基于現代煤化工項目特征污染物(氰化物)的運移數值模擬

劉祥凱, 李艷英, 呂 東

(1.山西省交通環境保護中心站(有限公司),山西 太原 030032;2.山西能源學院,山西 晉中 030600)

引 言

我國煤炭資源相對豐富[1]，隨著國內社會經濟的發展，以煤為基礎的現代煤化工產業發展迅速[2]。在現代煤化工建設區域，氰化物往往是地下水污染的特征污染物[3]。氰化物是一種有毒的致命物質，長期的生產活動會造成氰化物進入含水層，進而污染地下水，對區域周邊的地下水敏感目標造成很大的影響。通過對氰化物的地下水數值模擬預測與分析，可以加強區域地下水污染的源頭管控，這對保護地下水環境具有重要意義[4]。近年來，國內外學者通過數值模擬對各類污染物在地下水的運移進行了大量的分析研究[5-11]，但鮮有對現代煤化工建設區域有毒致命物質氰化物的數值模擬研究。因此，本文以我國華北某現代煤化工建設項目地下水為研究對象，通過調查區域水文地質條件并利用Visual Modflow軟件建立地下水水流模型和溶質運移模型，模擬區域地下水流場，并對建設項目污水處理廠調節池在非正常情況下發生滲漏的氰化物進行預測，為類似區域項目地下水氰化物的預測提供參考。

1 研究區概況

研究區氣候較為干燥，平均降雨量364.3 mm，位于由第四系全新統(Q4)、上更新統(Q3)、中更新統(Q2)和下更新統(Q1)組成的沖湖積平原，區域涉及的主要含水層為第四系孔隙潛水含水層和淺層含水層。潛水含水層厚度3 m～20 m，埋深30 m以內，主要為細砂、粉土，以接受大氣降水補給為主。淺層含水層厚度4 m～10 m，埋深35 m～50 m左右，主要為中粗砂，富水性較好，主要接受邊山及上部潛水補給，為區域主要取水層位。潛水、淺水層之間主要以黏土及砂質黏土為主，具有一定的隔水能力，但由于隔水層埋深較淺，加上灌溉及工程活動較多，又不注意隔水層的保護，對隔水層造成一定的破壞，使得這兩層含水層聯系較為密切。淺層含水層底部以黏土為主，具有良好的隔水能力。地下總體流向為西北到東南。

2 地下水污染預測情景設定

本次預測情形主要針對非正常狀況進行設定。假定污水處理站預處理單元調節池出現滲漏進入地下水含水層，對地下水環境造成污染。調節池滲漏量以《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》(GB 50141-2008)正常允許滲水量的5倍計，即為10 L/(m2·d)，調節池規格25 m×25 m×7 m，滲漏面積按池底的5%考慮。此外，在調節池地下水水流方向下游設有污染控制監測井，污染控制監測井逢單月采樣一次，從預測的保守原則出發，調節池的最長滲漏時間為60 d。在調節池發生滲漏情況下，主要地下水環境污染物濃度及滲漏源強列于表1。

按照最嚴格水資源管理制度的總體部署，加快建立水資源管理責任和考核制度，嚴格遏制地下水超采，防止出現生態環境問題。同時，不斷加強用水計量和地下水動態監測，將量測設備納入工程建設范圍，密切關注地下水動態變化。統籌考慮水資源論證后評估工作，全面分析評估報告書提出的取水量、取水影響分析是否合理，取水方案是否可行，水資源節約措施是否有效；評估并監督建設項目業主單位對報告書和審批文件的落實情況，以及項目建設對水資源開發、利用、節約和保護的影響；監測重點項目區地下水變化情況等內容，提高水資源論證編制和決策水平。同時，妥善安排好項目其他后續工作，為確保項目持久發揮效益奠定基礎。

表1 主要污染因子濃度和源強

3 地下水數值模型建立

3.1 水文地質概念模型

3.1.1 模擬區網格剖分

模擬區總面積約為26 km2。利用Visual Modflow的3DGRID模塊，對模擬區進行二維矩形網格剖分。模擬區平面剖分182行、198列，邊長為40 m×40 m；在污水處理站及其附近進行細剖分，邊長為20 m×20 m。

3.1.2 標含水層

黨的十六大以來，安徽省水利廳以科學發展觀為指導，不斷完善水利發展思路，逐步探索和形成了“水利安徽”戰略體系，走出了一條符合安徽水情的改革發展之路。10年來，全省重點水利工程建設突飛猛進，防災減災工程體系逐步完善，水利基礎保障能力大幅度提升，人民群眾受益度顯著提高。年度水利基建投資由2002年37億元增加到2011年83.8億元，邁上了前所未有的高位平臺。

