石 闖,楊力偉,高孟寧

(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院,安徽 蚌埠 233000)

0 前言

地下水作為地球上水循環(huán)的重要一節(jié),是維持人類(lèi)社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要戰(zhàn)略資源。地下水化學(xué)成分復(fù)雜,受影響因素多,其中人類(lèi)活動(dòng)是影響地下水水質(zhì)的重要因素[1]。隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展,越來(lái)越多的工業(yè)企業(yè)從市區(qū)搬到郊區(qū)成立產(chǎn)業(yè)園[2],這一方面可以促進(jìn)各企業(yè)之間的交流合作,降低企業(yè)運(yùn)行成本,另一方面可以將產(chǎn)生的污染物進(jìn)行集中處理,減少環(huán)保壓力。但企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物及企業(yè)員工產(chǎn)生的生活垃圾會(huì)通過(guò)降水、滲濾和徑流等方式進(jìn)入地下水,使地下水環(huán)境遭到污染,而由于地下水自?xún)裟芰^弱,在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù),這會(huì)直接對(duì)人類(lèi)的生活產(chǎn)生危害[3-4]。所以對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤M(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查以及預(yù)測(cè)分析是建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)展的先決條件。

本文以安慶市某產(chǎn)業(yè)園為例,在資料收集、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)該產(chǎn)業(yè)園地下水進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),并根據(jù)調(diào)查和評(píng)價(jià)結(jié)果提出相應(yīng)的建議。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

研究區(qū)在安慶某化工園內(nèi),地貌為崗丘地,地表出露地層為第四系下更新統(tǒng)安慶組,巖性主要為棕黃色砂礫石層,厚約3～5 m,礫徑在5～10 mm之間。研究區(qū)原始土壤類(lèi)型為潴育性水稻土,其北側(cè)為黃紅壤,其西側(cè)為灰潮土,但由于地形起伏較大,為修建道路和整平場(chǎng)地,進(jìn)行了大規(guī)模的開(kāi)挖整平,整個(gè)場(chǎng)地大部分地段為人工填土,填土來(lái)源為周邊山體,填土主要巖性為礫石、砂性土,粘性土含量?jī)H10%。

研究區(qū)內(nèi)含水巖組主要包含2類(lèi),分別是第一含水層組(松散巖類(lèi)孔隙水)和第一弱透水層組(“紅層”風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水)。

松散巖類(lèi)孔隙水由第四系粉質(zhì)粘土、含礫粉質(zhì)粘土、砂礫石層、泥質(zhì)砂層等組成。富水性差,單井涌水量一般10～100 m3/d,地下水水力特征為潛水,由大氣降水入滲和季節(jié)性河水入滲直接補(bǔ)給。主要排泄方式為自然蒸發(fā)和側(cè)向徑流。

“紅層”風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水主要由白堊系全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成,似層狀分布[5]。富水性差,單井涌水量<50 m3/d,地下水水力特征為潛水或承壓水。其中大部分由第一含水層組補(bǔ)給。有些區(qū)域暴露在地表,可以通過(guò)降水入滲進(jìn)行補(bǔ)給。主要通過(guò)蒸發(fā)和徑流的方式排泄。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

綜合考慮園區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及周邊工業(yè)企業(yè)分布等因素,地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案為:場(chǎng)地內(nèi)布置2個(gè)監(jiān)測(cè)井,監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì);在場(chǎng)地周邊利用其他企業(yè)和園區(qū)已有的3個(gè)監(jiān)測(cè)井,監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì)。

表1 布點(diǎn)方案表

2 研究區(qū)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)

2.1 地下水化學(xué)類(lèi)型

地下水離子濃度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2,毫克當(dāng)量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 地下水離子濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果表

表3 地下水離子濃度毫克當(dāng)量含量表

圖1是Piper三線圖。結(jié)合表2和表3可以得出,研究區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次為HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。從陽(yáng)離子三角區(qū)可以看出JC01、JC02、JC03、JC05中鈣鎂離子含量較多,而JC04的鉀離子含量明顯偏多;從陰離子三角區(qū)可以看出,研究區(qū)中陰離子以碳酸氫根偏多,而在JC04中氯離子占比又顯著增加,說(shuō)明研究區(qū)屬于碳酸鹽富集區(qū)。JC01、JC02、JC03基本在同一區(qū)域,而JC04與JC05的差異性較為明顯,這可能與研究區(qū)內(nèi)不同企業(yè)產(chǎn)生廢棄物的種類(lèi)不同相關(guān)。

