福建省古雷地區地下水污染預測與防治

摘要：古雷半島位于福建省南部漳州市內，隨著騰龍芳烴（漳州）有限公司二甲苯（PX）項目的擴建，在非正常工況下，廠區內二甲苯、石油類等有機物發生泄漏時，必將對區內地下水資源造成嚴重的污染。本文針對古雷半島南部敏感區的分布特點及地下水功能特點，選擇龍口村一帶作為地下水污染預測與防治研究區，主要分析騰龍芳烴輸油管道發生滲漏后對區域地下水造成的污染影響，并提出防治對策。

關鍵詞：地下水污染；地下水流數值模型；地下水溶質運移模型

前言

福建省古雷半島位于漳州市漳浦縣境內，三面環海，是福建南部發展臨港重化工業的理想區域。2011年，騰龍芳烴（漳州）有限公司在古雷半島上建立大型化工廠區，其對區域飲用地下水資源的影響不可忽略。在非正常工況下，廠區內如二甲苯、石油類等有機物發生泄漏時，勢必對區內地下水資源造成嚴重的污染。鑒于此，本文針對古雷半島前部環境敏感區的特點，主要研究騰龍芳烴輸油管道發生泄漏后對區域地下水造成的污染分析。研究將運用數值模擬的方法預測區內有機污染物對地下水的污染情況，量化污染物在地下水中的遷移分布特征及趨勢，為研究區的地下水污染提供防治依據。

1.區域地質概況

研究區位于古雷半島西北部海岸，主要地層為第四系全新統海積層、風積層。其中，第四系全新統風積層占研究區總面積50%，巖性以灰白、灰黃色石英粉細砂、細砂為主，分選性好，結構較松散，具交錯層理。厚度一般在2-30m，水位埋深2.0-5.0m，單井涌水量一般100-350m3/d，富水性中等。其下為第四系上更新統沖積粉質粘土層（Q3al），分布較穩定，構成潛水含水層的隔水底板；全新統海積層（Q4m）主要分布于區內西北東山灣一側，巖性以灰、深灰色淤泥、淤泥質粘土、淤泥質細砂、粉細砂、中粗砂為主，一般具有上粗下細的特征，上部以砂為主，下部以淤泥質粘土為主，構成含水層隔水底板，厚度2-12m。

大氣降水是本區地下水的唯一補給源，進入含水層后在地形的控制下向下游徑流和排泄，主要表現為以古雷山為中心，向各方向徑流，并最終排泄入海。降雨充沛，年降雨量在1100-1200mm之間，主要集中在5-9月份。

2.地下水溶質運移的數值模型

2.1水文地質概念模型

研究區位于古雷半島南端西側靠海一面，長約2500m，寬約1000m，東南部緊接古雷山山腳，西南面直接延伸入海。研究區可概化為單一潛水含水層，地下水流向順古雷山腳自東南向西北面大海排泄，流向單一，流速相對緩慢，約為0.12m/d。本次研究區內含水層結構可概化為非均質各向同性二維穩定流地下水溶質遷移模型。

研究區東北和西南兩側邊界由于與地下水流向相同，順流線方向可概化為隔水邊界處理。上邊界條件概化為潛水面邊界，水壓為零，潛水面的水頭H等于潛水面的位置高度Z。區內主要為大氣降水入滲補給，向大海徑流排泄，以及少量蒸發排泄，人工開采作用較小，基本處于天然動態平衡。

2.2地下水流數學模型

地下水流數學模型，是地下水滲流所以相關決定因素控制因素的科學描述，是求解地下水滲流特征的根本出發點與依據。根據前述水文地質概念模型，結合滲流微分方程與研究區邊界概化定解條件，并引入裘布依假定，滲流場為平面二維穩定流，據此建立研究區域地下水流數學模型。

2.3模型離散化及參數賦值

本次建模采用GMS軟件進行模擬分析，首先對研究區整體范圍進行剖分，在平面上剖分為橫向260行，縱向220列，垂向上剖分為3層，總計260*220*3=171600個網格，網格密度約為10m/格。并在此剖分基礎上，對研究區內可能污染源輸油管道附近進行網格加密處理，密度設置為5m每格。水文地質參數依據抽水試驗及入滲試驗所得，如下表中所示：