3.1.3 模型邊界概化

模擬區邊界條件是根據含水層的補徑排條件確定，對于第四系孔隙水含水層，地下水由西北向東南流，地下水模擬區范圍西北部(AB)以1 025 m等水位線為界，東南部(CD)以1 010 m等水位線為界，均概化為二類流量邊界。東北部(AD)和西南部(BC)均以垂直于等水位線為界，均處理為零通量邊界，概化為隔水邊界。模擬區范圍及邊界概化見圖1。

圖1 模擬區范圍及邊界概化

1)大氣降水入滲補給

模擬區目標含水層地下水流從空間上看是以水平運動為主、垂直方向為輔，自西北向東南方向徑流。地下水系統符合質量守恒定律和能量守恒定律。含水層下部為中更新統(Q2)黏土層，黏土層厚度約10 m～20 m，阻滯了目標含水層與下部含水層間的水力聯系，使得地下水垂直方向流速比較小，計算時將地下水流的垂向分量忽略，概化為層流滲流，符合達西定律。一般情況下，地下水流速矢量在x、y方向有分量，故概化為二維流；參數隨空間變化，體現了系統的非均質性；地下水系統的輸入輸出隨時間、空間變化，地下水流概化為非穩定流。綜上所述，目標含水層系統的結構及水動力學條件可概化為非均質各向同性二維非穩定流。

客戶需求、執行方案、任務書未經精簡，嚴禁團隊內部逐條落實。不得依賴于干澀的文字陳訴，而應以最大工作速度，理出核心條款，予以啟動相應的交底動作與工作流程。

3.2.3 水文地質參數分區

模擬區目標含水層的源匯項主要包括補給項和排泄項。補給項主要來自大氣降水垂向補給、農田灌溉回歸入滲補給、側向補給；排泄項主要以潛水蒸發、人工開采、側向排泄為主。

謝合清有“找事老總”綽號，就是因為他是一個愛找事，愛干事的人。因此，創新發展這個詞與他如影隨形。他提出“面向農業、立足農資、跳出農資、多元發展”的理念，并大力貫徹實施，企業創新開拓舉措不斷。

3.2 地下水流數學模型

根據模擬區內的含水介質特征、地下水補給、排泄條件等，模擬區內地下水運動呈現出二維運動特征，且符合達西定律。在不考慮水的密度變化條件下，地下水的流動可用第157頁偏微分方程(1)來表示。式中，Ω為地下水模擬區域；K為滲透系數；h為點(x，y)在t時刻水頭；h0為含水層的初始水頭；μS為含水層給水度；W為源匯項；n為邊界的外法線方向；q為模擬區二類流量邊界上的單位面積流量，流入為正，流出為負；гAB、гCD為第二類流量邊界；гAD、гBC為第二類隔水邊界。

政治環境也就是國家對于中小企業發展的態度，相應的政策法規、稅收優惠等內容，這些政治環境是決定企業內部控制制度建立的關鍵。

Hosmer-Lemeshow檢驗，P=1.000(P>0.05)，Nagelkerke R2=0.982，是修正的Cox&Snell R2決定系數，越接近1，擬合優度越好，提示模型擬合效果好。在已確診為CIN的214例患者中，預測正確的有213人，錯判的1人，正確率為99.5%；125例宮頸癌患者中，預測正確的有125人，錯判0人，正確率為100.0%，總的正判率為99.7%。

h(x,y,t)|t0=h0(x,y)

(1)

3.2.1 邊界條件

或許你會說，現在明白了，抗生素是殺細菌的，不能治療由病毒引起的普通感冒，那用抗病毒的藥去治療普通感冒應該對吧，所以普通感冒咱就輸抗病毒的藥吧。很多人這樣想也就這樣做了，因此抗病毒的利巴韋林注射液在中國比任何國家都有市場，廣泛濫用于治療很多與病毒相關的甚至可以自愈的疾病（像普通感冒、輪狀病毒感染等）。

模擬區的西北邊界為1 025 m等水位線，概化為側向補給二類流量邊界；東南邊界為1 010 m等水位線概化為側向排泄二類流量邊界；東北邊界和西南邊界均垂直于等水位線，概化為零通量隔水邊界。模擬區流量邊界可采用達西公式(2)計算。

Q=K×D×M×I

(2)

式中，Q為側向補給/排泄量，m3/d；K為滲透系數，m/d；D為剖面寬度，m；M為含水層厚度，m；I為垂直于剖面的水力坡度，%。

模擬區側向補給邊界滲透系數為0.15 m/d，水力梯度為0.0 031，補給邊界長度3 262 m，含水層厚度選用平均值45 m，根據公式(2)計算得出模擬區側向流入量為68.26 m3/d(2.49萬m3/a)；同理，模擬區側向排泄邊界滲透系數為0.23 m/d，水力梯度為0.0 024，排泄邊界長度為3 506 m，含水層厚度選用平均值45 m，計算得出模擬區側向排泄量為87.10 m3/d(3.18萬m3/a)。

