基于三維非穩定流數值模擬的地下水污染預測評估

何華燕 樓林潔 孫焰

【摘 要】利用FEELOW數值模擬軟件，建立非均質、各向異性三維非穩定流地下水概念模型，對化工區地下水中的1，2-二氯乙烷及二氯甲烷進行模擬預測。預測結果分析可知：區域水文地質條件有利于地下水污染物的擴散，周邊地表水對其有稀釋擴散的作用，隨著時間推移和距離的增加，地下水中污染物濃度可迅速降低，擴散范圍較小，主要集中在污染源附近。

【關鍵詞】數值模擬;地下水;化工區;預測評估

中圖分類號： P641.2文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）25-0164-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.081

Prediction of Groundwater Pollution based on three-dimensional unsteady flow

——A Case Study In Typical Chemical Industry Zone of Eastern Zhejiang

HE Hua-yan LOU Lin-jie SUN Yan

（Zhejiang Taicheng Environmentsl Technology Co.， Ltd， Taizhou Zhejiang 318000， China）

【Abstract】A concept model of heterogeneous and anisotropic three-dimensional unsteady flow groundwater was established by using FEELOW numerical simulation software， the1， 2-dichloroethane and dichloromethane in the groundwater of chemical industry area were simulated and predicted. The prediction results showed that the regional hydrogeological conditions were conducive to the diffusion of groundwater pollutants， and the surrounding surface water had the effect of dilution and diffusion. With the passage of time and distance， the concentration of pollutants in groundwater could be rapidly reduced and the diffusion range was small.

【Key words】Numerical Simulation; Groundwater; Chemical Industry Zone; Prediction

0 前言

研究區域的化工區始于上世紀70年代建立，鼎盛時期占地約42畝，隨著城市建成區逐年擴大和“退二進三”不斷推進，化工區面臨整體搬遷和二次開發。隨著地下水保護工作重要性日益增強，區域地下水調查評估及污染防治，是保障區域社會人群健康的關鍵性工作，也是工業用地二次開發過程中的重要基礎性工作。

1 區域水文地質

研究區域地貌單元屬天臺盆地之始豐溪沖洪積平原，地勢基本平坦。場地內出露的地層主要有白堊系下統賴家組及第四系，按照地基土的成因類型、物理力學性質特征可分為-0素填土（mlQ）、-3卵石（al-plQ4）和-3中等風化粉砂巖（K2l）。

研究區域地下水主要為賦存于第四系地層中的孔隙潛水和少量基巖裂隙水。勘察期間，淺層孔隙潛水穩定水位埋深在0.50m～5.71m之間，穩定水位高程在52.86～63.17m之間;基巖裂隙水的埋藏、分布及水動力特征都非常不均勻，一般水量較貧乏，為相對隔水層。區域地下水流向主要為西北至東南流向。測試期間第四系孔隙潛水含水層主要為（5）-3層卵石層，分布比較穩定，透水性較好，靜止水位標高52.86～63.17m，滲透系數推薦值k=2.73m/d;對應的影響半徑15.38～131.20m。

2 模型建立

利用FEELOW數值模擬軟件，通過對水文地質概念模型的分析，依據滲流連續性方程和達西定律，建立非均質、各向異性三維非穩定流地下水概念模型，結合實測水文地質參數，反演計算得到最優水文地質參數[1]。預測評價重點：主要預測因子為1，2-二氯乙烷及二氯甲烷;預測區域：1，2-二氯乙烷為GW01點位，二氯甲烷為GW25、GW28點位;預測情景：上述點位二氯甲烷、1，2-二氯乙烷點位濃度不變情況下，模擬時長至區內污染物濃度至地下水Ⅳ類標準范圍。

式中，Ω：地下水滲流區域，量綱：L2;H0：初始地下水位， 量綱：L;H1：指定水位，量綱：L;S1：第一類邊界;S2：第二類邊界;μs：單位儲水系數，量綱：L-1;Kxx，Kyy，Kzz：分別為x、y、z主方向的滲透系數，量綱：LT-1;w：源匯項，包括蒸發，降雨入滲補給，井的抽水量，量綱：T-1;q（x，y，z，t）：表示在邊界不同位置上不同時間的流量，量綱：L3T-1;■：表示水力梯度在邊界法線上的分量。

3 結果與分析

3.1 1，2-二氯乙烷的模擬預測

初次模擬結果顯示，污染物在預測區內遷移范圍較小，主要沿南向始豐溪方向擴散，基本符合地下水遷移特征，經過多次時間優化，最終選取時間點為2190d和3650d進行分析說明。在2190天后，地下水受影響區域較小，且3650天后，地下水受影響區域基本變化不大，相較2190天前有所減少，減少區域主要是南側池塘附近，說明地表水體有利于控制污染物的擴散，但污染物也會進入地表水體環境，從而對地表水造成一定的影響。進一步分析可知，隨著時間的增加，其污染影響區域逐漸擴大，但影響區域到達始豐溪后，時間繼續推移，污染區域不變，且隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，污染物濃度較高區域主要集中在GW01附近。

3.2 二氯甲烷的模擬預測

初次模擬結果顯示，污染物在預測區內遷移范圍較小，主要沿東南向始豐溪方向擴散，基本符合地下水遷移特征，經過多次時間優化，最終選取時間點為1400d和3650d進行分析說明。在1400天后，地下水受影響向東南方向擴大，并進入始豐溪，但3650天后，地下水受影響區域減少，但最終還是擴散始終向始豐溪方向匯入，說明本區域地下水動力條件有利于污染的擴散，地表水體有利于控制污染物的擴散，但污染物也會進入地表水體環境，從而對地表水造成一定的影響。進一步分析，可發現嚴重污染區域主要集中在GW25、GW28附近，隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，其總體影響范圍不大。

4 結論與建議

4.1 結論

根據本次區域地下水預測結果可知，區域水文地質條件有利于污染物的擴散，且周邊始豐溪對其有稀釋擴散的作用。非水溶性氯代烴（1，2-二氯乙烷、二氯甲烷）而言，其水溶性較差，但該含水層主要以礫石為主，污染物不易被吸附，因此其仍以遷移擴散為主，向南側沿始豐溪方向遷移，隨著距離的增加，污染物濃度迅速降低，擴散范圍較小，主要集中在污染濃度較高點位（GW01、GW25、GW28）附近。

4.2 建議

根據本次區域地下水預測結果，本區域水文地質條件有利于地下水中污染物的遷移與擴散，隨著時間的推移，地下水中污染物濃度可明顯降低。因此，需要做好需要地下水的“防”“控”措施。因為該區域還存在較多工業企業，這是地下水的一大潛在污染來源，“防”即需要防止這些企業物料、廢水區域、溶劑、儲罐區等泄露，“控”即可設置長期觀測井等方式，監測污染的事件發生，并立即啟動相關的防護措施，來減緩污染事件對地下水的影響。

【參考文獻】

[1]柳山，羅朝暉，金曉文，等.基于數值模擬的地下水環境影響預測評價體系初探：以黔西南巖溶某場區為例[J].環境工程，2017，35（8）：135-140.