基于Visual Modflow中某化工企业分区防渗措施研究

盛治喻

(河南省化工研究所有限责任公司 , 河南 郑州 450052)

1 水文地质概况

项目区位于新乡市境内,区内多年平均气温14.00 ℃,最高温度42.0 ℃(1992年6月11日),最低气温-19.2 ℃(1971年12月27日)。多年平均降水量545.5 mm,降水主要集中在7、8、9月,占全年降水量的60.0%。项目区场地主要位于黄河冲积平原地带,场地地形相对平坦,地势起伏较小。地形标高为70.00～82.00 m,厂址内地质条件较好,无不良地质现象。

区内地下水属第四系冲积平原孔隙水类型。区内含水层多层,其中由一层分布稳定、厚度大的粉质黏土层,将地下水分为两个含水组。受黄河故道影响,浅层孔隙水底板在故道两侧埋藏浅,中间埋藏深。第Ⅰ含水组为潜水及微承压水,由上更新统上段及全新统冲积砂层组成。第Ⅱ含水组中深层地下水为承压水,由上更新统下段砂层组成。地下水主要接受大气降水渗入补给和引黄灌灌溉水的回渗补给。开采排泄是区内地下水主要排泄方式。第I含水组动态分成人为气象型和气象开采型两种类型。

项目区地层在勘探深度范围内除第①单元层素填土及第①1单元层杂填土外均为第四纪冲积生成的第四系全新统,主要岩性为黏性土、粉土及砂土。由上至下划分为6个工程地质单元层(不包括亚层),分别为杂填土、粉土、粉质黏土、粉土、细砂、细砂。

2 水文地质模型概化

2.1 预测模型概化

2.1.1边界条件概化

评价区北边界和南边界为补给边界;东边界和西边界为零流量边界。第Ⅰ含水组底部为厚7.5～16.0 m的粉质黏土、黏土构成的弱透水层;现状条件下,第Ⅱ含水组地下水通过弱透水层越流补给第Ⅰ含水组。因弱透水层厚度大,渗透系数小,越流量小,故将其概化为隔水边界。计算区上部为透水边界,接受大气降水入渗补给和灌溉回渗补给;地下水排泄以人工开采为主。

2.1.2含水层概化

模拟区浅层含水层岩性为细砂,计算区目的层具多层结构,含水层之间通过弱透水层的间断区进行沟通,并具有统一的自由水面,因此可概化为一个含水组。

2.1.3源汇项

评价区主要补给有大气降水补给、河流补给、渠灌补给,排泄主要为侧向径流、开采排泄。

2.2 水文地质参数识别

根据野外水文地质实验,结合评价区地下水变化带的岩性分布和渗透特征,以及前人的水文地质实验和相关成果,进行含水层水文地质参数赋值。模拟区潜水含水岩组为细砂,识别后的渗透系数及分区结果见表1。

表1 识别后的水文地质参数

2.3 识别验证

将评价区各参数值输入Visual Moflow进行模拟,并调整相应参数,直到模拟结果和初始流场结果基本一致。所建的地下水流数值模型能够比较真实地反映实际情况,且能够满足精度要求,即模型比较可靠,可以在此基础上叠加地下水溶质迁移模拟模块,进行地下水环境影响预测。

3 地下水环境影响预测

3.1 预测源强

根据《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ 610—2016)中“9.4.2”条规定,项目只对非正常工况下进行预测。选取耗氧量为预测因子,按100天、1 000天、20年3个时间点进行预测。

根据项目实际情况分析,如果收集池腐蚀磨损等原因发生泄漏,若恰好发生泄漏处的地下水防渗层断裂或破坏,导致液体持续泄漏。根据《给水排水构筑物工程施工及验收规范》(GB 50141—2008)的相关规定,项目污水渗漏量按钢筋混凝土结构水池最大允许渗漏量2 L/(m2·d)计算。收集池泄漏面积为10.00 m2,非正常状况下,取泄漏面积的5%,取满水实验允许渗漏量的10倍作为渗漏量,假设泄漏量全部通过包气带进入地下水,且持续渗漏,泄漏量为0.01 m3/d。因收集池为地下装置,污水泄漏后,不易被发现,泄漏时间定为30天或者180天。