圖1 研究區(qū)淺層地下水Piper三線圖

圖2 水文地質(zhì)概化模型示意圖

2.2 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表4～表6。

由表可知,研究區(qū)淺層含水層中,5組測(cè)試樣品中的化學(xué)需氧量均超過(guò)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)野外調(diào)查分析得知,推測(cè)化學(xué)需氧量超標(biāo)是因?yàn)槭艿綀@區(qū)內(nèi)生活垃圾堆放及生活污水排放的影響,故導(dǎo)致檢測(cè)值超標(biāo)。

其余指標(biāo)均滿(mǎn)足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

由此可見(jiàn),研究區(qū)所在區(qū)域內(nèi)的潛水含水層組水質(zhì)整體較好。

3 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)

3.1 模擬情景設(shè)置

本次按20 a(7 300 d)進(jìn)行預(yù)測(cè),分100 d、1 000 d、7 300 d三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行預(yù)測(cè)。

對(duì)項(xiàng)目投產(chǎn)后的情景進(jìn)行預(yù)測(cè),分別為正常狀況和非正常狀況。

3.1.1 正常狀況

工程建設(shè)雖按行業(yè)規(guī)范要求實(shí)施,但仍有可能發(fā)生“跑、冒、滴、漏”和“滲漏現(xiàn)象”。污水處理站的綜合調(diào)節(jié)池污染物濃度最高,本次以調(diào)節(jié)池在運(yùn)行過(guò)程中正常滲出的廢水為研究對(duì)象,預(yù)測(cè)其內(nèi)污染物在地下水的遷移情況。

3.1.2 非正常狀況

在非正常狀況下,假設(shè)污水處理設(shè)施內(nèi)的綜合調(diào)節(jié)池防滲措施完全失效,泄露量為正常滲漏量的10倍,廢水通過(guò)包氣帶后進(jìn)入地下水,在該種情況下,預(yù)測(cè)污染物在地下水中的遷移情況。

3.1.3 預(yù)測(cè)因子

本項(xiàng)目為化學(xué)藥物原料藥及制劑項(xiàng)目,按照污染物種類(lèi)對(duì)其進(jìn)行分類(lèi),其污染組分主要為COD、BOD5、氨氮、總磷、總氮、SS、石油類(lèi)、甲苯、二甲苯等和罐區(qū)原料液體。COD、氨氮、二甲苯作為該企業(yè)的特征污染物,本研究將其作為預(yù)測(cè)因子。

3.2 概念模型

3.2.1 含水層結(jié)構(gòu)特征概化

研究區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水,可將其進(jìn)一步劃分為含水層、弱透水層和隔水層。

3.2.2 地下水流場(chǎng)概化

研究區(qū)位于山前丘陵區(qū),整個(gè)區(qū)域地下水從東北向西南方向徑流,區(qū)內(nèi)局部地區(qū)可能受廠內(nèi)排水渠和蓄水池影響,其徑流方向有所改動(dòng),徑流量和流速小。

3.2.3 邊界條件概化

不同企業(yè)產(chǎn)生的污染物源頭,各自分布在廠區(qū)不同位置,一般為點(diǎn)狀污染源,所以地下水污染在空間上以園區(qū)內(nèi)企業(yè)分布規(guī)律分布在研究區(qū)內(nèi)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘結(jié)果,將研究區(qū)西南側(cè)邊界概化為定水頭邊界,北、東兩側(cè)邊界概化為隔水邊界。

3.3 模型參數(shù)的識(shí)別校正與驗(yàn)證

根據(jù)本次滲水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、取樣測(cè)試,結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)值等獲得水文地質(zhì)參數(shù),并通過(guò)模型校正,校正結(jié)果顯示該模型可以較好的模擬研究區(qū)內(nèi)的地下水流動(dòng)特征,可用于地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)。模型校正后各區(qū)的參數(shù)如下。

3.4 環(huán)境影響預(yù)測(cè)

本次采用數(shù)值模擬法對(duì)場(chǎng)地污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè),本次模擬計(jì)算,采用GMS軟件求解,用MODFLOW計(jì)算模塊求解水流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,用MT3DMS模塊求解污染物運(yùn)移數(shù)學(xué)模型[6]。