表2-1 研究區水文地質參數統計表

地層K

（m/d）T

（m2/d） DL

（m2/d）DT

（m2/d）αL

（m）αT

（m）

第四系海積層2.00713.560.00110.35790.00540.05250.000804

第四系風積層16.97108.660.04462.9340.01450.31310.001555

2.4溶質運移的數學模型

有機污染物在地下水中的運移，從保守性角度考慮，假設污染質在運移中不與含水層介質發生反應，即只考慮運移過程中的對流、彌散作用。結合輸油管線的滲漏特點，本次模擬污染源為點源污染，污染源持續時間為1天，此后污染源被發現及時截斷處理。綜合以上原因，溶質的遷移模擬過程中不考慮污染物在含水層中的吸附、揮發等作用，假設縱向彌散系數與垂向彌散系數相同，建立區域平面二維彌散溶質運移數學模型。

3.地下水水質預測結果與分析

3.1預測工況

在研究區內，當地地下水資源主要作為居民生活用水，距離滲漏點100m處為一村莊，本次模擬預測非正常工況下，本次研究模擬輸油管道發生泄漏，且污染物濃度為1000mg/l，并在一天后污染物被截斷的情況根據不同用水區域的分布特征。

本次評價選定以苯作為評價因子，預測分析不同區域內地下水中污染物濃度變化特征，并分析在此非正常工況下，應急預案的撤離時間及具體防治措施。本次模擬污染物的影響范圍值檢出下限值0.0006mg/l作為標準；在居民生活用水區，污染超標范圍極限值小于0.01mg/l確定。

3.2污染物平面遷移分布特征

（1）污染物泄漏50天

在污染物發生泄漏后，其主要演地下水流向下游遷移。在發生污染50天后，其縱向機械彌散與橫向分子擴散作用的差別并不明顯，污染物向四周遷移擴散，污染暈形狀近似為橢圓狀，長軸約70m，短軸約為60m，污染暈影響范圍面積約0.003km2.整個污染范圍區域內濃度均較高，污染物中心濃度最大值高達733.69mg/l，濃度中心距離泄漏點距離為5m。究其原因是研究區水力坡度較小，為0.008左右，流速相對緩慢，僅每天0.12m/d，故污染物遷移擴散的速度相對緩慢。

（4）污染物泄漏3000天

污染發生3000天后，污染物已基本進入海積區，且污染暈范圍持續擴大，影響范圍0.261km2，污染暈中心濃度最高5.30mg/l，中心距離滲漏點約678m.此時，污染暈范圍內，污染物的濃度較低。

3.3居民生活用水區預測結果與分析

位于研究區內的龍口村內最南端距離污染物泄漏點最近距離為100m，距離污染物滲漏點最遠距離為400m，地下水主要為居民生活用水飲用。從嚴謹性及危害性考慮，根據模擬結果，取龍口村距離滲漏點最近點、最遠點作為居民生活用水區的敏感點，計算污染物遷移到達到龍口村居民生活用水區的時間以及污染物離開的時間。

圖3-3龍口村距污染源最近和最遠敏感點污染物濃度曲線圖

（注：橫坐標時間單位：d，縱坐標濃度單位：mg/l）

如圖3-3所示，根據距離滲漏點最近的敏感點污染物濃度曲線特征可知，在污染物泄漏發生240天后，污染物遷移到達龍口村，310天后污染物濃度達到居民生活飲用水超標范圍0.01mg/l，區內地下水不可再飲用；取龍口村距污染源最遠點敏感點分析，3400天后，全村內地下水污染物濃度低于0.01mg/l，龍口村內地下水可供居民生活飲用；3800天后，污染物遷移出龍口村，居民飲水區內水質恢復正常。

4.結論及建議

根據前述分析可知，倘若區內工業區發生有機污染泄漏，由于天然條件下地下水的防污能力極弱，區內地下水極易遭受污染，并且在地下水流場的控制下向下游擴散，影響周圍農村群眾的生活和生產活動。故結合本區水文地質條件綜合分析認為，本區地下水污染防治首先應該從源頭做起，做到源頭控制，并加強監測，做好預案，加強區內地下水管理，完善監測制度；此外，在廠區儲油罐、管道輸送區域等危險地段進行地面硬化處理，通過地面硬化、夯實碾壓等措施可以有效提高包氣帶的防污性能。

參考文獻

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作者簡介：周勇，男，（1990.10.29），中國地質大學（武漢），碩士研究生，研究方向：工程地質與水文地質