基于Modflow的廢機油在地下水中遷移過程研究

文梅燕

(地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室 (成都理工大學) 四川 成都 610059)

基于Modflow的廢機油在地下水中遷移過程研究

文梅燕

(地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室 (成都理工大學) 四川 成都 610059)

為了預測廢機油對淺層地下水污染的危害程度，以蒲江縣某廢機油處置廠為研究對象，通過Modflow和MT3D模擬分析石油類污染物泄漏后在地下水中的運移情況。結果表明 (1)污染物初期在潛水含水層中會向擬建廠址下游方向擴散;(2)石油污染物超標和影響范圍最遠遷移至下游距擬建廠區約930m處。該研究為該區域地下水的水質提供了保障，具有重要的現實意義。

廢機油;數值模擬;地下水污染

一、引言

當今社會經濟的發展，城市汽車保有量不斷增加，使得汽車用廢機油的處置問題日益突出［1］。在國內外廢機油主要是通過預處理及酸、堿洗滌等步驟去除渣質回收利用［2］。但是在回收過程中可能存在機油滲漏、設備損壞等非正常狀況，試廢機油泄漏后污染地下水環境［3］。本文以壽安某廢機油處置項目為研究對象，在野外場地地質及水文地質調基礎上，建立研究區水文地質概念模型，利用Modflow和MT3D來模擬石油類污染物在地下水中的移流、擴散和濃度的變化［4］，從而為廢機油處置項目對地下水的污染提供定量依據。

二、研究區概況

研究區位于四川省蒲江縣壽安鎮壽安工業園園區。本項目場地范圍內第四系全新統河流堆積砂、礫石層，普遍含水豐富，松散巖類孔隙水廣泛分布于場地地區。地下水主要接受大氣降水、上游地下水補給。區內多年平均降雨量1097.7－1805.4mm之間，是地下水的可靠補給來源。

三、數值模型的建立

(一)廠區的水文地質概念模型

本次模擬預測范圍包括擬建項目場地及周邊區域，包括了保護目標和環境影響的敏感區域，東南邊界為弱流量邊界，東北和西南給定水頭邊界，模擬預測范圍約4km2。

(二)污染因子的選擇

本次評價選用石油類作為預測因子。由于污染物遷移的復雜性，本次模擬計算僅研究等溫狀態的滲流情況。

(三)模擬區初始條件、網格劃分的確定

模擬區域水文地質條件較為簡單，地下水系統含水層與隔水層清楚，為了提高模擬精度，將巖性空間分布略有差異的淺層松散巖類孔隙含水層細分為兩層，總共分為3層。

第1層厚0－20m，模型中概化為表層砂卵礫石層，水量豐富，主要出露在項目場地及其北西方向，呈南西－北東展布;第2層厚0－45m，模型中概化為砂質粉砂質砂土層，水量豐富，主要出露在項目場地及其北西方向，呈南西－北東展布，位于第一層砂卵礫石層之下;第3層厚約50m，巖性為泥巖夾砂、礫巖以泥質巖類沉積為主，為相對隔水層。

Modflow模型將擬建廠區南西角方向作為X軸，長度3941m，以南北方向為Y軸，寬4369m，垂直于XY平面為模型Z軸方向，地形垂向最大高程632m，最小469m，相對高差163m。根據地層富水性，每層將平面剖分為50行、50列，在項目廠區局部加密剖分網格。

(四)模型中水文地質參數的選取

①滲透系數。綜合水文地質資料及試驗，含水介質水平向與垂向差異取得滲透系，取值見表1。

表1 滲透系數取值

②彌散系數。彌散度是含水層中介質彌散特征的重要參數，橫向與縱向彌散度比率為10，垂向與縱向彌散度比率為10。

③初始濃度。污染物在此模型中考慮為儲存罐的泄漏，特征污染物為石油類，濃度90mg/L，設計泄漏時間2小時，泄漏速率1.58Kg/s。

四、模型模擬與檢驗

擬建廠區物理模型建立后，首先對初始滲流場進行擬合，對初始滲流場的各個參數進行校正。對模型進行穩定流計算，計算時間為1000天。擬建廠區天然滲流場。

模擬地下水主要接受大氣降雨補給外，由于受到地形及地下水流向控制，區內地下水分主要向蒲江河排泄，同時利用實際調查中調查的水井設置為觀測井。模型計算值所得水位與實際水位觀測均值相對比，可得觀測孔模擬水位與實際水位相差均小于0.5m。因此，模型計算結果與實際觀測值基本相符，可以用于預測因子遷移運算。

五、非正常工況下石油類污染物的遷移模擬

根據建立的數學模型，對石油類污染物在淺層含水層中的濃度和遷移距離進行數值模擬預測。模擬時間分別為儲存罐破損后的100d，1000d，針對風險事故的工況下可能對地下水水質產生的影響進行預測，模擬結果如圖1。

圖1 圖a、b分別為100d和1000d石油污染暈運移分布圖

根據對石油類污染物運移模擬可得以下規律:(1)隨著時間的推移，污染物的羽狀形態明顯，其范圍不斷增大最終趨于穩定;(2)在污染暈圖中，污染方向與地下水流方向一致，污染物的發展方向為蒲江河方向。

六、結果與討論

利用建立的數學模型，對蒲江縣某廢機油處置項目產生的石油類泄漏污染物對含水層的污染情況進行了數值模擬預測。根據預測結果，在非正常工況下發生滲漏后，污染物污染暈初期在潛水含水層中會向擬建廠址下游方向擴散。其中石油污染物超標和影響范圍最遠遷移至下游距擬建廠區約930m處。故建議該項目在廠址建設期間必須做好嚴格的防滲工程，以保證擬建項目在正常工況及非正常工況時不會對擬建項目的周邊環境保護目標造成影響。

［1］陳英華.淺析廢機油處置監管現狀及管理對策［J］.環境保護與循環經濟，2013，33(06):71－72.

［2］樊澤霞，王兆興，鄧志宇，徐文康，張超.用廢機油制備鉆井液用極壓潤滑劑DRH－1的研究［J］.中國石油大學勝利學院學報，2015，29(02):15－18.

［3］萬小崗，劉艷，陳曉謀，張灝.放射性廢機油乳化技術研究［J］.環境工程，2015，33(S1):577－580+585.

［4］田杰，金鑫，賀纏生.基于MODFLOW的山區地下水徑流數值模擬［J］.蘭州大學學報 (自然科學版)，2014，50(03):324－332+337.

文梅燕 (1992－)，男，漢族，四川江安，研究生，成都理工大學，地下水污染與防治。