某場地污染源在潛水層中擴散影響

趙 智 理

(天津華北工程勘察設計有限公司，天津 300181)

?

某場地污染源在潛水層中擴散影響

趙 智 理

(天津華北工程勘察設計有限公司，天津 300181)

利用解析法，分析了泄露污染物在潛水含水層中的運移規律，探討了項目在建設期和運營期的不同狀況下對地下水可能產生的環境影響，提出了切實可行的環境保護措施與地下水環境影響跟蹤監測計劃和應急預案。

污染源，地下水，潛水層，運移距離

1 工程概況

該工程場地位于天津市津南經濟開發區內，主要為電子信息、金屬制品、塑膠制品等主導產業，并為之配套相應的倉儲物流服務，廠區附近無集中式和分散式地下水飲用水源地等地下水環境敏感、較敏感保護區，亦無其他《建設項目環境影響評價分類管理名錄》中所界定的涉及地下水的環境敏感區。因此區域場地的地下水環境敏感程度為“不敏感”。工程項目位置及調查范圍見圖1。

2 場區工程地質條件

1)地層巖性及分布。

①人工填土層(Qml)：平均厚度為1.3 m，黃褐色，可塑，主要由粘性土組成。

2)地基巖土物理力學性質見表1。

表1 地基巖土物理力學性質表

3 抽水試驗

本次在現場進行兩個孔的單孔抽水試驗，根據鉆探資料及勘察資料，抽水試驗場區潛水含水層巖性較均勻，厚度較穩定，地下水運動為層流，抽水過程中，在一定時間內可視為穩定井流，因此符合均質無限含水層潛水完整井穩定流抽水實驗適用條件。參數計算如下式：

其中，K為含水層滲透系數，m/d；Q為抽水井出水量，m3/d；h為含水層抽水時厚度，m；r為抽水井半徑，m；R為抽水影響半徑，m；S為抽水井中的水位降深，m；H為潛水含水層厚度，m。

抽水試驗基本情況見表2。

表2 抽水試驗基本情況表

4 污染物的選取及污染源強度分析

4.1 污染物的選取

本次模擬計算根據評價區內地下水的水質現狀、項目污染源的分布及類型，選取原材料磷酸鹽和國家和地方十二五嚴格總量控制的污染物CODMn和氨氮作為預測因子，預測位置為原料及成品堆放區和生活污水處理池。

4.2 污染源強度分析

根據項目特點，結合工程分析的相關資料，綜合考慮各裝置大小、選取有代表性的場景進行預測評價：

項目生活污水處理設施為鋼筋混凝土結構，參考GB 50141—2008給水排水構筑物工程施工及驗收規范中關于滿水試驗驗收的要求，鋼筋混凝土池體滿水試驗驗收標準為2 L/(m2·d)，需要說明的是，該驗收標準僅指鋼筋混凝土池體，未考慮防滲層的防滲性能，在預測中屬于保守計算，實際情況下滲漏量要小。假設項目在非正常狀況下池底由于地面沉降或地下水對池體的腐蝕等多種因素影響下，出現防滲層破裂情況，破裂程度引起的地下水滲漏量按照驗收標準的10倍計算。

非正常狀況下，生活污水處理裝置水池池底發生破裂，同時防滲層破壞，污染物進入地下水；非正常狀況下，磷酸鹽受到雨水或者管道爆裂的水而溶解進入地下水(此處忽略包氣帶的防污性能，僅對磷酸鹽的運移進行模擬)。

假定污水處理站廢水池的地下水監控或檢漏周期為30 d，即發生非正常狀況后30 d發現并進行修復切斷滲漏源，假定滲漏工業廢水概化為瞬時注入，因此項目非正常狀況下的滲漏源強可設置為：

廠區車間污水處理池水池結構尺寸：設計污水量10 m3/d。特征污染物為COD濃度為400 mg/L；氨氮30 mg/L。

CODMn：2 L/(m2·d) × 8 m2×400 mg/L×30 d×10=1.92 kg。

氨氮：2 L/(m2·d) × 8 m2× 30 mg/L×30 d×10=0.144 kg。

磷酸鹽在非正常狀況下進入地下水，假設水量為10 L/(m2·d)，磷酸二氫鋰的飽和濃度為1 260 g/L，假設泄露時間為30 d，泄露面積假設為10 m2，按照1%進入地下水，滲漏量計算如下：

