Visual Modflow在安徽某金矿项目地下水环境影响评价中的应用

李 理

长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410000

在矿产资源的开发过程中，若环境保护措施不当将引起严重的矿山环境污染和生态平衡破坏等问题[1]。其中，地下水环境问题因为具有隐蔽性和滞后性的特点，更是成为环境影响评价中的一个薄弱环节[2-3]。我们需要就建设项目整个生命周期过程中对地下水可能造成的影响进行分析、预测和评估，提出相应预防的措施。

数值法是采用数学模型进行地下水环境影响预测的方法之一，可以用来预测复杂水文地址条件下地下水水质随时间变化的趋势。本文在安徽省某金矿矿区周边进行的水文地质调查、水位监测、地下水取样和水文地质试验的基础上，采用地下水模拟软件Visual Modflow建立了该金矿研究区地下水水流及溶质运移数值模型。通过数值仿真预测和评价了该矿山堆浸场运行过程中对地下水环境可能造成的直接影响。

1 研究区概况

1.1 自然地理条件

研究区地处皖南山区与沿江平原的过渡地带，属于低山丘陵区，地势中部高，西北及东南低。海拔高度100～300m，最高海拔在矿区西北部，最低海拔为矿区东侧河流。研究区属于亚热带湿润型季风气候，多年平均降水量为1408.8mm，年最大降水量为2301.9mm，多年平均蒸发量为1142.5mm。研究区内大气降水沿北东向分水岭汇入矿区东侧河流。

1.2 水文地质特征

研究区地下水类型包含如下3类：松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水和基岩裂隙水。浅层为松散孔隙水和基岩裂隙水；孔隙含水层岩性为含粘土砂砾石，厚度2～13.2m；裂隙含水层岩性为砂岩、页岩、粉砂岩及泥岩。深层为灰岩岩溶水，地下水埋深较浅。

研究区内降水丰沛，地下水主要接受大气降水补给。区内地下水分水岭沿北东向山脊形成，和地表分水岭基本一致。地下水沿分水岭向东侧河流排泄，总体方向向东，南边为北东向，基本与地表水排泄方向一致。

2 地下水数值模拟

2.1 水文地质概念模型

本文以逆断层为界，建立分水岭东侧裂隙水文地质单元的地下水数值模型。

四周边界：西部边界、东北部边界以河流为界，概化为水头边界；其余边界以地表分水岭和断层为界，概化为零通量边界。垂向边界：模型的上边界为降水补给、蒸发边界，下边界以溶隙或裂隙不发育的低渗透性基岩为界，概化为零通量边界。

根据研究区水文地质条件，通过分析地下水补排特征，将区内的地下水流概化成非均质各向同性、二维地下水流系统。

2.2 模型网格剖分和参数选取

本文采用Visual Modflow 4.2 软件，构建的网格剖分在计算单元平面上78行109列，垂向上不分层。

地下水流动模型考虑的因素包含：含水层介质水平渗透系数、垂向渗透系数、给水度、降雨入渗补给系数和潜水蒸发系数。依据矿区抽水试验结果以及经验值设置初步含水层参数。根据含水层的不同，对模型中渗透系数进行分区着色如图1所示。

图1 渗透系数分区示意图

2.3 模型识别与验证

模型识别与验证采用试估——校正法来校正、反求和调试参数，以检验并提高模型的准确性。本文对仿真软件在给定水文地质参数、各均衡项条件下的地下水流场空间分布，和同时期的地下水流场进行拟合来识别各水文地质参数、边界值以及其他均衡项，使得建立的模型逼近模拟区的水文地质条件。拟合过程遵循以下原则：（1）地下水水位等值线形状相似；（2）识别的水文地质参数符合实际的水文地质条件。根据上述原则，使用矿区附近的水位监测孔和居民水位进行拟合。拟合表明在理想条件下，所有观测孔的水位都应准确地位于45°角的直线上。拟合结果显示观测孔的水位基本位于95%的置信区间内，具有很高的可信度。因此，所建立的地下水流数值模型达到了精度要求，基本能准确反映研究区地下水系统的动力特征，可以用该模型进行研究区的地下水污染情景预测。

3 预测结果及分析

3.1 预测情景

本文针对堆浸场防渗系统破裂而导致污水泄漏的事故进行了模拟预测，模拟的事故场景包括瞬时源情景和持续源情景2种。瞬时源情景是指假设堆浸场生产运行过程中发生泄漏，泄漏区域为堆浸场整个面状区域，假设事故发生5d后得到妥善处理，污染物不再进入地下水中。持续源情景是假设在最大风险情形下，污染物渗漏之后未能及时处理或者防渗措施出现问题，一直渗漏进入地下水中。

在综合考虑毒性大小、污染物浓度和超标倍数等因素之后，选取毒性最大和超标倍数最大的污染物氰化物作为预测因子。堆浸场污染源氰化物浓度均取为1000mg/L。预测过程中将风险最大化，不考虑包气带的吸附、溶滤、降解作用。根据《地下水质量标准》（GB/T14848-2017），Ⅲ类地下水主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。按照Ⅲ类标准的限值，氰化物污染范围的外边界为0.05mg/L浓度的等值线。

3.2 预测结果分析

3.2.1 瞬时源情景

由Visual Modflow仿真结果可知，堆浸场发生渗漏事故后污水将在短时间内穿透包气带进入饱水带。事故发生5d后采取措施停止泄漏，从而使污染物在饱水带中的浓度和污染范围的变化规律为先增加后减小。泄漏到饱水带中的氰化物将随水流向下游扩散，氰化物污染晕中心浓度在泄露50d时达到最大值0.6mg/L，污染晕基本在堆浸场场区内部没有明显扩散。至2000d时，中心浓度下降至0.35mg/L；9000d后，通过含水层自净，地下水中全部氰化物浓度值下降至地下水质量标准要求的0.05mg/L。此时，认为由泄露事故造成的影响已基本消除，未对下游居民水井、河流等产生影响。

3.2.2 持续源情景

当堆浸场发生持续性的渗漏时，由仿真结果可知，发生渗漏事故后污染物由堆浸场开始向地下水下游的河流处运移。事故发生至920d时，污染物运移至东北部河流（设置包络线为0.05 mg/L），会影响到了下游居民饮水安全。随后污染物会沿河流继续向下游扩散。由上述运移模拟可出如下结论：在持续源情景下，堆浸场发生持续泄漏对下游居民的饮水构成影响较显著，应加强新建堆浸场的防渗和地下水监测措施。

4 结语

本文应用Visual Modflow软件对我国安徽省某金矿堆浸场泄漏的非正常工况进行了地下水数值模拟，分别预测了在瞬时渗漏和持续性渗漏时对地下水环境的影响。分析结果对该金矿项目地下水环境影响提供了有力支撑。