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(qū)，運用Visual MODFLOW軟件建立地下水水流模型及溶質(zhì)運移模型，對電子廢棄物拆解場地內(nèi)主要超標因子銅進行了模擬預(yù)測，計算其超標范圍和最大運移距離。由模擬預(yù)測結(jié)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(huán)境污染，對周圍地下水水質(zhì)造成一定的影響。

關(guān)鍵詞：電子廢棄物;Visual MODFLOW;溶質(zhì)運移;地下水污染模擬

1.前言

根據(jù)相關(guān)資料，目前我國電子廢棄物年產(chǎn)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(chǎn)品外殼、露天焚燒電線電纜及強酸浸泡線路板等。其產(chǎn)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(huán)境。 根據(jù)對某簡易露天電子廢棄物拆解場地地下水現(xiàn)狀監(jiān)測，監(jiān)測出重金屬銅濃度為33.8mg/L，超過了《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》（ GB/T14848-2017）Ⅲ類標準限值的33.8倍，說明場地內(nèi)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(qū)概況

（1）地形地貌。研究區(qū)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(nóng)田、魚塘、城鎮(zhèn)居民點。（2）氣候條件。研究區(qū)氣候?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L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(zhì)條件。研究區(qū)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(zhì)粉砂巖地層。（4）水文地質(zhì)條件。研究區(qū)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(jù)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(qū)地下水主要靠降水和地表滯水滲入補給，本區(qū)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(qū)外圍北側(cè)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(qū)與徑流區(qū)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(fā)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(fā)和側(cè)向排泄補給河水。

3.地下水環(huán)境影響預(yù)測與評價

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

（2）模型概化。根據(jù)場地鉆探揭露，場地內(nèi)巖土體主要為人工填土層、沖洪積粉質(zhì)粘土層夾中砂層和風化泥質(zhì)粉砂巖層，場地內(nèi)地下水靜止水位埋深約為1.3m-2.7m，根據(jù)場地水文地質(zhì)條件將研究區(qū)內(nèi)概化為上下兩層，上層人工填土及粉質(zhì)粘土夾中砂層為相對含水層，下層為泥質(zhì)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(zhì)參數(shù)不同，底部埋深40m。研究區(qū)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(wǎng)格，場區(qū)附近加密，對污染物的遷移過程進行精細刻畫。模擬平面網(wǎng)格剖分如圖2所示。

②源匯項處理。研究區(qū)內(nèi)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(fā)和側(cè)向徑流排泄。

③邊界條件。研究區(qū)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(qū)內(nèi)地下水流向近南向北流，根據(jù)流場將南、北兩側(cè)定義為定水頭邊界，東、西兩側(cè)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(fā)邊界，研究區(qū)所在地平均年降水量為1730mm，降水人滲系數(shù)按α=0.1計算。

④模擬擬合。根據(jù)研究區(qū)所在地區(qū)域水文地質(zhì)資料結(jié)合場地內(nèi)已有水文地質(zhì)試驗與相關(guān)經(jīng)驗參數(shù)，模擬研究區(qū)地下水水位變化規(guī)律，通過反復(fù)調(diào)整參數(shù)，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(qū)實際水文地質(zhì)條件的模型。模擬后的流場如圖3所示。含水層參數(shù)如表1所示。

（4）地下水溶質(zhì)運移模擬。

①溶質(zhì)運移參數(shù)。根據(jù)相關(guān)資料，研究區(qū)內(nèi)彌散度應(yīng)介于1-10之間，彌散度參數(shù)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(jù)實際情況確定污染源位置。在模擬預(yù)測污染物擴散時，不考慮化學(xué)反應(yīng)、吸附作用等因素，重點考慮彌散、對流作用。

③污染物溶質(zhì)運移結(jié)果。選取銅為預(yù)測因子，濃度為33.8mg/L。以《地下水環(huán)境質(zhì)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(xué)反應(yīng)、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(yù)測發(fā)生滲漏事故后10天、50天、100天污染物運移情況，預(yù)測結(jié)果詳見表4，污染物運移情況如圖3所示。

在模擬預(yù)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(fā)生10天后，Cu限制濃度大于Img/L，最遠運移至場區(qū)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(fā)生50天后，Cu濃度小于1mg/L。

4.結(jié)論

根據(jù)以上選取的參數(shù)和預(yù)測模型，對相關(guān)超標因子Cu進行了地下水污染預(yù)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(qū)外南部距污染源約150m處，最大污染深度約6.Om，模擬預(yù)測說明了該電子廢棄物拆解場地會對場地及下游一定區(qū)域的地下水環(huán)境造成污染。

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