磷酸鹽：10 L/(m2·d)× 10 m2× 1 260 g/L×30 d×1%=37.8 kg。

5 地下水環境影響預測分析

5.1 預測時段

根據本項目工程分析，其地下水影響預測時段主要在于生產運行期階段可能對地下水環境造成影響。依據HJ 610—2016環境影響評價技術導則 地下水環境要求，本項目對地下水環境的影響應從正常狀況、非正常狀況兩種情形進行模擬預測。

1)在正常狀況下，項目對各類污染源場地及設施應進行嚴格的防滲措施，地面經防滲處理，污染物從源頭和末端均得到控制，沒有污染地下水的通道，污染物滲入污染地下水難以發生，按照導則的要求可不再對正常狀況下的地下水環境影響進行預測。

2)非正常狀況的選擇污染源的底部防滲等級不合標準、磨損或其他原因從而使防滲層功能降低，污染物通過直接進入含水層中，由于逐漸積累，從而污染淺水含水層的情況。現實過程中，由于項目建設或地質環境問題，可能出現由于基礎不均勻沉降等原因，混凝土等結構易出現裂縫，污水這時會滲入地下。如果裂縫太多，出現大量滲水，污水池的計量儀器會有所反應，生產單位將采取應急措施進行修復，在此狀況下，污水滲漏到含水層，從而造成對潛水層地下水的影響。因此非正常狀況為本次預測的重點。

5.2 預測模型

按照HJ 610—2016環境影響評價技術導則 地下水環境要求，一維穩定流動二維水動力彌散問題的瞬時注入示蹤劑——平面瞬時點源，可采用的預測數學模型為：

其中，C(x,y,t)為t時刻點x，y處的污染物濃度，g/L；t為時間，d；x，y均為計算點處的位置坐標；M為含水層厚度，m；mM為長度為M的線源瞬時注入示蹤劑的質量，kg；u為地下水流速度，m/d；ne為有效孔隙度，無量綱；DL為縱向x方向的彌散系數，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數，m2/d；π為圓周率。

5.3 預測參數的選取

根據本項目水文地質條件，相關污染預測參數選取如下：

1)滲透系數K=0.245m/d；2)含水層厚度M取13.0m；3)水力坡度I=0.000 5；4)有效孔隙度ne，取0.07；5)水流速度u=KI/ne=0.001 55m/d；6)彌散系數一般是通過野外彌散或室內土柱實驗確定，但是由于彌散系數的尺度效應，野外試驗和土柱實驗均不能較直觀的反映污染場地的彌散系數。在本次工作中結合地層巖性特征和尺度特征，參考Xu和EcksteⅠn方程式(1995，基于海量彌散實驗測量數據和分型數學的統計公式)。αm=0.83(logLs)2.414。確定其彌散度αm，進而計算彌散系數DL。彌散度αm取10m。縱向彌散系數DL=αm×u=0.015 5m2/d;7)橫向彌散系數根據經驗一般是縱向的1/10，本項目取DT=0.001 55m2/d。

5.4 預測結果

本次模擬限值以不改變現狀地下水標準為前提，例如氨氮現狀為GB/T14848—93地下水環境質量標準中的Ⅲ類標準，預測時超標邊界以Ⅳ類標準的限值為邊界，預測中考慮各預測因子的背景狀況。當預測污染物濃度大于標準限值時，表示地下水受到污染，當預測污染物濃度介于檢出限和標準限值之間時，表示地下水受到污染但不超標，當預測結果小于檢出限時則視同對地下水環境基本沒有影響。磷酸鹽的限值以10mg/L為邊界。各指標具體情況見表3。

