城市地下水污染模擬預(yù)測(cè)

摘要：針對(duì)地下水資源被污染導(dǎo)致城市生活用水受到限制的問(wèn)題，本文以銀川地區(qū)為例，在研究其地質(zhì)、水文、氣象等情況的基礎(chǔ)上，著重對(duì)其地下水現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并建立地下水?dāng)?shù)值模擬模型對(duì)200年內(nèi)該區(qū)域地下水污染進(jìn)行預(yù)測(cè)，為后續(xù)該地區(qū)地下水的防治工作奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地下水;城市用水;工業(yè)用水;防治;數(shù)值模擬

中圖分類(lèi)號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）09-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.09.018

Simulation and prediction of urban groundwater pollution

Han Liang

（Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration，Jinan Shandong 250013，China）

Abstract：In view of the problem of restricted urban domestic water consumption due to the pollution of groundwater resources， this article takes Yinchuan as an example， based on the study of its geology， hydrology， meteorology， etc.Focuses on the analysis of its groundwater status and establishes a groundwater numerical simulation the model predicts the groundwater pollution in the area within 200 years， which lays a foundation for the subsequent prevention and control of groundwater in the area.

Key words：Groundwater;Urban water use;Industrial water use;Prevention;Numerical simulation

水是生命之源，水資源貫穿于我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的領(lǐng)域中。飲水的安全性是保證人們生命安全的基礎(chǔ)。由于地下水資源被污染，導(dǎo)致城市水資源不足，進(jìn)而使得所在城市及地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展受到制約。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)前我國(guó)淺水層的75%左右已被污染，深層地下水被污染的比例也達(dá)到30%[1]。因此，需從根本上提升我國(guó)針對(duì)水資源的防治能力。地下水資源的污染模擬與預(yù)測(cè)是提升其防治效果的基礎(chǔ)。本文著重開(kāi)展地下水資源模擬預(yù)測(cè)的研究。

1 城市及水污染現(xiàn)狀分析

1.1 城市概況

本文以銀川地區(qū)為研究對(duì)象，該地區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)，是我國(guó)重要的商貿(mào)城市。該地區(qū)的具體交通、氣象水文、地形地貌以及地質(zhì)水文條件如下：

交通情況：銀川地區(qū)共開(kāi)通了40多條航線;境內(nèi)高速公路總長(zhǎng)度為125km;鐵路包括包蘭鐵路、太中銀鐵路以及寶中鐵路等，目前已經(jīng)與全國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

氣象水文：銀川地區(qū)的四季分明，每年平均日照時(shí)間可達(dá)到2 900h左右;平均氣溫為9.6℃;平均降雨量為188.6mm，而且該地區(qū)的降雨主要集中在7月、8月以及9月份;平均蒸發(fā)量可達(dá)1 688.4mm。

1.2 地下水現(xiàn)狀

銀川地區(qū)的主要河流為黃河，該地區(qū)主要依靠黃河完成對(duì)農(nóng)作物的灌溉。銀川地區(qū)地下潛水的動(dòng)態(tài)與其灌期相關(guān)，根據(jù)其灌溉時(shí)間段不同分為夏灌和冬灌。在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的基礎(chǔ)上得出：銀川地區(qū)的地下水主要包括有潛水層、第一承壓水層和第二承壓水層。其中，潛水層容易被污染，且水質(zhì)較差，不能用于工業(yè)和城市生活用水使用;承壓水層一般不容易污染，其水質(zhì)較高，承壓水層可用于城市生活用水和工業(yè)用水[2]。

1.3 地下水污染現(xiàn)狀

地下水污染的污染源可分為點(diǎn)狀污染、線狀污染以及面狀污染。其中，點(diǎn)狀污染主要指的是工廠排出的廢水不達(dá)環(huán)保要求，進(jìn)而對(duì)地下水造成污染;線狀污染主要的是工業(yè)廢水和生活污染通過(guò)中干溝等排泄至黃河，沿途深入地下水從而造成地下水的污染;面狀污染指的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中在農(nóng)田中施化肥、噴灑農(nóng)藥等造成對(duì)下水的污染[3]。

