某污染場地地下水污染物運移分析

馬志強

摘要：地下水如果受到污染，是對人體健康有毒害作用的，嚴重了會造成人體健康致癌風險，地下水及水動力是污染物運移的載體及主要動力。文章結合實例對污染場地地下水污染物運移進行了討論。

關鍵詞：污染場地；地下水；污染物運移

地下水污染健康風險評估是健康風險評估在地下水環境保護治理領域的衍生概念。基于保護人類健康和生態環境的考慮，以地下水質量標準和風險評估的健康基準值為基礎，客觀、科學地量化評估地下水污染對人體健康和生態環境產生的潛在影響。地下水是人類賴以生存的重要組成部分，非地下水原有物質進入地下水后可能會對地下水造成污染，地下水一旦受到污染，治理和恢復都是非常困難的。因此，應用科學有效的方法進行地下水環境影響評價是非常必要的。

一、地下水健康風險評估方法

1、地下水暴露量的計算

該研究在進行場地地下水健康風險計算中主要考慮的暴露路徑為人體直接飲用途徑，運用地下水飲用途徑暴露量計算公式對污染物在場地地下水中的暴露劑量進行計算，可得到地下水飲用途徑污染物暴露劑量。

ADD=（1）

式中，ADD為經口暴露劑量；CW為水中污染物濃度；IR為人的飲水率；EF為暴露頻率；ED為暴露持續時間；BW為人的體重；AT為平均暴露時間。

2、場地地下水健康風險計算

根據石油類污染物對人類的不同毒性特點，可將地下水健康風險分為致癌風險和非致癌風險。致癌風險即對人體造成致癌效應的風險，一般認為沒有劑量閾值，只要有微量存在，即會對人體產生不利影響。根據美國國家環保局（EPA）推薦值可知，當致癌風險值大于10-6時，表示污染物致癌風險超過可接受水平；非致癌風險則指對人體造成非致癌效應的風險，一般認為有劑量閾值，低于閾值則認為不會產生不利于人體健康的影響。當非致癌風險值大于1時，表示污染物非致癌風險超過可接受水平。對于一種污染物質，可能既具有致癌風險，又具有非致癌風險，這時應分別對其計算致癌風險及非致癌風險。

地下水污染物的致癌風險模型計算：

R 1 =ADD×SF（2）

式中，R1為致癌風險（無量綱）；SF為致癌斜率因子；ADD為致癌污染物地下水飲用暴露量。其中，當R1值大于10-6時，表示污染物致癌風險超過可接受水平，需要進行修復。

地下水污染物的非致癌風險模型計算：

R2=（3）

式中，R2為非致癌風險（無量綱）；RfD為經口攝入污染物參考劑量；ADD為非致癌污染物地下水飲用暴露量。其中，當R2值大于1時，表示污染物非致癌風險超過可接受水平，需要進行修復。

二、實例研究

評價區位于工業園區內，地理坐標為東經119°38'—119°40'，北緯45°26—45°27'。地貌屬山前沖洪積地貌，地形起伏較大。地層上部為第四系沖洪積、風積細砂及沙礫石層，下部為凝灰質膠結的沙礫層。所在含水層為松散巖類孔隙與基巖風化帶孔隙裂隙潛水含水層（組），含水層巖性為含礫粉細砂、礫石、凝灰巖等，厚度25—35m，水位埋深2—5m，導水系數（T）59.81—259.2m2/d，滲透系數（K）3.15—8.64m/d。通過上述分析，模擬評價區的水文地質概念模型可以概劃成非均質、各向同性、二維非穩定流地下水流系統。

1、數學模型的建立

評價范圍內水流狀態符合達西定律，利用有限差分法或有限單元法進行數值求解。本次模擬把包含模擬評價區的矩形區域在二維平面上剖分成125×125=15625個網格單元，其中模擬評價計算區6607個單元，共6個區。

2、模型的識別和驗證

模型的識別與檢驗過程是整個模擬中極為重要的一步，通常要經過反復修改參數和調整某些源匯項的過程才能達到較為理想的擬合效果。模型的識別與檢驗過程采用的方法稱為試估——校正法，屬于反求參數法。通過反復調整參數和均衡量，識別水文地質條件，確定模型的結構、參數和均衡要素。最終確定了各個分區的水文地質參數如表1所示。

表 1 模擬評價區含水層參數

識別后的含水層水文地質參數

分區編號 參數值 分區編號 參數值

滲透系數（m/d） 給水度 滲透系數（m/d） 給水度

1 6.8 0.25 4 4.5 0.15

2 4.5 0.15 5 3.5 0.18

3 6 0.2 6 7.5 0.2

3、溶質運移影響因素及模擬時間段的確定

根據污染源特點，本次污染物預測評價過程不考慮污染物在含水層中的吸附、揮發、生物化學反應，只考慮運移過程中的對流、彌散作用。模擬時段確定為自泄漏時間點起30年，共計10950天，設定滲漏時間起點為2011年1月。

4、污染物質的確定

大修渣成分復雜，并非只有一種污染物，而是存在一種主要污染物和多種次要污染物，根據大修渣取樣進行的相關浸出試驗結果，確定大修渣主要污染物為氟，濃度為300mg/L。

5、模擬結果分析

1）非正常工況無防滲措施情景預測

根據評價區污染物濃度大小，對氟污染物進行預測分析，特征污染物氟的污染羽在彌散、對流綜合水動力作用下，逐漸向東南方向遷移出污染場地并向下游運移，污染羽的面積逐漸增加，濃度由于水流的稀釋在逐漸降低。100d后，影響范圍為91721m2，超標范圍64166m2，最大運移距離239.9m，最大超標倍數約93.4倍（對應的濃度為93.4mg/L）；1000d后，影響范圍為468101m2，超標范圍243355m2，最大運移距離713.8m，最大超標倍數約17.1倍（對應的濃度為17.1mg/L）；10000d后，污染羽的最大濃度為0.12mg/L，遠遠小于限值，所以不存在超標現象，但存在影響范圍，面積為311649m2，預測結果詳見表2。

表 2 地下水中氟污染預測結果

污染年限 影響范圍（m2） 超標范圍（m2） 最大運移距離（m） 最大超標倍數 最大濃度mg/L

100天 91721 64166 239.9 93.4 93.4

1000天 468101 243355 713.8 17.1 17.1

10000天 311649 - 829.4 - 0.12

2）非正常工況有防滲措施情景預測

有防滲措施，污染物僅通過防滲層破損點滲漏，進入地下水的污染物總量急劇減少，濃度將大大少于無防滲措施下的濃度。根據無防滲措施的預測結果來看，在非正常工況采取防滲措施時，下游廠區邊界地下水污染物濃度變化差異顯著，各污染物達到穩定濃度的值遠小于檢測下限。地下水污染程度明顯減弱，均未超出檢測下限。

結論

綜上所述，雖然污染場地砂卵礫石層能對污染物起到一定的吸附和凈化作用，但由于其滲透性很大，在污染物濃度超標很大的情況下不能有效地吸附，超標的污染物會隨地下水向下游運移。在有防滲膜的前提下，污染物的擴散、遷移路徑被有效地阻滯，當污染物擴散至砂卵礫石層及其下部地層時，濃度已明顯減小，水平擴散范圍及侵入深度也明顯減小，因此不會對污染場地下游區域地下水水質產生影響。

參考文獻

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