表3 CODMn和氨氮元素評價標準和背景值 mg/L

假設泄漏30 d后被發現，污染物在包氣帶達到飽和進入潛層含水層后，分別預測污染物通過包氣帶達到潛水面后100 d,1 000 d和7 300 d時的含水層中上述各情景下CODMn、氨氮和磷酸鹽超標范圍和最大運移距離，其中，超標范圍指起始點(地表泄露點在潛水面的垂直投影點)下游沿地下水流向上超標的長度，最大運移距離指污染因子檢出限對應的濃度出現的點位距離起始點的距離。同時，由于建設項目下游無保護目標，預測中給出地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況(見表4)。

表4 地下水中各污染因子的濃度隨距離的變化情況表

6 結語

根據預測結果可知，項目運行期非正常狀況下，CODMn和氨氮，假設持續泄露時間為30 d，以保守為原則考慮，車間污水處理裝置水池池底發生破裂，同時防滲層破壞，污染物進入包氣帶。由于生活污水處理設備為地埋式，故不考慮包氣帶的防污性能。磷酸鹽受到在污水處理池發生破裂引起潛水含水層地下水CODMn污染羽在100 d和1 000 d時，污染物的最大運移距離分別為7.5 m和21.6 m，超標范圍分別為5.3 m和12.4 m；在7 300 d時，水質超地下水Ⅲ類標準范圍已消失，最大濃度低于10 mg/L，污染羽運移至起始點下游約56.5 m處。

氨氮在泄漏100 d和1 000 d時，污染物的最大運移距離分別為7.8 m和17.5 m，超標范圍分別為5.7 m和15.6 m，最大濃度為25.15 mg/L和2.52 mg/L，為Ⅴ類水質；7 300 d后最大濃度為0.34 mg/L，加上背景濃度0.08 mg/L，為Ⅲ類水質標準約2倍，但是最大運移距離為42.5 m，超標范圍33.8 m，最大濃度為0.34 mg/L，為Ⅳ類地下水。

非正常狀況下，磷酸鹽受到雨水或者管道爆裂的水而溶解進入地下水，假設持續泄露時間為30 d，以保守為原則考慮，忽略包氣帶的防污性能，預測結果如下：在泄漏100 d和1 000 d時，污染物的最大運移距離分別為9.6 m和26.1 m，超標范圍分別為6.6 m和18.1 m(假設超標限值為10 mg/L)，最大濃度為6 601.67 mg/L和660.17 mg/L；7 300 d后最大濃度為90.43 mg/L，最大運移距離為70.5 m。

由于本層地下水不能用于飲用和灌溉，在廠區采取嚴格的防滲層、防溢流、防泄漏和防腐蝕等措施的情況下，項目建設期和運營期對地下水環境影響較小。

通過本次預測沿水流方向和垂直水流方向，氨氮和CODMn均未出場地邊界，但是影響范圍已達到場地邊界附近，磷酸鹽的最大運移距離已未出場地邊界。

綜合以上分析，本項目地下水污染防治措施按照“源頭控制、分區防治、污染監控、應急響應”相結合的原則，從污染物的產生、入滲、擴散、應急響應進行控制。在采取了嚴格的地下水環保措施后，地下水污染范圍較小。本項目對周圍地下水的影響為可控、可接受的。

[1] HJ 610—2016,環境影響評價技術導則 地下水環境[S].

[2] GB/T 14848—93,地下水質量標準[S].

[3] GB 15618—1995,土壤環境質量標準[S].

[4] DL/T 5213—2005,水電水利工程鉆孔抽水試驗規程[S].

Diffusion impact of the field pollution source in aquifer

Zhao Zhili

(TianjinHuabeiEngineeringSurvey&DesignCo.,Ltd,Tianjin300181,China)

By using analytical method, analyze reveal that the migration of pollutants in unconfined aquifer, discuss project in construction period and operation period under the different conditions of possible environmental impact of groundwater, and put forward practical and feasible environment protection measures and groundwater environmental impact monitoring plans and contingency plans.

sources of pollution, groundwater, phreatic aquifer, migration distance

1009-6825(2017)13-0203-03

2017-02-23

趙智理(1983- )，男，工程師

X523

A