地下水污染模型在地下水调查中的应用

地下水污染模型在地下水调查中的应用

程绍鹃

核工业二七〇研究所 330200

摘要：在近些年的大力发展的背景下，再加上我国城市建设和工业的快速发展，工业污染源的增加对周边地下水的环境安全造成了严重的威胁。地下水污染状况的重要技术手段就是我们开展的地下水的研究和调查，为了摸清地下水污染状况，我们可以利用地下水污染模型来进行能模拟预测。这样就可以进一步的确定当地地下水源的污染情况，同时再根据数值模拟结果优化测深监测程序，可以有显著的提高对地下水的水质调查的准确度。本文主要就是结合具体的工程实例阐述地下水污染模型的利用，从而进行污染水源的调查，同时优化地下水前期调查监测点，希望通过本文的阐述可以给地下水污染的调查带来帮助。

关键词：污染模型的建立；模型的应用；地下水污染；用水安全

引言：通常采用系统布点的方法来完成工业污染源及周边地下水环境污染状况的调查，这里面布点的具体方法就包括随机式和网格式以及辐射式。对污水处理厂等工业企业的可见污染源地下水污染状况进行了深入研究。因此，传统的系统评分方法不能正确地和全面的分析和确定调查目标，如果采用传统的调查方法就有可能导致调查结果不准确，同时也会在一定的程度上增加调查成本。通过不断的研究与探索，我们开发出了调查地下水污染的新技术和新方法，这其中就有地下水污染模型的应用，地下水污染模型的应用可以更加精准地预测地下水污染状况。同时结合污染模型预测的地下水污染结果，可以优化监测点布置方案，同时也可以提高调查结果的精度，使得调查结果更加具有说服力。

1.地下水污染模型以及建设思路的阐述

研究地下水流中溶质浓度时空变化的数学模型就是我们说所得地下水污染模型。地下水污染模型是将水质和水量问题结合起来的整体模型。可用于预测地下水动态变化，分析不同时间、不同地点的地下水污染状况。河流浅层地下水位的概念模型模拟地下水系统有几个组成部分，例如河流和蓄水层在降雨后通过大气渗透和潜水排泄等。，因此，每一个组成部分都必然与针对这些组成部分的模型开发需求相联系，从而确保科学模型和系统的实用性。同时，整个地下水模型包含多个组成部分，如防渗层、网格单元、算法和含水层，每个对象都是基于产品组成的模型的一部分，因此每个和所有主题的用户都就位了，并将这些对象放在首位，给出详细的信息和系统描述，然后根据实际情况进行建模，构成地下水模型的构建思路。

2.地下水污染模型的监测井布置方案的优化

地下水污染状况调查旨在确定污染源和影响区域。正是考虑到这些情况，我们需要科学合理的开展调查点的布设工作，每一个点的布设都需要能够明确污染源所在位置，同时也要明确污染扩散的范围。利用二维无限平面地下水动力学模型，可以计算出地下水污染的二维空间分布。再与区域水文地质特征等结合进行初步优化监测井布置的点。在开展相关工作时我们需要注意以下几点，首先就是要确定污染源项，其次就是要模拟地下水的污染状况，最后一点也是比较关键的一点，那就是要充分的优化布点方案。

2.1污染源项的确定

在分析工业企业可能存在的特定污染源条件的基础上，选择了适合于地下水污染状态模拟的模型。。

2.2对地下水污染状况进行模拟

首先就是地下水污染的概念模型的建立，从概念模型中选取了适用的地下水污染数学模型，计算了地下水污染的时空分布。

2.3布点方案的优化

根据地下水污染状况模拟结果和以往获得的水文地质资料，开展优化地下水监测点的设置方案，只有充分的优化布点方案才能最终得到准确的测量结果，也才能为下一步地下水的污染治理和防止提供有力地科学依据。

3.结合工程实例进行说明

本文中讨论的主要就是利用地下水污染模型的结果，以某污水处理厂为污染源，结合实际情况，优化了该化厂地下水污染监测方案工程。

3.1主要工程阐述

某地的工厂主要以生产高性能单体聚合物的研发为主，污水处理企业直接从生产工艺、污水处理设备清洗等方面入手。综合生产区地表冲洗水和初期雨水净化水的废水污染因子、COD污染物特性、氨氮、苯酚、废水悬浮物含量均比较高。该工厂的自备污水处理能力为每天处理85吨污水。

