基于Visual MODFLOW軟件對某電子廢棄物拆解場地地下水污染狀況的模擬

摘要：以某電子廢棄物拆解場地作為研究區，運用Visual MODFLOW軟件建立地下水水流模型及溶質運移模型，對電子廢棄物拆解場地內主要超標因子銅進行了模擬預測，計算其超標范圍和最大運移距離。由模擬預測結果可知：污染物銅沿地下水流向由上游向下游運移，在重力作用下逐步滲入深層，造成局部地下水環境污染，對周圍地下水水質造成一定的影響。

關鍵詞：電子廢棄物;Visual MODFLOW;溶質運移;地下水污染模擬

1.前言

根據相關資料，目前我國電子廢棄物年產生量約111萬噸，占生活垃圾總量的1%。長期以來，電子廢棄物主要通過原始簡單的方式進行拆解，如手工拆解產品外殼、露天焚燒電線電纜及強酸浸泡線路板等。其產生的廢氣、廢渣及廢水隨意排放和傾倒，直接或間接地影響著周圍土壤和地下水環境。 根據對某簡易露天電子廢棄物拆解場地地下水現狀監測，監測出重金屬銅濃度為33.8mg/L，超過了《地下水環境質量標準》（ GB/T14848-2017）Ⅲ類標準限值的33.8倍，說明場地內地下水中重金屬銅已超標，并對地下水造成了污染。

2.研究區概況

（1）地形地貌。研究區地貌單元為沖積平原地貌，地勢平坦，地形起伏小，海拔在2m-15m間，多農田、魚塘、城鎮居民點。（2）氣候條件。研究區氣候屬于南亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.50℃ -23.50℃，極端最高溫度37.700C，極端最低溫度0.50℃，雨量充沛，年均降水量173lmm。（3）地質條件。研究區地層主要為第四系人工填土層、第四系沖洪積土層、第四系殘坡積土層和侏羅系泥質粉砂巖地層。（4）水文地質條件。研究區地下水類型為主要為松散巖類孔隙水，賦存在于第四系砂層（粉砂和中砂層）中，以潛水為主，據鉆孔抽水試驗，其單井涌水量在107.05m3/d_141.08m3/d之間，富水性中等。場區地下水主要靠降水和地表滯水滲入補給，本區雨量充沛，可以為地下水的補給提供豐富來源，場地地下水以大氣降水垂直人滲補給為主，其次場區外圍北側池塘等地表水也可為地下水提供補給來源。地下水的徑流受地形條件影響，地下水的潛流流程一般較短，補給區與徑流區基本一致。場地及周邊人為開采地下水較少，因此，場地地下水排泄主要方式為滲入河流、潛流排泄、消耗于蒸發和植物蒸騰，場地局部地下水位較淺，地下水主要消耗于蒸發和側向排泄補給河水。

3.地下水環境影響預測與評價

（1）地下水主要污染物。根據對場地地下水進行采樣分析，場地內Cu濃度33.8mg/L，超過《地下水環境質量標準》（ GBIT14848-2017）Ⅲ類中的限值，選取Cu作為特征污染物進行預測評價。

（2）模型概化。根據場地鉆探揭露，場地內巖土體主要為人工填土層、沖洪積粉質粘土層夾中砂層和風化泥質粉砂巖層，場地內地下水靜止水位埋深約為1.3m-2.7m，根據場地水文地質條件將研究區內概化為上下兩層，上層人工填土及粉質粘土夾中砂層為相對含水層，下層為泥質粉砂巖層為相對隔水層，地下水以潛水為主，同一層為各向同性，不同層的水文地質參數不同，底部埋深40m。研究區模擬分層3D圖見圖1。

（3）地下水流場模擬。

①空間離散。在建模過程中平面上劃分為60m×60m的網格，場區附近加密，對污染物的遷移過程進行精細刻畫。模擬平面網格剖分如圖2所示。

②源匯項處理。研究區內地下水源匯項包括補給項和排泄項。補給項包括大氣降雨和地表水，排泄項包括蒸發和側向徑流排泄。

③邊界條件。研究區地貌為沖積平原地貌，地勢相對平坦，地勢整體呈南高北低，研究區內地下水流向近南向北流，根據流場將南、北兩側定義為定水頭邊界，東、西兩側近垂直于地下水等水位線的方向定義為隔水邊界，表層上邊界定義為降水人滲補給與蒸發邊界，研究區所在地平均年降水量為1730mm，降水人滲系數按α=0.1計算。

④模擬擬合。根據研究區所在地區域水文地質資料結合場地內已有水文地質試驗與相關經驗參數，模擬研究區地下水水位變化規律，通過反復調整參數，與實際地下水水位進行擬合，最終得到能夠較為客觀的反映研究區實際水文地質條件的模型。模擬后的流場如圖3所示。含水層參數如表1所示。

（4）地下水溶質運移模擬。

①溶質運移參數。根據相關資料，研究區內彌散度應介于1-10之間，彌散度參數選取如表2所示。

②模型概化。污染源為面源形式，邊界為定濃度邊界，根據實際情況確定污染源位置。在模擬預測污染物擴散時，不考慮化學反應、吸附作用等因素，重點考慮彌散、對流作用。

③污染物溶質運移結果。選取銅為預測因子，濃度為33.8mg/L。以《地下水環境質量標準》（GB/T14848-2017）Ⅲ類標準限值作為銅污染控制標準，為l.Omg/L，由于模擬污染物擴散未考慮化學反應、吸附作用等因素，在水動力條件及泄漏量等相同的情況下，污染物的擴散主要取決于污染物的初始濃度。

模擬預測發生滲漏事故后10天、50天、100天污染物運移情況，預測結果詳見表4，污染物運移情況如圖3所示。

在模擬預測過程中，污染物在水動力條件下不斷由南向北運移，滲漏發生10天后，Cu限制濃度大于Img/L，最遠運移至場區外南部距污染源約150m，最大污染深度約6.Om，而后，濃度逐漸降低，泄漏發生50天后，Cu濃度小于1mg/L。

4.結論

根據以上選取的參數和預測模型，對相關超標因子Cu進行了地下水污染預測，得出該電子廢棄物拆解場地超標因子Cu污染最遠運移至場區外南部距污染源約150m處，最大污染深度約6.Om，模擬預測說明了該電子廢棄物拆解場地會對場地及下游一定區域的地下水環境造成污染。

參考文獻：

[1]矯旭東，陸泗進.電子垃圾拆解場地污染特征及土壤監測評估的研究概況[J]土壤通報，2014，45（05）：1265-1271.

[2]劉增超.簡易垃圾填埋場地下水污染風險評價方法研究[D].吉林大學，2013.

[3]侯濤.基于modflow對某簡易垃圾填埋場地下水污染預測研究[J]地下水，2018， 40（03）：80-81.

[4]劉維濤，張雪.電子垃圾拆解區土壤污染與生物修復技術[J].環境科學與技術，2016，39（08）：64-76.

[5]傅建捷，王亞攆，周麟佳，等.我國典型電子垃圾拆解地持久性有毒化學污染物污染現狀[J]化學進展，2011，23（08）：1755-1768.

[6]張金蓮，丁疆峰，等.廣東清遠電子垃圾拆解區農田土壤重金屬污染評價[J].環境科學，2015，36（07）：2633-2640.