 Concentration limits in sample leaching solution harm ingredients mg/L

由于渣場(chǎng)堆積體以干堆為主，含水量小，蒸發(fā)后基本不含水，渣場(chǎng)堆積體對(duì)附近土壤、地下水的污染主要通過因大氣降水而形成堆積體淋濾水的滲透、吸附、遷移，所以，對(duì)渣體淋濾水的試驗(yàn)尤為重要。為取得渣體淋濾水的污染遷移物的真實(shí)質(zhì)量濃度，本研究對(duì)渣體淋濾水進(jìn)行試驗(yàn)。其試驗(yàn)方案如下：在渣體內(nèi)埋設(shè)PVC管，PVC管直接埋深到渣體底部，PVC管底部0.80 m以上全部打上過濾孔，收集渣體在降雨條件形成的淋濾水，PVC管頂部密封，以1 a為試驗(yàn)周期，在降雨后7，15和30 d收集淋濾水進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明：降雨后15 d與30 d淋濾水試驗(yàn)結(jié)果相近，說明在降雨15 d后，渣體淋濾水污染物質(zhì)量濃度達(dá)到穩(wěn)定，比較接近實(shí)際渣場(chǎng)堆積體淋濾水的質(zhì)量濃度。

表2 淋濾水樣分析結(jié)果Table 2 Analysis result of leaching water sample mg/L

2 非飽和土壤彌散和滲流特性試驗(yàn)

2.1 非飽和土壤彌散特性試驗(yàn)

土壤水動(dòng)力彌散系數(shù)，即土壤溶質(zhì)擴(kuò)散彌散系數(shù)，是應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對(duì)土壤水鹽、農(nóng)藥、重金屬等運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量分析的必不可少的參數(shù)之一。非飽和土壤水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)的測(cè)定采用水平土柱法，本次試驗(yàn)共選取了黏土②及熔煉渣① 2種主要材料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3和4。

由表3和4可見：黏土②及熔煉渣① 2種土壤水?dāng)U散率D(θ)和非吸附性溶質(zhì) Cl-1的水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)與土壤含水率θ呈顯著冪函數(shù)關(guān)系(圖1)，對(duì)同一土壤而言，隨著含水率的增加，水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)及土壤水?dāng)U散率D(θ)呈冪函數(shù)關(guān)系遞增；在相同含水率條件下，水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)大于土壤水?dāng)U散率D(θ)；在試驗(yàn)含水率范圍內(nèi)，熔煉渣①的D(θ)和Dsh(θ)分別大于黏土②的D(θ)和Dsh(θ)。試驗(yàn)結(jié)果反映了2種不同土壤這一溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)的變化特征，這種特征與土壤水分的運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系，即在非飽和土壤水分過程中，入滲的速率直接影響溶質(zhì)的運(yùn)移狀況，在相同含水量條件下，熔煉渣①的溶質(zhì)運(yùn)移速率要大于黏土②的溶質(zhì)運(yùn)移速率。

表 3 熔煉渣①D(θ)和 Dsh(θ)試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test result of slag ① D(θ) and Dsh(θ)

表 4 黏土②D(θ)和 Dsh(θ)試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test result of clay ② D(θ) and Dsh(θ)

2.2 非飽和土壤滲流特性試驗(yàn)

土的水分特征曲線定義了壓力水頭與土壤含水率之間的函數(shù)關(guān)系，它和水力傳導(dǎo)率決定了水分和化學(xué)物質(zhì)在土壤中的運(yùn)移速度，通過土水特征曲線可獲得非飽和土的滲透函數(shù)、抗剪強(qiáng)度等有關(guān)參數(shù)，其可靠性直接影響著模型的預(yù)測(cè)結(jié)果[15-16]。本次非飽和土壤滲流特性試驗(yàn)共選取了黏土②及熔煉渣① 2種材料，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5和表6。本次試驗(yàn)選取van Genuchten提出的模型(VG模型) 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(圖 2和圖3)。

表5 黏土②試樣土-水特征曲線測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Test data of clay ② soil-water characteristics curve

圖 1 D(θ)、Dsh(θ)與 θ關(guān)系曲線Fig.1 Relationship curve of D(θ), Dsh(θ) and θ

表6 熔煉渣①試樣土-水特征曲線測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 6 Test data of slag ① soil-water characteristics curve

