徐州市七里溝四氯化碳運移規律數值模擬研究

徐州市七里溝水源地的穩定供給與安全狀況，直接關系著周邊數十萬居民的日常生活與經濟發展。自2000年起，這一重要水源地遭受了四氯化碳的污染。權威監測數據顯示，污染范圍廣泛，覆蓋約 17.5km³ 的區域，且地下水中四氯化碳質量濃度峰值高達 3909.2μg/L ，這無疑對地下水安全構成了巨大威脅[1-4] 。

四氯化碳作為典型的重非水相液體，在土壤與地下水中的遷移能力極強，且對人類生命健康及生態環境具有不可忽視的危害性。因此，深人探究四氯化碳在徐州市七里溝地區巖溶含水層中的運移規律顯得尤為迫切與重要。本研究借助FEFLOW軟件[5]，構建二維溶質運移模型，模擬地下水中四氯化碳污染羽的濃度場分布，旨在為地下水資源的有效保護與管理提供堅實的科學依據，同時也為類似地區的地下水保護工作提供有益的參考與借鑒。

1研究區域水文地質概念模型構建

研究區內主要開采巖溶含水層中的水資源，該含水層在裸露區與半裸露區域直接或間接受大氣降水、地表水滲透補給，以及上覆孔隙水的越流補給。本研究將該區域的地下水系統簡化為統一的巖溶含水層系統，潛水主要賦存于裸露或半裸露區，而承壓水則位于覆蓋區域。為探究四氯化碳在巖溶含水層的運移規律，本研究將含水層概化為一個層厚 200m 的單一巖溶含水層，并基于研究區的水動力條件及水文地質結構，將其視為非均質各向異性的承壓二維流。

研究區位于徐州市東南方向，隸屬于七里溝裂隙巖溶水亞區，地處賈汪復式向斜水文地質區內，總面積達 85.23km³ 。在模擬范圍及邊界條件的設定上，研究區北部以廢黃河故道為第一類水頭邊界；南部則設定為第二類邊界；西部邊界取七里溝盆地西部的云龍山-泉山-龍腰山一線分水嶺，作為第二類零流量邊界；東部邊界則沿邵樓斷層走向，以北東向山鏈頂部分水嶺為界，同樣設為第二類零流量邊界。此外，研究區內分布的抽水井作為模型的第四類邊界條件。

2 基本理論

基于水文地質概念模型的構建，研究區域內的巖溶地下水流動可以被簡化為在非均質且各向異性介質中發生的二維達西流，四氯化碳在地下水環境中展現出高度的化學穩定性，其揮發性和擴散能力相對較弱，且在自然條件下缺乏顯著的生物分解過程，難以實現自我凈化[6。因此，在評估其環境行為時，化學反應的影響可忽略不計。在非均質介質中，水流攜帶溶質的遷移以對流為主導機制，而彌散則扮演次要角色。在此情境下，對流-彌散方程被廣泛應用：

3參數確定及結果分析

3.1污染物溶質運移參數確定

自2000年監測到七里溝水源地受到農藥西廠生產廢水中的四氯化碳污染后，相關部門采取一系列的治理措施。但由于四氯化碳等污染物在地下的下滲已有十幾年，并隨著地下水的對流作用進行長距離的遷移。因此，初始條件設定與模擬運行，以2012年12月的等水位線與四氯化碳濃度等值線作為初始條件。

在模型的邊界設置中，統一將質量濃度設定為10mg/L ，以確保污染羽在模型內部得到有效控制，避免其隨意逸出。污染源位于模型的南部，為了嚴格限制水流進入模型的條件，設置第一類邊界條件，并附加了相應的約束規則，確保只有當水流進入模型時，第一類邊界條件才會被激活。此外，約束邊界可能出現出流情況，此時淡水的第一類邊界條件將自動失效，以便污染物能夠自由地流出模型。因此，在北部和南部邊界設置了最小約束條件（即 0mg/L ），以適應這種可能的出流情況。

3.2 模擬結果分析

下面4個圖為研究區域地下水 CCl₄ 污染羽分布圖。從2014—2024年的4個分布圖中可以看出，研究區域北部與南部的兩個污染中心，在形狀與范圍上呈現出高度的一致性。在研究初期，污染分布呈現出明顯的條帶狀“啞鈴型”特征，具體表現為污染濃度在中間區域較低，而在南北兩端顯著較高。隨著時間的推移，巖溶含水層中的四氯化碳污染正逐年減輕，尤其是北區，其污染羽逐漸消散。南區雖然也顯示出污染羽減弱的趨勢，但相較于北區，其減弱幅度較小。至于中區，污染羽的表現并不突出。

2014年CC14污染羽分布圖

2018年CC14污染羽分布圖

2020年CC14污染羽分布圖

2024年CC14污染羽分布圖

研究區域南部的污染源是四氯化碳高濃度分布的主要區域，而北部的污染羽則在逐漸消失。隨著時間的推移，污染羽的衰減幅度逐漸減小，其衰減趨勢與污染羽濃度的降低呈負相關關系。污染羽的分布形態從記載的“雙啞鈴”型逐漸轉變為“單啞鈴\"型，與近幾年測試結果一致。盡管南區的污染羽也在衰減，但這種變化非常微弱，幾乎難以察覺[7]。這一變化規律表明，所采取的治理措施在一定程度上是有效的，同時也符合四氯化碳的物理化學性質。然而，當四氯化碳濃度達到一定水平后，其降解速度將大幅減緩，這為地下水四氯化碳污染的治理帶來了挑戰。

4結論

徐州市七里溝四氯化碳濃度變化場模擬顯示，CCl₄"在整個研究區內的污染程度逐漸衰減，特別是南區和北區的衰減趨勢明顯。污染羽已從“雙啞鈴\"形態逐漸轉變為“單啞鈴”，北部的“啞鈴”型污染羽濃度降低尤為顯著，證實了治理工程的有效性。

參考文獻：

[1］張達政，陳鴻漢，李海明，等.淺層地下水鹵代烴污染初步研究[J].中國地質，2002，29（3）：326-329.

[2］韓寶平，王小英，朱雪強，等.某市巖溶地下水四氯化碳污染特征研究[J].環境科學學報，2004，24（6）：92-98.

[3］韓寶平，朱雪強，王小英，等.某巖溶水源地四氯化碳污染途徑研究[J].中國礦業大學學報，2005，35（1）：61-65.

[4］潘玥，劉勇，曾獻奎，等.徐州東部廢棄礦井地下水流場演化模擬研究[J].水文地質工程地質，2017，44（2）：52-6.

[5］劉中平，舒輝，劉遷順，等.基于MODFLOW對某鈾尾礦庫地下水中核素遷移模擬[J.中國輻射衛生，2017，26（1）：4-8.

[6］白福高，劉偉江，文一，等.地下水溶質遷移規律研究概述［J].環境保護科學，2015（6）：86-89.

［7］鄭菲，高燕維，施小清，等.地下水流速及介質非均質性對重非水相流體運移的影響[J].水利學報，2015，46（6） ：64-72.