基于FEFLOW預(yù)測工業(yè)危險(xiǎn)廢物對地下水環(huán)境的影響
——以漳州市某工業(yè)危險(xiǎn)廢物填埋場為例

王艷艷

(福建省閩南地質(zhì)大隊(duì)，福建 漳州 363000)

當(dāng)前我國面臨水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等一系列環(huán)境問題，水資源成為制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。地下水作為水資源的重要組成部分，與地表水相比，地下水具有水量穩(wěn)定、水質(zhì)好、不易污染等特點(diǎn)，被認(rèn)為是安全可靠的戰(zhàn)略水源。隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)危險(xiǎn)廢物集中處置項(xiàng)目數(shù)量不斷增加。工業(yè)危險(xiǎn)廢物具有腐蝕性、毒性、易燃易爆等危害危險(xiǎn)，污染物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，從源頭預(yù)防和評價(jià)工業(yè)危險(xiǎn)廢物集中處置建設(shè)項(xiàng)目對地下水環(huán)境影響具有重要的研究意義[1]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于低山丘陵，坡度15°～25°，北、東、南三面地勢較高，西部和中間為山間洼地。地層巖性為燕山早期侵入的花崗巖、侏羅系南園組凝灰?guī)r及第四系全新統(tǒng)沖洪積層、更新統(tǒng)殘坡積層。地下水主要賦存基巖裂隙和孔隙中，以潛水為主，總體上地下水沿東向西流，西部和中間地塊為溝谷水位較低，以大氣降雨入滲補(bǔ)給為主。

區(qū)內(nèi)發(fā)育北西向和南北向兩條控水?dāng)嗔选１蔽飨驍嗔袴1位于場地的東北側(cè)，走向?yàn)?30°，產(chǎn)狀為240°∠60°，于場地東側(cè)走向逐漸轉(zhuǎn)305°，產(chǎn)狀為215°∠60°，寬約10～15 m，長約6 km，巖石極度破碎，構(gòu)造深部位于場地下方，若構(gòu)造破碎帶內(nèi)地下水經(jīng)人工開采，水位下降，低于場地地下水水位，場地地下水為可能下滲補(bǔ)給構(gòu)造破碎帶內(nèi)地下水。南北向斷裂F3位于場地的西側(cè)，產(chǎn)狀為275°∠70°，寬約5～8 m，長約2.5 km，斷裂構(gòu)造帶內(nèi)巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，位于場地下游排泄區(qū)。

2 數(shù)值模擬模型的建立

本文采用數(shù)值法對研究區(qū)水流和污染物的遷移進(jìn)行模擬，使用的軟件為FEFLOW。研究區(qū)北、東、南三面為分水嶺界，作為第二類邊界條件；西側(cè)以南北向斷裂為邊界，為流量邊界；F1位于評價(jià)區(qū)內(nèi)部，當(dāng)作導(dǎo)水?dāng)鄬犹幚怼?/p>

2.1 地下水水流模型

對于非均質(zhì)、各向異性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)：

2.2 地下水水質(zhì)模型

污染物控制方程可表示為：

3 模型參數(shù)識別

3.1 區(qū)域離散

計(jì)算區(qū)域以評價(jià)區(qū)所在地中心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，正北方向?yàn)閥軸正向，正東方向?yàn)閤軸正向，垂直向上為z軸正向，垂向上考慮4層，將研究區(qū)域離散為41 025個(gè)節(jié)點(diǎn)，71 768個(gè)單元，區(qū)域剖分見圖1。

圖1 區(qū)域剖分圖

3.2 初始條件

將模擬區(qū)內(nèi)的監(jiān)測孔水位作為模擬預(yù)測的初始水位，地下水現(xiàn)狀監(jiān)測的濃度背景值為初始值，初始時(shí)間為2017年2月。源匯項(xiàng)：此次模擬的源匯項(xiàng)主要來源于危廢填埋場場內(nèi)的危廢填埋區(qū)。考慮的工況主要非正常情況下(防滲失效)填埋區(qū)的污染物泄漏。

3.3 模型參數(shù)識別結(jié)果

為了驗(yàn)證模型的合理性和有效性，對所建的數(shù)值模型進(jìn)行參數(shù)識別，現(xiàn)場試驗(yàn)和勘查所獲得的滲透系數(shù)作為模型參數(shù)的初值，利用實(shí)測地下水位與計(jì)算水位得到模型的滲透系數(shù)(表1)，地下水位擬合結(jié)果見圖2。

表1 各含水層滲透系數(shù)反演值

圖2 實(shí)測和模擬水位等值線圖

從圖2中分析，除SW5存在一定差別外，實(shí)測水位和擬合水位相差不大，表明模型參數(shù)取值合理，所識別的數(shù)值模型能夠用于場區(qū)地下水流運(yùn)動和污染物遷移的模擬和預(yù)測。

4 預(yù)測模擬結(jié)果及地下水環(huán)境影響評價(jià)

非正常情況下(防滲失效)，平面上預(yù)測時(shí)段為100 d、1 000 d、5 d、10 a和20 a，但垂向上考慮100 d時(shí)的污染遷移情況。根據(jù)對污染液體中特征因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果，本次模擬按照重金屬、持久性有機(jī)污染物和其他類別進(jìn)行分類，分別選取各分類中標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算值最大的總鎳、石油類和氨氮作為本次評價(jià)相應(yīng)類別的預(yù)測因子，預(yù)測因子的初始濃度值分別為5 mg/L、50 mg/L和145 mg/L，分別是對應(yīng)預(yù)測因子標(biāo)準(zhǔn)濃度的100倍、1 000倍和725倍(見圖3和圖4)。其中，總鎳和氨氮參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)執(zhí)行，石油類參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)執(zhí)行。

表2 非正常工況下染物運(yùn)移特征統(tǒng)計(jì)

圖3 平面上總鎳、石油類和氨氮污染運(yùn)移

圖4 垂向上總鎳、石油類和氨氮污染運(yùn)移

綜述，填埋場區(qū)防滲失效的情況下，100 d后的污染物在水平方向上的最大遷移距離為5.46 m、9.12 m，20 a后的最大遷移距離為73.57 m、104.90 m；垂向上100 d時(shí)污染物最大遷移距離約為9.0 m。

5 結(jié)語

危險(xiǎn)廢物的危險(xiǎn)特性，污染物種類繁多，地下水環(huán)境影響評價(jià)所涉及的重點(diǎn)與一般項(xiàng)目地下水環(huán)評存在差異。本文通過數(shù)值方法預(yù)測了漳州市某建設(shè)項(xiàng)目危廢填埋場非正常狀況下總鎳、石油類和氨氮泄露對地下水的影響，為該類項(xiàng)目地下水環(huán)評的編制及技術(shù)評估提供科學(xué)參考。