3.2.2 初始條件

水流模型初始流場采用由2018年8月各觀測井水位繪制的地下水流場。將2018年8月各觀測井水位以二維散點文件輸入到模型中，再通過插值賦給各單元中心點初始水位值，得出模擬初始時刻的地下水位流場。

3.1.5 源匯項概化

本次數值模擬中，目標含水層滲透系數(K)根據模擬區的水文地質資料、抽水試驗結果、各個鉆孔資料的巖性的差異確定；目標含水層的給水度(Ss)根據含水層巖性，按經驗值給出，取值見表2。參數分區圖見圖2。

表2 水文地質參數表

圖2 模擬區參數分區圖

3.2.4 源匯項確定

3.1.4 含水層水力特征概化

福州大學馬克思主義學院教授舒展說，《必由之路》從歷史之約、關鍵抉擇、偉大跨越、力量之源、立國之本等脈絡，展現中華大地發生的感天動地的偉大變革，凸顯改革開放的重大意義和偉大成就，彰顯了“四個自信”。

目標含水層通過包氣帶接受大氣降水入滲補給，在模型中大氣降水入滲補給量的計算公式見式(3)。

Q降=0.1∑αPiAi

(3)

式中，Q降為大氣降水入滲補給量，萬m3/a；Pi為各分區平均降雨量，mm/a；αi為各分區大氣降水入滲系數；A為各分區面積，km2

大氣降水入滲補給系數平面分區圖見圖3，根據公式(3)計算模擬區的大氣降水補給量，計算結果詳見表3。

圖3 模擬區潛水蒸發系數平面分布區

表3 評價區大氣降水計算表

2)農田灌溉回歸入滲補給

在模型中農田灌溉回歸入滲補給量的計算公式見式(4)。

Q井=Q農開·β

(4)

式中，Q井為井灌回歸量，萬m3/a；Q農開為農田灌溉開采量，萬m3/a；β為井灌回歸系數。

模擬區第四系全新統(Q4)與上更新統(Q3)間無隔水層；上更新統(Q3)和中更新統(Q2)之間有一層厚約0 m～5 m的不連續分布的黏土弱透水層，使得上更新統(Q3)和中更新統(Q2)之前的水力聯系較為密切。因此，本次模擬將第四系全新統(Q4)、上更新統(Q3)和中更新統(Q2)共同概化為一個非均質各向同性、連續分布、底板近似水平的含水層。含水層下部為中更新統(Q2)黏土層，黏土層厚度約10 m～20 m，阻滯了目標含水層與下部含水層間的聯系，作為隔水層。

模擬區內表層巖性主要為粉土，局部夾有粉質黏土、細砂。根據野外調查統計可知，模擬區共有井灌地約1 000萬m2。模擬區井灌回歸系數平面分區圖見圖3，計算結果詳見表4。

表4 井灌回歸量計算表

3)人工開采量

根據調查，評價區潛層地下水目前主要用于農業灌溉。模擬區人工開采量即農田灌溉開采量為139.5萬m3/a。

4)潛水蒸發排泄

潛水蒸發排泄是模擬區地下水的排泄方式之一，但只限于降水較多季節極個別區域潛水位埋深小于4 m，大部分區域水位超過極限蒸發深度。項目所在地區年平均蒸發量2 010.6 mm/a，根據地形地貌及氣候特點，以水位埋深4 m、8 m為界，確定出模擬區潛水蒸發系數平面分布區(圖3)。本次采用公式(5)計算各單元潛水蒸發量，并采用EVT(蒸發)模塊來處理，將該蒸發量作用于活動單元。計算結果見表5。

表5 評價區潛水蒸發計算表

E=E0×γ

(5)

式中，E為模擬區潛水蒸發量，mm/a；E0為多年平均蒸發量，mm/a；γ為潛水蒸發系數。

3.3 地下水流模型識別與驗證

本次識別與驗證過程根據模擬區地下水位觀測資料的實際情況，選取2018年8月的地下水位實測數據作為初始流場，2018年12月地下水位實測數據作為模型識別流場，2019年5月地下水位實測數據作為模型驗證流場。識別期為2018年8月1日至2018年12月31日；驗證期選擇2018年12月31日至2019年5月31日，輸出的等水位線模擬結果與2018年12月、2019年5月的實測等水位線進行對比。

