地下水环境评价及预测浅析

地下水环境评价及预测浅析

吕银忠

620523198902171137 兰州洁华环境评价咨询有限公司

摘要：根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ610-2016）的要求，以某一具体项目为例，使用GMS模型对该项目的地下水流场进行了模拟。根据案例预测，在污水站的主要构筑物发生污水渗漏或溢流事故后，污染物的下渗会对地下水环境造成一定的影响，并有可能出现超标的情况。此外，在10000天时，还会出现一个浓度超标的区域。

关键词：地下水；环境评价；预测浓度

HJ610-2011《环境影响评价技术导则地下水环境》的颁布，填补了国际上关于地下水环境评价规范的空白，引起了人们对于地下工程建设的关注。近年来，我国开始重视地下水的环境影响评估工作，但过去主要集中在地表水体的环境评估。随着社会的不断发展和环境污染的加剧，生态系统受到的危害也越来越严重。特别是在生态系统中，存在对生态系统产生严重破坏作用的因素。

一、地下水动力场模拟预测

（一）水文地质概念模型

水文地质学中的概念性模型是一种对真实水文学概念进行理论和应用价值评估的方法。该模型的目标是将含水层的实际边界特性、内部结构、渗透性质、水力特性和补给排泄条件简化为方便数学和物理模拟的基本模式。通过综合分析该地区地下水体系的内部构造、水力学特性、边界条件以及补充产水和排泄情况，可以构建该地区的水文地质概念性模型。

本研究以邻近海洋的生态系统为研究对象，根据该地区的水文地质特征、地下水水位和河道水位观测结果，选择该地区的河道作为模拟区的边缘，并以多条小型河道为研究对象。

垂直界面：由于地表降水和地表水分的渗透补充，地表形成一个隔水层。因此，本研究的区域内地下水可以近似为均匀的三维空间结构，形成一个相对稳定的地下流动系统。

（二）数字模型

本项目将利用英国布里格汉永大学与美国军事水文试验基地共同研发的地下水预报模式GMS(Groundwater System)，该模式以美国地质局McDonald与 Harbugh于1988年发展并经过多次修正的MODFLOW模式为基础，采用变量差分和Cell Center方法，实现了对含水层的稳态与不稳态三维渗流问题的高效、高精度研究。为了模拟地下流动过程，我们使用了3D地下水流及污染物运移模拟软件GMS10.1，并对可能受影响的潜水含水层进行了模拟。项目在20米的格距下进行了网格剖分，共涉及27412个计算点。

（三）模型的识别与验证

在数值仿真中，对地下水模型进行辨识和校核是非常关键的步骤。通常需要多次修正模式以及部分源和汇系数，才能获得满意的拟合效果。该模型的辨识和验证使用了试估-校正法，这是一种直接逆向求解参数的方法。

通过将该模型与2016年6月份的实际潜流等水线曲线进行对比研究，得出了相似的结果。这表明所构建的数值模型已经基本满足准确性要求，并且与实际的水文地质情况相符合。它能够较好地体现地下水体系的水力学特性，并可以用于地下水埋深、溶质扩散等方面的计算。

（四）场地地下水质模拟预测

1.溶质运移数学模型

使用GMS软件MT3DMS，针对地下溶质运移过程开发了一套适用于该过程的三维有限差分法，并将其应用于实际场景。在基于MODFLOW数值模拟的基础上，对MT3DMS进行了深入研究。通过利用MODFLOW所构建的流动场中的网格水头和网间通量，对MT3DMS进行了数值分析，并对其进行了详细研究。对这两种方法进行了全面比较，揭示了它们在时间和空间上的演变规律。

2.地下水污染预测情景设定

该工程将处理工厂中的废水，先进行预处理，然后通过下水道网络与废水处理厂相连，最终达到排放标准。由于像调蓄池和事故应急池等结构体都经过了防水、防腐和防渗的土工膜处理，因此它们的防渗性能很好，通常不会出现渗漏情况，也不会对地下水产生影响。