3.4.1 時(shí)間預(yù)測(cè)

由于包氣帶較薄,不考慮其對(duì)污染物的凈化作用。研究區(qū)內(nèi)表層地層為填土和全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖,人工填土包氣帶單層厚度為0.5～2.0 m,平均滲透系數(shù)0.009 m/d,全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖包氣帶單層厚度為1.5～3.0 m,平均滲透系數(shù)0.048 m/d,污染物通過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水。

通過(guò)計(jì)算,得出地下水被污染的時(shí)間為滲漏后31～218 d之間。

3.4.2 污染物外圍濃度確定

模擬污染物滲漏后影響范圍設(shè)定為COD、氨氮、二甲苯的檢出限值,超標(biāo)范圍設(shè)定為地下水、地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值;最大運(yùn)移距離的污染暈外圍以檢出限計(jì);COD污染物標(biāo)準(zhǔn)限值為3.0 mg/L,檢出限為0.5 mg/L;氨氮污染物標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5 mg/L,檢出限為0.02 mg/L;二甲苯污染物標(biāo)準(zhǔn)限值為0.000 5 mg/L,檢出限為0.5 mg/L。

將含水層參數(shù)、初始條件和邊界條件帶入水質(zhì)模型。得到調(diào)節(jié)池污染物滲入地下水的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.5 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)結(jié)果

項(xiàng)目建成投產(chǎn)后,在假定的2種狀況下,污染物滲入含水層,100 d、1 000 d和20 a后的影響范圍、超標(biāo)范圍和遷移距離預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 模型各層水文地質(zhì)參數(shù)

表8 污染物遷移特征表

從表8可以看出:2種狀況下,COD的最大超標(biāo)范圍在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)都要大于其余兩項(xiàng),而二甲苯的最大影響范圍與最大遷移距離均最大,因?yàn)樵擁?xiàng)目COD的排放量大于其余兩項(xiàng),所以在短距離中,其超標(biāo)范圍最大,而隨著時(shí)間和遷移距離的加大,COD在水中被降解,而二甲苯不易降解,所以最大影響范圍與最大遷移距離均為二甲苯。

2種狀況下,污染物運(yùn)移速度有限,所以其單位時(shí)間影響范圍小,但假如時(shí)間夠長(zhǎng),其仍會(huì)對(duì)廠區(qū)外的地下水產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次為HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。研究區(qū)南側(cè)(JC04)和研究區(qū)西側(cè)(JC05)差異性較為明顯,受不同企業(yè)產(chǎn)生廢棄物的種類(lèi)影響,南側(cè)Ca2+濃度較高,而西側(cè)Mg2+濃度偏高。研究區(qū)中的陰離子以HCO3-偏多,Cl-次之,所以研究區(qū)屬于碳酸鹽富集區(qū)。

(2)研究區(qū)地下水質(zhì)量整體較好。除化學(xué)需氧量外其余指標(biāo)均低于《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)中Ⅲ類(lèi)水的標(biāo)準(zhǔn),而化學(xué)需氧量超標(biāo)倍數(shù)在3.22～9.73倍。

(3)根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果,在污水處理設(shè)施內(nèi)的綜合調(diào)節(jié)池防滲措施完全失效,泄露量為正常滲漏量的10倍的情況下,COD和氨氮的最大影響范圍比在正常情況下的滲漏要大6～8倍,而二甲苯僅在2倍左右;非正常情況下COD和氨氮的最大超標(biāo)范圍要比正常情況下的滲漏大到22～30倍,而二甲苯的最大超標(biāo)范圍僅為8.6倍。這已經(jīng)威脅到了廠區(qū)外的地下水環(huán)境質(zhì)量。

(4)影響研究區(qū)地下水污染的因素主要為生活排放和工業(yè)生產(chǎn),所以在以后的生產(chǎn)生活中,園區(qū)應(yīng)該從源頭下手,盡量減少污染物排放,建設(shè)過(guò)程中加強(qiáng)建筑物的防滲強(qiáng)度,在投產(chǎn)運(yùn)行后定期監(jiān)測(cè)廠區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量,并制定應(yīng)急預(yù)案,做到及時(shí)發(fā)現(xiàn),快速解決。