圖2 黏土②試樣土-水特征曲線圖Fig.2 Clay ② soil-water characteristics curve graph

圖3 熔煉渣①試樣土-水特征曲線圖Fig.3 Slag ① soil-water characteristics curve graph

土的水分特征曲線受多種因素的影響，不同質(zhì)地的土壤，其水分特征曲線各不相同，差別比較明顯。黏粒含量越高，其比表面和可能的結(jié)合水質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，在相同含水率下的吸力越大，在相同吸力條件下儲(chǔ)水能力越強(qiáng)，脫水速度越慢[15]。非飽和土中水的滲透主要與吸力相關(guān)，當(dāng)吸力增加時(shí)，滲透系數(shù)下降。圖2與圖3所示分別是黏土②與熔煉渣① 2種土的體積含水率與吸力水頭的關(guān)系比較結(jié)果，可以看出：在相同含水率下，黏土②的吸力遠(yuǎn)大于熔煉渣①，同一吸力水頭下黏土②土樣的持水性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熔煉渣①土樣的持水性能。

3 渣場(chǎng)污染物遷移模擬計(jì)算

為模擬污染物濃度的時(shí)空變化規(guī)律，并預(yù)測(cè)污染地下水的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)與可能影響的范圍，對(duì)渣場(chǎng)地下環(huán)境滲流場(chǎng)三維數(shù)值模擬分析和污染物運(yùn)移場(chǎng)三維數(shù)值模擬分析，研究污染物濃度分布規(guī)律。本次數(shù)值模擬采用包含污染物運(yùn)移數(shù)值模擬算法的國際商用軟件Comsol Multiphysics進(jìn)行[17-18]。滲流場(chǎng)按照飽和-非飽和穩(wěn)定滲流模擬，污染物運(yùn)移場(chǎng)按照非穩(wěn)定溶質(zhì)運(yùn)移模擬。

3.1 計(jì)算模型

熔煉渣①和施工棄土①1是污染源，施工棄土①1呈不連續(xù)分布且含量少，將熔煉渣①和施工棄土①1合并為同一地層建模，設(shè)為材料 1；系列地層②以黏土②為主，黏土②1與黏土②滲透系數(shù)在同一數(shù)量級(jí)，將這些地層合并為同一地層建模，設(shè)為材料 2；因地下水位埋葬深，近50 m厚度范圍內(nèi)灰?guī)r不受地下水位變動(dòng)影響，將這個(gè)范圍內(nèi)的灰?guī)r作為同一地層建模，設(shè)為材料 3；受地下水位影響范圍的灰?guī)r作為同一地層建模，設(shè)為材料 4；灰?guī)r③以下為滲透系數(shù)低的隔水層巖石作為一地層建模，設(shè)為材料 5。采用了貫穿渣場(chǎng)的10個(gè)剖面建模，模型長(zhǎng)為1.840 km，寬為0.89 km，最大高度差為 0.439 km, 生成 14 620個(gè)節(jié)點(diǎn)67 968個(gè)單元(圖 4)。

圖4 三維計(jì)算幾何模型(從東南往西北看，單位：m)Fig.4 3-dimension geometric model (seen from southeast to northwest)

3.2 滲流問題初始及邊界條件確定

渣場(chǎng)頂部接受降雨垂直入滲，屬于第二類的給定通量邊界。北邊界地下水位以下部分以場(chǎng)地北部靜止水位(埋深130 m)對(duì)應(yīng)的空間水位設(shè)置水頭邊界條件，地下水位以上部分按照該處是分水嶺可以設(shè)置為對(duì)稱邊界(隔水邊界)；東邊界地下水位以下部分以場(chǎng)地東部靜止水位(埋深 120 m)對(duì)應(yīng)的空間水位設(shè)置水頭邊界條件，地下水位以上部分按照該處是分水嶺可以設(shè)置為對(duì)稱邊界(隔水邊界)；南邊界地下水位以下部分以場(chǎng)地南部靜止水位(埋深 100 m)對(duì)應(yīng)的空間水位設(shè)置水頭邊界條件，地下水位以上部分按照該處是分水嶺可以設(shè)置為對(duì)稱邊界(隔水邊界)；西邊界地下水位以下部分以場(chǎng)地西部靜止水位(埋深 148 m)對(duì)應(yīng)的空間水位設(shè)置水頭邊界條件，地下水位以上部分按照該處是分水嶺可以設(shè)置為對(duì)稱邊界(隔水邊界)。

