安慶某產業園地下水環境現狀調查與預測評價

石 闖,楊力偉,高孟寧

(安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院,安徽 蚌埠 233000)

0 前言

地下水作為地球上水循環的重要一節,是維持人類社會正常運轉的重要戰略資源。地下水化學成分復雜,受影響因素多,其中人類活動是影響地下水水質的重要因素[1]。隨著現代城市的發展,越來越多的工業企業從市區搬到郊區成立產業園[2],這一方面可以促進各企業之間的交流合作,降低企業運行成本,另一方面可以將產生的污染物進行集中處理,減少環保壓力。但企業進行生產活動產生的廢棄物及企業員工產生的生活垃圾會通過降水、滲濾和徑流等方式進入地下水,使地下水環境遭到污染,而由于地下水自凈能力較弱,在短時間內無法恢復,這會直接對人類的生活產生危害[3-4]。所以對當地地下水進行現狀調查以及預測分析是建設項目開展的先決條件。

本文以安慶市某產業園為例,在資料收集、現場實地調查的基礎上,對該產業園地下水進行現狀調查及預測評價,并根據調查和評價結果提出相應的建議。

1 研究方法

1.1 研究區水文地質概況

研究區在安慶某化工園內,地貌為崗丘地,地表出露地層為第四系下更新統安慶組,巖性主要為棕黃色砂礫石層,厚約3～5 m,礫徑在5～10 mm之間。研究區原始土壤類型為潴育性水稻土,其北側為黃紅壤,其西側為灰潮土,但由于地形起伏較大,為修建道路和整平場地,進行了大規模的開挖整平,整個場地大部分地段為人工填土,填土來源為周邊山體,填土主要巖性為礫石、砂性土,粘性土含量僅10%。

研究區內含水巖組主要包含2類,分別是第一含水層組(松散巖類孔隙水)和第一弱透水層組(“紅層”風化帶網狀裂隙水)。

松散巖類孔隙水由第四系粉質粘土、含礫粉質粘土、砂礫石層、泥質砂層等組成。富水性差,單井涌水量一般10～100 m3/d,地下水水力特征為潛水,由大氣降水入滲和季節性河水入滲直接補給。主要排泄方式為自然蒸發和側向徑流。

“紅層”風化帶網狀裂隙水主要由白堊系全風化-強風化砂巖組成,似層狀分布[5]。富水性差,單井涌水量<50 m3/d,地下水水力特征為潛水或承壓水。其中大部分由第一含水層組補給。有些區域暴露在地表,可以通過降水入滲進行補給。主要通過蒸發和徑流的方式排泄。

1.2 監測點布設

綜合考慮園區內水文地質條件及周邊工業企業分布等因素,地下水監測點布設方案為:場地內布置2個監測井,監測水位和水質;在場地周邊利用其他企業和園區已有的3個監測井,監測水位和水質。

表1 布點方案表

2 研究區地下水環境影響評價

2.1 地下水化學類型

地下水離子濃度的測試結果見表2,毫克當量計算結果見表3。

表2 地下水離子濃度監測結果表

表3 地下水離子濃度毫克當量含量表

圖1是Piper三線圖。結合表2和表3可以得出,研究區內地下水水化學類型主要為HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次為HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。從陽離子三角區可以看出JC01、JC02、JC03、JC05中鈣鎂離子含量較多,而JC04的鉀離子含量明顯偏多;從陰離子三角區可以看出,研究區中陰離子以碳酸氫根偏多,而在JC04中氯離子占比又顯著增加,說明研究區屬于碳酸鹽富集區。JC01、JC02、JC03基本在同一區域,而JC04與JC05的差異性較為明顯,這可能與研究區內不同企業產生廢棄物的種類不同相關。

圖1 研究區淺層地下水Piper三線圖

圖2 水文地質概化模型示意圖

2.2 地下水質量評價

采用單因子指數法進行評價,結果見表4～表6。

由表可知,研究區淺層含水層中,5組測試樣品中的化學需氧量均超過《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ類水標準。

根據野外調查分析得知,推測化學需氧量超標是因為受到園區內生活垃圾堆放及生活污水排放的影響,故導致檢測值超標。

其余指標均滿足《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ類水標準。

由此可見,研究區所在區域內的潛水含水層組水質整體較好。

3 地下水環境影響預測

3.1 模擬情景設置

本次按20 a(7 300 d)進行預測,分100 d、1 000 d、7 300 d三個時間節點分別進行預測。

對項目投產后的情景進行預測,分別為正常狀況和非正常狀況。

3.1.1 正常狀況

工程建設雖按行業規范要求實施,但仍有可能發生“跑、冒、滴、漏”和“滲漏現象”。污水處理站的綜合調節池污染物濃度最高,本次以調節池在運行過程中正常滲出的廢水為研究對象,預測其內污染物在地下水的遷移情況。

3.1.2 非正常狀況

在非正常狀況下,假設污水處理設施內的綜合調節池防滲措施完全失效,泄露量為正常滲漏量的10倍,廢水通過包氣帶后進入地下水,在該種情況下,預測污染物在地下水中的遷移情況。