通常情况下，我们会对项目中的每个产品进行数据分析。然而，在一些特殊情况下，如渗漏等，存在着大量的非正常水源，例如废水调节池和事故应急池等，这些地方都是潜在的地下水源地。特别是在使用期限结束后，如果污水处理站的调蓄池发生裂缝渗漏，或者由于异常运行引起的事故应急池溢流，会导致地下水下渗并对地下水产生污染。

3.污染物浓度检出限和水质标准

在评估过程中，我们考虑了各种可能的污染源和情景，并建立了相应的数学模型来模拟和计算不同情景下的地下水污染增加值。同时，我们还考虑了地下水流动、水文地质条件和地下含水层的渗透能力对污染物迁移转化的影响。通过分析模拟结果，我们发现在工程正常运行期间，主要污染物为CODCr和氨氮。由于污水处理设施的良好运行和事故应急池的设计容量，使得这些污染物的浓度始终低于《地下水水质标准》中规定的III类水的限制值。然而，在特殊情况下，如污水处理设施出现故障或事故应急池超出设计容量，污染物可能会超过标准限制值。在这种情况下，我们将采取一系列措施来控制和处理污染物的泄漏和溢出，以保护地下水环境的健康和可持续性。

二、地下水预测结果

（一）调节池发生渗漏

本项目的废水处理场由综合调节池、厌氧池、兼氧池和好氧池组成，它们的大小各不相同。由于墙体破裂导致渗流现象无法事先确定，给后期强度计算带来了困难。因此，提出了集成式调蓄水池作为代表性的解决方案，其构造与现场土壤基本一致，并存在渗漏的可能性。根据某废水处理厂的要求，采用16x16x4.5米的组合型式。在假设中，调蓄水池发生了16米长、0.05米宽的破裂裂纹，导致渗漏现象。污水从裂缝处迅速渗入地下的地下水。经勘察发现，在表土中，冲填土及粉砂粘土层的侧向渗透系数为0.35~0.46 m/d。如果不考虑包气带对污染物的吸收和阻碍，将渗漏看作是所有污染物都流入地下水的话，每天渗漏的数量约为0.37m3/d。若渗漏持续10天，总渗漏量将达到3.7m3。CODCr为4135 mg/L，NH3-N为73 mg/L。

在泄漏初期，污染物浓度高且存在大坡度，主要传播模式是通过坡度分布实现的。此外，由于地下水流动速率低和污染物扩散速率缓慢，污染晕区需要经过15~2万天或更长时间的持续期才能扩散到50米以下。

（二）事故应急池发生溢流

在该项目中，事故和应急水池的容量为2400立方米。一旦出现严重的突发事件，污水会在较短的时间内迅速增加，但由于污水储存能力不足，可能导致污水溢出。根据应急池水总量的5%，一次溢出量为：2400m3×5%=120m3。假设以小时为单位，泄漏初始阶段污染物浓度以CODCr 4135毫克/升和NH3毫克/升为主；而在中后期，则以地表径流为主。由于地下水含水环境条件恶劣，水流速度较慢，污染物质在地下水中的迁移速度较快且不易扩散。因此，直到泄露已经过去了很长一段时间，比如一万五千天、两万天或更长时间后，污染晕区的边界才会向下延伸到50米以下。

结论

通过对本项目的研究，发现本项目所处的地下含水地层具有较差的渗透性和较小的渗透性。这样，污染就会长期积累在泄漏点或泄漏点。研究表明，不管是调节池或事故应急池，在渗漏或溢流时，污染物向下渗透，均会对地下水造成一定程度的影响，且有一定程度的超限，10000天后仍有一定程度的超限。根据该模式的预报，在一定时期后，该地区的地下水质将有所下降。但由于地下水被污染后，其本身的清洁性能会下降，从而使其成为一种持久的环境污染。为了确保废水处理设备的安全稳定运转，避免泄漏事故的发生，需要对废水进行严密的监测和定期的监测。一旦发生未预料到的泄漏，必须及早采用综合性的防治方法，以避免污染的流向与蔓延。这具体包含了利用水动力控制、抽采或阻隔等方法，在污染物进行更多的运输和扩散之前，对其展开了有效的控制和处理，以避免对下游地下水的污染，也就是在项目运营的过程中，对地下水造成了污染。

参考文献

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