對(duì)于渣場(chǎng)，考慮到降雨后部分水分很快入滲到渣體下部和黏土交界部位儲(chǔ)存起來，上部渣體覆蓋層厚而蒸發(fā)量少，因此，渣場(chǎng)頂部入滲流量為渣場(chǎng)所在地區(qū)年降雨量(1 011.8 mm)，頂部入滲平均速度為3.2×10-8m/s。對(duì)于渣場(chǎng)外圍地面，考慮到上覆層黏土滲透系數(shù)小、入滲率低，存在蒸發(fā)量和地表徑流等因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取頂部入滲流量為場(chǎng)地年降雨量的 5%，頂部入滲平均速度為1.6×10-9m/s。

3.3 污染物彌散問題初始及邊界條件確定

渣場(chǎng)頂部設(shè)置通量邊界，其量值近似設(shè)置為(3.2×10-8)·ρ，ρ為表2中CK-3試樣污染物的質(zhì)量濃度。北邊界設(shè)置為0 mg/L濃度邊界，南邊界設(shè)置為平流通量邊界，其余邊界設(shè)置為0通量邊界。材料1中水的初始濃度為x，其余材料初始濃度為0 mg/L。

3.4 計(jì)算材料參數(shù)

黏土層滲透系數(shù)主要參考了室內(nèi)、外試驗(yàn)結(jié)果，并適當(dāng)考慮了重力耦合作用。計(jì)算中材料1和材料2設(shè)置為飽和-非飽和滲流特性材料，它們的土水特征曲線如圖2和圖3所示，相對(duì)滲透率與有效飽和度相同，其他材料設(shè)置為飽和滲流特性材料(表7和表8)。

表7 滲流計(jì)算采用的材料參數(shù)表Table 7 Material parameter table used in seepage calculation

表8 彌散試驗(yàn)計(jì)算采用的材料參數(shù)Table 8 Material parameter table used in dispersion test calculation

3.5 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果，不考慮吸附作用，進(jìn)行污染因子的運(yùn)移計(jì)算，模擬時(shí)間分別為30，52，60和100 a。由氟和鋅濃度變化分布云圖可以看出(圖 5)：隨著時(shí)間推移，具有渣場(chǎng)溶液濃度的溶液慢慢往下、東、西方向遷移，往下遷移到地下水附近，氟和鋅彌散速度很大，導(dǎo)致擴(kuò)散很快，從而再往下位置氟和鋅濃度不再因時(shí)間推移而增大；100 a內(nèi)氟質(zhì)量濃度等于0.001 kg/m3，沿著地表在水平方向向東(西)遷移距離不足170 m(圖6和圖7)；100 a內(nèi)Zn質(zhì)量濃度等于0.000 5 kg/m3，沿著地表在水平方向向東(西)遷移距離不足100 m。從不同剖面對(duì)比情況可以看出：雖然具體數(shù)量上有不同之處，但是都有共同點(diǎn)；隨著時(shí)間推移，具有渣場(chǎng)溶液濃度的溶液逐漸往下和東(西)方向遷移，往下遷移到地下水附近，氟和鋅彌散速度很大，導(dǎo)致擴(kuò)散很快，從而再往下位置氟和鋅濃度不再因時(shí)間推移而增大。100 a內(nèi)渣場(chǎng)氟遷移到灰?guī)r中巖溶水的濃度小于0.001 kg/m3，即100 a內(nèi)渣場(chǎng)下灰?guī)r中巖溶水的氟質(zhì)量濃度滿足Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)[19]；100 a渣場(chǎng)Zn遷移到灰?guī)r中地下水的質(zhì)量濃度小于0.000 5 kg/m3，即100 a內(nèi)渣場(chǎng)下灰?guī)r中地下水的Zn質(zhì)量濃度滿足Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)[19]。

圖5 20-20′剖面氟100 a預(yù)測(cè)質(zhì)量濃度分布云圖Fig.5 Predicted density distribution cloud graph of 20-20′section fluorine at 100 a