經(jīng)研究可知，銀川地區(qū)市內(nèi)下水污染主要被線狀污染源污染;銀川地區(qū)工礦企業(yè)的污染主要為點(diǎn)狀污染源污染。

2 地下水?dāng)?shù)值模擬分析

本文采用Visual MODFLOW軟件對(duì)城市地下水進(jìn)行數(shù)值模擬。本次模擬研究的對(duì)象為銀川地區(qū)地下水，包括有潛水層、第一承壓水層和第二承壓水層。地下水?dāng)?shù)值模擬需建立該地區(qū)地下水的數(shù)學(xué)模型、幾何模型以及水文地質(zhì)模型[4]。

基于所建立的數(shù)學(xué)模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滲流情況的描述，鑒于篇幅有限。本節(jié)不對(duì)數(shù)學(xué)模型的建立及結(jié)果進(jìn)行贅述。根據(jù)銀川地區(qū)地下水的及其地形地貌特點(diǎn)建立幾何模型，該幾何模型總共包括有五層，分別為潛水含水層、第一弱透水層、第一承壓含水層、第二弱滲透水層以及第二承壓含水層。其中，潛水含水層的厚度為40m;第一承壓含水層的厚度為100m;第二含水層的厚度為80m。銀川地區(qū)地下水的幾何模型如圖1所示。

根據(jù)前期勘測(cè)的結(jié)果及收集的材料，在分析該地區(qū)地質(zhì)水文條件的基礎(chǔ)上，將潛水含水層、第一承壓含水層以及第二承壓含水層的滲透系數(shù)等參數(shù)在幾何模型中進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)數(shù)值模擬分析可知：（1）銀川地區(qū)地下水主要補(bǔ)給路徑為渠系滲透補(bǔ)給、農(nóng)灌入滲補(bǔ)給和山洪水補(bǔ)給，且上述各個(gè)途徑的補(bǔ)給比例分別占總補(bǔ)給量的60%、21%和0.6%。（2）銀川地區(qū)地下水排泄路徑包括有蒸發(fā)排泄、人工開(kāi)采導(dǎo)致的地下水流失以及側(cè)向排泄等，且各個(gè)排泄路徑的排泄量占總排泄量的47%、34%和1.4%。

經(jīng)上述仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)得知本文所搭建地下水模型是正確的，可用于對(duì)地下水污染預(yù)測(cè)的模擬研究。

3 地下水污染模擬預(yù)測(cè)

針對(duì)地下水污染模擬的預(yù)測(cè)，建立地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型，并通過(guò)分析地下水中可溶污染源的遷移趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水污染的模擬預(yù)測(cè)。考慮到氯離子在水中的狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。因此，針對(duì)地下水污染的預(yù)測(cè)采用對(duì)氯離子的遷移動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)完成[5]。經(jīng)地下水污染模擬預(yù)測(cè)得出如下結(jié)論：（1）潛水含水層氯離子的濃度明顯高于承壓水中氯離子的濃度，潛水含水層中氯離子的濃度明顯超過(guò)城市涌水中允許的氯離子濃度，且最大氯離子濃度為531mg/L。經(jīng)仿真可得：潛水含水層及承壓水中氯離子的濃度呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)大的趨勢(shì)。（2）在銀川地區(qū)現(xiàn)有開(kāi)采條件下，第一承壓含水層內(nèi)氯離子的濃度在前80年呈明顯上升的變化趨勢(shì);當(dāng)在80年至150年之間氯離子濃度的增長(zhǎng)速度相對(duì)減小;在150年后氯離子的濃度處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。第二承壓含水層內(nèi)氯離子濃度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，且總體變化趨勢(shì)為不斷增加。經(jīng)污染模擬預(yù)測(cè)銀川地區(qū)第一承壓含水層內(nèi)氯離子的在200年后存在超標(biāo)區(qū)域;第二承壓含水層內(nèi)氯離子的濃度在200年后最高可達(dá)到120mg/L，未超過(guò)城市生活用水的標(biāo)準(zhǔn)。

4 總結(jié)

地下水為人們生活、生產(chǎn)用水的主要來(lái)源，且地下水的安全性是保障居民安全的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的大力發(fā)展以及礦產(chǎn)資源的開(kāi)采嚴(yán)重破壞了地下水資源的水質(zhì)，使地下水資源遭到污染。為此，需加強(qiáng)對(duì)地下水資源污染的防治工作，從理論、技術(shù)以及管理等層面執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-07-03

作者簡(jiǎn)介：韓亮（1983-），男，漢族，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)。