3.1.3 預測因子

本項目為化學藥物原料藥及制劑項目,按照污染物種類對其進行分類,其污染組分主要為COD、BOD5、氨氮、總磷、總氮、SS、石油類、甲苯、二甲苯等和罐區原料液體。COD、氨氮、二甲苯作為該企業的特征污染物,本研究將其作為預測因子。

3.2 概念模型

3.2.1 含水層結構特征概化

研究區地下水類型主要為松散巖類孔隙水,可將其進一步劃分為含水層、弱透水層和隔水層。

3.2.2 地下水流場概化

研究區位于山前丘陵區,整個區域地下水從東北向西南方向徑流,區內局部地區可能受廠內排水渠和蓄水池影響,其徑流方向有所改動,徑流量和流速小。

3.2.3 邊界條件概化

不同企業產生的污染物源頭,各自分布在廠區不同位置,一般為點狀污染源,所以地下水污染在空間上以園區內企業分布規律分布在研究區內。結合現場實際踏勘結果,將研究區西南側邊界概化為定水頭邊界,北、東兩側邊界概化為隔水邊界。

3.3 模型參數的識別校正與驗證

根據本次滲水試驗、注水試驗、取樣測試,結合以往經驗值等獲得水文地質參數,并通過模型校正,校正結果顯示該模型可以較好的模擬研究區內的地下水流動特征,可用于地下水環境影響預測。模型校正后各區的參數如下。

3.4 環境影響預測

本次采用數值模擬法對場地污染物的遷移規律進行預測,本次模擬計算,采用GMS軟件求解,用MODFLOW計算模塊求解水流運動數學模型,用MT3DMS模塊求解污染物運移數學模型[6]。

3.4.1 時間預測

由于包氣帶較薄,不考慮其對污染物的凈化作用。研究區內表層地層為填土和全-強風化砂巖,人工填土包氣帶單層厚度為0.5～2.0 m,平均滲透系數0.009 m/d,全-強風化砂巖包氣帶單層厚度為1.5～3.0 m,平均滲透系數0.048 m/d,污染物通過包氣帶進入地下水。

通過計算,得出地下水被污染的時間為滲漏后31～218 d之間。

3.4.2 污染物外圍濃度確定

模擬污染物滲漏后影響范圍設定為COD、氨氮、二甲苯的檢出限值,超標范圍設定為地下水、地表水質量標準Ⅲ類標準值;最大運移距離的污染暈外圍以檢出限計;COD污染物標準限值為3.0 mg/L,檢出限為0.5 mg/L;氨氮污染物標準限值為0.5 mg/L,檢出限為0.02 mg/L;二甲苯污染物標準限值為0.000 5 mg/L,檢出限為0.5 mg/L。

將含水層參數、初始條件和邊界條件帶入水質模型。得到調節池污染物滲入地下水的預測結果。

3.5 地下水環境影響預測結果

項目建成投產后,在假定的2種狀況下,污染物滲入含水層,100 d、1 000 d和20 a后的影響范圍、超標范圍和遷移距離預測結果見表8。

表7 模型各層水文地質參數

表8 污染物遷移特征表

從表8可以看出:2種狀況下,COD的最大超標范圍在三個時間點都要大于其余兩項,而二甲苯的最大影響范圍與最大遷移距離均最大,因為該項目COD的排放量大于其余兩項,所以在短距離中,其超標范圍最大,而隨著時間和遷移距離的加大,COD在水中被降解,而二甲苯不易降解,所以最大影響范圍與最大遷移距離均為二甲苯。

2種狀況下,污染物運移速度有限,所以其單位時間影響范圍小,但假如時間夠長,其仍會對廠區外的地下水產生影響。

4 結語

(1)研究區內地下水水化學類型主要為HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次為HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。研究區南側(JC04)和研究區西側(JC05)差異性較為明顯,受不同企業產生廢棄物的種類影響,南側Ca2+濃度較高,而西側Mg2+濃度偏高。研究區中的陰離子以HCO3-偏多,Cl-次之,所以研究區屬于碳酸鹽富集區。

(2)研究區地下水質量整體較好。除化學需氧量外其余指標均低于《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)中Ⅲ類水的標準,而化學需氧量超標倍數在3.22～9.73倍。

(3)根據模型預測結果,在污水處理設施內的綜合調節池防滲措施完全失效,泄露量為正常滲漏量的10倍的情況下,COD和氨氮的最大影響范圍比在正常情況下的滲漏要大6～8倍,而二甲苯僅在2倍左右;非正常情況下COD和氨氮的最大超標范圍要比正常情況下的滲漏大到22～30倍,而二甲苯的最大超標范圍僅為8.6倍。這已經威脅到了廠區外的地下水環境質量。

(4)影響研究區地下水污染的因素主要為生活排放和工業生產,所以在以后的生產生活中,園區應該從源頭下手,盡量減少污染物排放,建設過程中加強建筑物的防滲強度,在投產運行后定期監測廠區內地下水質量,并制定應急預案,做到及時發現,快速解決。