表9 渣場(chǎng)周邊水樣試驗(yàn)結(jié)果表Table 9 Test result table of water sample surrounding slag dump

圖6 27-27′剖面往西100 m處氟100 a質(zhì)量濃度分布云圖Fig.6 Density distribution cloud graph of 27-27′ section westward 100 m fluorine at 100 a

圖7 27-27′剖面往東100 m處氟100 a質(zhì)量濃度分布云圖Fig.7 Density distribution cloud graph of 27-27′ section eastward 100 m fluorine at 100 a

為驗(yàn)證渣場(chǎng)對(duì)周邊附近地表和地下水現(xiàn)狀污染情況，分別在渣場(chǎng)附近取地表和地下水進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn)(表9)。試驗(yàn)結(jié)果表明：渣場(chǎng)周邊地表和地下水屬于Ⅱ類水范圍[19]，即渣庫現(xiàn)狀下(已經(jīng)運(yùn)行52 a)并未對(duì)周邊地表水和地下水形成污染。這也驗(yàn)證了采用Comsol Multiphysics軟件對(duì)渣場(chǎng)污染物遷移模擬分析的可靠性。

4 結(jié)論

(1) 通過對(duì)熔煉渣①及黏土② 2種材料非飽和土壤非吸附性溶質(zhì)的綜合擴(kuò)散彌散系數(shù)Dsh(θ)試驗(yàn)，得出2種土壤水?dāng)U散率D(θ)和非吸附性溶質(zhì)Cl-1的水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)與土壤含水率θ呈顯著冪函數(shù)關(guān)系，對(duì)同一土壤而言，隨著含水量的增加，水動(dòng)力彌散系數(shù)Dsh(θ)及土壤水?dāng)U散率D(θ)呈冪函數(shù)關(guān)系遞增。試驗(yàn)結(jié)果反映了2種不同土壤這一溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)的變化特征，這種特征與土壤水分的運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系，即在非飽和土壤水分過程中，入滲的快慢直接影響溶質(zhì)的運(yùn)移狀況，表現(xiàn)在相同含水量條件下，熔煉渣①溶質(zhì)運(yùn)移的速率要大于黏土的溶質(zhì)運(yùn)移速率。

(2) 通過對(duì)熔煉渣①及黏土② 2種材料非飽和土滲流特性試驗(yàn)，同一吸力水頭下黏土②土樣的持水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熔煉渣①的持水能力。

(3) 采用Comsol Multiphysics軟件，對(duì)渣場(chǎng)污染物進(jìn)行遷移模擬分析。不考慮吸附作用，進(jìn)行污染因子的運(yùn)移計(jì)算，模擬時(shí)間分別為30，52，60和100 a。渣場(chǎng)污染物在水平方向污染范圍不超過170 m，100 a內(nèi)渣場(chǎng)污染物氟和鋅的遷移污染對(duì)周邊地下水污染濃度滿足二類水標(biāo)準(zhǔn)的。對(duì)渣場(chǎng)周邊地下水進(jìn)行取水試驗(yàn)，渣場(chǎng)現(xiàn)狀下對(duì)周邊地下水并未形成污染，這也驗(yàn)證了采用Comsol Multiphysics軟件對(duì)渣場(chǎng)污染物遷移模擬分析的可靠性。

(4) 基于以上對(duì)渣場(chǎng)污染物遷移分析研究，對(duì)渣場(chǎng)閉庫提出如下對(duì)策：① 對(duì)渣場(chǎng)坡面及頂面進(jìn)行防滲層覆蓋(可采用兩布一膜覆蓋)，防止由于雨水滲透熔煉渣而形成淋濾水污染源；在渣場(chǎng)周邊設(shè)置地下截水墻、排水溝，截?cái)嘣鼒?chǎng)內(nèi)外淺層孔隙水相互滲流，降低渣場(chǎng)下伏土壤含水量。通過防滲層、截水墻等措施，使進(jìn)入渣場(chǎng)堆積體及堆積體下土體的水量減低到最小，從而有效降低污染物的遷移速度，防止渣場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境和地下水的污染。② 在防滲層上覆土護(hù)坡，防止防滲層老化，并作為綠化種植層種植草皮和灌木，形成較好的水土保持效果。

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