1.1 一般資料 本研究經復旦大學附屬婦產科醫院醫學倫理委員會批準，在中國臨床試驗注冊中心注冊(ChiCTR-OOR-16009313)。共72例行擇期全麻剖宮產術的產婦納入本研究，納入標準：足月妊娠；ASAⅠ～Ⅱ級；有椎管內麻醉禁忌征，如凝血功能異常、脊柱外傷、穿刺部位感染、腰椎問盤突出且有明顯腰背部疼痛癥狀、嚴重脊柱畸形等。排除標準：須胰島素控制的妊娠糖尿病、妊娠高血壓、子癇前期、心臟病或長期服用可能影響心血管系統的藥物。所有參與者均簽署了書面知情同意書。

通過對比可以看出，計算流場整體擬合效果較好，說明數值模型是可靠的，數值方法是可行的，其成果可以用于預測溶質運移。識別與驗證的擬合曲線分別見圖4、圖5，參數值見表6。圖上黑色線為模擬水位線，色帶變化線是實測水位線。

圖4 模擬區2018年12月等水位線擬合圖(識別)

圖5 模擬區2019年5月等水位線擬合圖(驗證)

表6 模型識別與驗證后水文地質參數取值表

3.4 地下水溶質運移模型

本次模擬用Visual MODFLOW模塊建立了水流模型，在此基礎上，可利用MT3DMS模塊進一步來模擬預測地下水中污染物質的運移情況。

上述結論對于其它各科教師當然也是成立的．更一般地說，這也正是醫生、律師等具有較強實踐性質的專業人員何以需要較長見習期的主要原因，即是工作的復雜性與不確定性，從而就不可能被完全納入任一固定的理論框架．這也就是指，即使相關人士已較好地掌握了相關的專業知識，仍然不可能通過這些知識的簡單應用就能有效地解決所面臨的各種問題，而必須主要依靠自身的創造性勞動，包括相關知識的創造性應用．

本次模擬只考慮水動力彌散問題，不考慮污染物在含水層中的吸附、揮發、生物化學反應等。彌散度難以通過野外或室內彌散試驗獲得真實數據[13]。因此，本次模擬從保守角度考慮，縱向彌散度參數值取10 m，橫向彌散度的取值為縱向的十分之一[14]。

污染物在地下水中水動力彌散方程如式(6)。

(6)

式中，Dx、Dy分別為縱向(x)與橫向(y)的水動力彌散系數，L2/T；C為污染物的濃度，M/L3；ux、uy分別為縱向(x)與橫向(y)的地下水實際平均流速，L/T。

3.5 模擬預測結果

本次數值模擬中超標距離是指氰化物超過《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)氰化物標準限值(0.05 mg/L)的最遠距離，影響距離是指超過《水質 氰化物的測定 容量法和分光光度法》(HJ 484-2009)中吡啶-巴比妥酸分光光度法檢出限(0.002 mg/L)的最遠距離。調節池在非正常工況下發生滲漏后的第100、1 000、7 300 d均未出現超標，100 d時污染暈中心最高濃度為0.0 035 mg/L，影響距離為19.23 m，未出現超標距離；1 000 d時污染暈中心最高濃度為0.0 025 mg/L，影響距離為15.45 m，未出現超標距離；7300 d時，污染已全部擴散，未出現影響及超標距離。

健康管理對老年缺血性腦卒中患者心理狀態及生活質量的影響………………… 何文文 陶學芳 周春霞 等（3）342

非正常工況下污染物在地下水中超標距離和影響距離列于表7。

由于學校處于轉型發展的初級階段，校企合作也是在逐步推進中，缺乏完善的制度建設和保障機制。例如，如何評估校企合作的效果，如何保障合作經費的使用，如何對實習學生進行有效管理，如何監督合作辦學過程。從目前來看，學校的質量保障體系和評估監督體系尚不完善，這些問題亟待解決。

英語分詞倒裝構式的認知語法分析 ……………………………………………………… 莫啟揚 文 旭（2.11）

表7 非正常工況下污染物在地下水運移結果

4 結論

通過地下水流模型和溶質運移模型的建立，對調節池非正常工況下滲漏情形下地下水中氰化物運移進行了數值模擬。結果表明，在模擬期地下水中的氰化物濃度最大為0.0035mg/L，未超過《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)氰化物標準限值，污染暈中心濃度及影響距離隨時間減少，最遠的污染影響距離在滲漏處下游19.23 m，對地下水環境質量影響較小。由于現代煤化工建設項目污染較重，因此在建設和生產過程中理應采取源頭控制、分區防控、污染監控、應急響應等措施，確保項目在促進增長經濟的同時減少對區域內地下水環境的影響，實現社會經濟和生態環境的共贏。