3.2 预测评价标准

综合考虑地下水流向、项目区周围敏感点的分布有针对性地开展模拟计算。模拟结果以A表示地下水污染物超标的浓度范围,B表示存在污染但污染不超标的浓度范围,限值为各检测指标的检出限(见图1)。当预测结果小于检出限时,则对地下水环境几乎没有影响。标准限值参照《地下水质量标准》(GB/T14848—2017)Ⅲ类标准值。耗氧量检出下限值为0.05 mg/L,标准限值3.0 mg/L。

图1 污染物耗氧量污染晕运移图(单位mg/L)

3.3 预测时段

地下水环境质量预测时段分别计算100天、1 000天、20年从泄漏源至交汇处范围内,地下水中各主要特征因子指标的浓度变化情况。分别以影响范围、超标范围、最大影响距离表述污染状况,其中影响范围是指预测结果大于检出限的范围,超标范围是指预测结果大于标准限值的范围,最大影响距离是指大于检出限范围污染源的最大距离。

3.4 预测结果

收集池在非正常情况下发生渗漏30天后,耗氧量沿地下水流场水流方向向东北方向运移,预测结果表明,渗漏发生100天后,含水层耗氧量检出范围为4 433.33 m2,超标范围为909.94 m2,最大运移距离为135.47 m;渗漏发生1 000天后,含水层耗氧量检出范围为42 199.09 m2,未超标,最大运移距离为515.46 m;渗漏发生20年后,含水层耗氧量未检出,未超标。耗氧量污染晕预测结果见表2、图1。

表2 耗氧量污染晕预测结果

预测结果表明,泄漏发生100天后污染物已超出厂区,会对区域地下水造成一定影响,因此,厂区应做好分区防渗措施,以便发生泄漏后能有效制止,防止对地下水保护目标造成影响。

4 分区防控措施

4.1 污染防治分区

根据厂区污染物的泄漏途径和生产功能单元所处在厂区中的位置,将厂区可划为非污染防治区、一般污染防治区和重点污染防治区。①非污染防治区。没有物料或污染物泄漏,不会对地下水环境造成污染的区域或部位。②一般污染防治区。裸露于地面的生产功能单元装置,污染地下水环境的物料或污染物泄漏后,可及时发现和处理的区域或部位。③重点污染防治区。位于地下或半地下的生产功能单元,污染地下水环境的物料或污染物泄漏后,不易及时发现和处理的区域或部位。

4.2 防渗措施

运营期可能对地下水的影响途径主要是:废水下渗后污染地下水,包括地面、污水管道、调节池等设施。因此在项目建设中应充分做好排污管道、调节池等水工构筑物防渗处理,杜绝污水渗漏;运营过程中,在确保排水系统与污水管道对接良好的前提下,杜绝污水“跑、冒、滴、漏”现象的发生,这样可以切断废水污染地下水的途径,减少对周围地下水的影响。

根据天然包气带防污性能分级参照表,确定区内天然包气带防污性能分级为“中”。厂区防渗分区分为重点防渗区和一般防渗区。其防渗措施如下。

重点防渗区: 参照执行《危险废物贮存污染控制标准》(GB18597—2001)及其修改单要求。基础防渗层至少为1 m厚黏层(渗系数<×10-7cm/s),或2 mm厚高密度聚乙烯,或至少2 mm厚其他人工材料,渗透系数≤1×10-10cm/s,或者其他能达到黏土防渗层Mb≥6.0 m,K≤1×10-7cm/s同等防渗性能的防渗措施;地面与裙脚要用坚固、防渗的材料建造,建筑材料必须与危险废物相容。必须有泄漏液体收集装置、气体导出口及气体净化装置。设施内要有安全照明设施和观察窗口;用以存放装载液体、半固体危险废物容器的地方,必须有耐腐蚀的硬化地面,且表面无裂隙;应设计堵截泄漏的裙脚,地面与裙脚所围建的容积不低于堵截最大容器的最大储量或总储量的五分之一。

一般防渗区:参照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB16889—2008)执行,地面或池体采用水泥硬化,厚度相当于黏土防渗层Mb≥1.5 m,K≤1×10-7cm/s同等防渗性能。

5 结论

某化工企业污染物泄漏后污染物超出厂区,可能会对区域地下水产生一定影响,因此制定严格、规范、可行的分区防渗措施至关重要。建设项目场地可划分为重点防渗区和一般防渗区,企业应严格按照防渗分区等级制定防渗措施。