3.2区域周边的水文地质情况说明

该工厂的场地位于冲积平原，地形独特，地势平坦，水系众多。根据现场勘查结果，场地地下水为第四系松散岩孔隙潜水，在调查期间实测的该厂区的潜水点埋深为1米到1.3米，并且水位一直是处于波动状态。在丰水期，地下水位就会超过地表。区域地下水位波动小，水流弱，地下水由北向南流动。

3.3对厂区污染物泄漏调查情况

3.3.1污染源的具体参数

厂区污水处理厂调节池为地上池。调节池的容积为35m x 35 x 2m （长x宽x高；单位为m³）。在正常运行条件下，调节箱中的水不超过1.5米。假设调节池底部中心出现小孔而引发的泄漏情况，泄漏渗出的水经过渗透层最终进入地下水环境，在整个地下水环境监测期间继续进行这种泄漏情况。考虑到地表水质量标准所在地酚类挥发性污染物（示踪溶质）的生产含量特点，选择了《地下水环境质量标准》（GB/T14848 2013-2017）Ⅳ类地下水质量标准。挥发性苯酚）小于或等于0.01 mg/L。

3.3.2该工厂区域的地层参数

根据厂址水文地质剖面，模型计算参数的选取应该是最不利地层的条件。假定用均匀的砂质粉土作为污水处理厂调节池的防渗层。地质勘探结果表明，厂址第一层砂、粉土层孔隙度N为0.45。纵向扩散系数DL的选取就按经验值10m2/d选取，而用2m2/d作为横向扩散系数DT的经验值，地下水类型为潜水，最小埋深1.0m，地下水监测井深6.0m。承压含水层厚度m为5.0m，厂区污水站调节池周围100m范围内的出水速度U为0.007米每天。

3.3.3调节池的渗漏速率

调节池渗漏量取平均蓄水量的1%，即18.5m³/d，根据工程经验，调节池挥发酚浓度为2.0mg/L。0.037kg/d则为污染物挥发性酚类单位时间渗漏量mt值。

4. 地下水污染结果的预测

污水处理厂调节池中心点以南30m为厂区地下水监测井，公司常规地下水监测记录深度为5m。在预定义场景中，这一点预测结果表明：地下水中挥发性酚的含量低于0.01mg/L，超过排放中心45m的水平距离。地下水中挥发性酚类浓度一般情况下是小于0.01mg/L的。

4. 布点方案的最终确定

监测井（X=5m；Y=30m）排放后49天地下水中挥发性酚浓度大于0.01mg/L；相比之下，90天连续排放后，在距排放中心45 m水平距离和20 m深度范围内的地下水中检测到挥发性酚浓度超过0.01 mg/L。因此，可以将污染影响区定位在污水处理厂调节池中心点下游45m处。在地下水监测数据生成期内，地下水污染情况无异常，可能是污水调节池布置场地的污染源。污染场地的扩散可配置为污水调节（南）m下游，控制场地布置在污水调节池北侧30m处。

6.结束语

这里采用的地下水模型只考虑对流扩散。而现实中污染物在地下水中的实际运移较为复杂，再加上污染物在地下水中的迁移转化过程涉及复杂的物理化学过程。所以地下水污染模型在水质调查中的应用也是比较复杂的，对现场的要求也是比较严苛的，我们在本文中讨论的很多都是在理想条件下进行了地下水污染预测。地下水污染的实际情况较为复杂，需要在监测网点对现场情况进行判断和调整。

参考文献：

[1]常用地下水模拟软件的特点及在我国的应用[J]. 雷洁宇,莫辉艳,潘晓雯,翁浛,张学东. 南方农机. 2017(14)

[2]GMS在水源地地下水资源评价中的应用[J]. 范珊珊. 中国环境管理干部学院学报. 2017(04)

[3]基于GMS的矿山水文地质结构三维可视化系统设计[J]. 闫科伟,牛自礼. 世界有色金属. 2020(21)

[4]基于GMS的河北文安包气带三维地层模型构建[J]. 杨劲枝,丁文萍,张岩,许英威. 地下水. 2020(06)

[5]基于GMS的山区三维地质模型及应用研究[J]. 龚继文,李崇明,程艳茹,张韵,赵丽. 长江流域资源与环境. 2016(07)