浅层地下水污染风险应急处理模拟研究——以NAPL泄漏事故场地为例

徐世俊

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)



浅层地下水污染风险应急处理模拟研究
——以NAPL泄漏事故场地为例

徐世俊

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

近年来，中国环境污染事件频频发生、环境事故突然出现、污染物瞬间泄露。由于污染强度大，因此通常会对区域地表水以及大气和土壤及地下水等造成严重污染，同时也会对人身健康构成严重威胁。因此，文章主要针对石油类产品的非水相液体NAPL泄漏事故场地的“浅层地下水污染风险”应急处理过程展开模拟，从而为研究区浅层地下水污染风险快速评估与处理决策提供参考依据。

NAPL泄漏；事故场地；浅层地下水；污染风险；应急处理

在地下水污染过程中，常见的一种污染类型就是石油类产品的泄露污染。这种污染物不仅污染严重，而且污染扩散范围广、污染危害大。因此，其一旦泄漏，将会对浅层地下水环境造成严重的污染和破坏，甚至会对人类生命健康构成威胁。尤其是近年来，随着中国化工生产企业不断发展，石油类化工产品运输罐以及输油管线泄漏、化工厂储罐爆炸并泄漏等，会使污染物迅速进入地下水环境中，从而形成长期的污染源。这种污染源治理难度大、任务紧，因此要想在事故现场及时展开决策，必须在日常预防过程中加强模拟演练，从而为科学决策奠定重要基础[1]。

1 NAPL泄漏事故应急处理相关研究综述

在试验之前，文章通过对目前相关研究方法进行分析，发现大多学者采用数学模型，对非水相液体(NAPL)在浅层地下水环境中的迁移过程进行模拟分析。实践研究表明，这种非点源污染在水体中的迁移过程涉及多组分以及多相流运移[2]。因此，模拟过程非常复杂，按照研究过程不同，可分为复杂模型与筛选模型。其中，复杂模型模拟法主要分为NAPL Simulator模型以及TOUGH-2模型和STOMP模型及MISER模型等。

采用这些模型对非水相液体(NAPL)污染物运移规律进行模拟，需采用化学以及物理方法，对详细的地下水文场进行分析。但是，个别技术模型受现场试验技术条件限制。因此，参数获取较为困难，而采用筛选模型对水相液体(NAPL)污染物运移规律进行模拟分析，则需通过结合概化场地水文地质条件等，将多相流迁移等复杂问题简单化[3]。因此，筛选的数据具有代表性，模型可得到进一步优化。

针对这种模型研究思路，目前国内、外已形成了包括OILSFSM(Oil SurfaceFlow Screening Model)和API-LNAST(LNAPL Dissolution and Transport Screening Tool)在内的模型，从而为地下水因石油管线泄漏形成的污染源控制提供了技术条件。

基于上述不同模型的优、缺点，文章将结合此分析思路，通过构建NAPL泄漏场地污染概念模型,对某研究区石油污染场地中的非水相液体(NAPL)污染源进行识别，从而结合污染场地实际特点，通过筛选模型的研究思想，制定一种 NAPL泄漏事故场地，地下水污染风险快速评估方法,以期将其应用于研究区污染场地事故应急处理中。

2 NAPL泄漏事故场地浅层地下水污染风险应急处理模拟

通过对非水相液体(NAPL)污染形成机理进行分析不难发现，当NAPL泄漏进入水体后，非饱和带一般进行的是以垂向为主的入渗过程。当其进入地下水饱和带后，水平方向上的扩散开始变得更为显著，尤其是对于非水相液体(NAPL)污染源而言，其运移以及扩散过程变得更为明显。基于筛选模型的非水相液体(NAPL)污染形成机理图见图1：

图1 非水相液体(NAPL)污染形成机理图示

从图1示演变过程中可以看出，NAPL污染源泄漏的强度及入渗时间和污染物泄漏量以及污染物的实际迁移场地等，都会对NAPL泄漏场污染源入渗深度造成影响；而研究区浅层地下水的动力状况以及污染组分的迁移性，则会对NAPL 泄漏场污染源的水平运移距离造成影响。

一般而言，如果污染场地的NAPL污染物泄漏量一定，同时污染物在浅层地下水中的入渗时间足够长，则污染物最终会进入地下水环境中进行扩散和迁移。此时，由于NAPL在水体中的实际密度不同。

因此，以密度=1为分界线，分别可分为LNAPL污染源与DNAPL，二者分属于轻油透镜体和重油聚集体。由于NAPL污染物密度<1。因此，当其进人水体中时会上浮；相反，当其实际密度>1时，进入地下水环境中会下沉。所以，按照这一机理，NAPL污染源在浅层地下水环境中会被分为自由相以及移动相两种运移过程[4]。故结合这一污染物在研究区浅层地下水中的运移过程和规律，文章通过构建以下模型，将NAPL划分为3个不同阶段，从而制定污染事故场地浅层地下水污染风险应急处理方案，具体流程示意图如图2所示：

图2 NAPL泄漏事故场地浅层地下水污染风险应急处理模拟过程

从图3中可以看出，文章主要将该研究区浅层地下水NAPL泄漏污染处理分为3个不同的阶段：

1)第1阶段主要针对这类型污染源的形成过程以及对污染事故场地相关水文地质资料等进行调查[5]。通过实地研究，广泛收集一定的数据资料，从而为事故场地污染源处理、决策制定科学的指导方案。

2)在第2阶段，主要针对实际收集到的相关数据资料进行模型计算、分析。在计算过程中，主要采用筛选过的数学模型，对浅层地下水NAPL泄漏污染事故的污染程度以及紧急程度和浅层地下水环境，对污染源的实际敏感程度进行分析评估，从而为第三阶段的决策实施提供准确的信息。

3)在最后阶段，主要针对上述分析过程展开科学决策，从而采取积极的应急处理措施，防止NAPL泄漏污染快速扩散。具体模拟分析过程如下：

2.1 NAPL泄漏事故场地浅层地下水污染风险调查

1)在模型分析、模拟之前，需要针对污染场地的相关事故风险进行全面调查、了解，获取一些相关的信息资料。这些信息资料主要包括NAPL泄漏事故场污染源的形成原因以及形成过程和具体污染事故的类型。

2)需要针对确定后的污染类型具体污染属性进行分析。比如，从生态学的角度以及化学和物理学及动力学等不同角度，对地下水污染源形成过程的机理进行识别，从而通过密度以及分配系数和动力黏滞度等不同指标，对研究区浅层地下水的污染形成属性进行全面识别[6]。

3)需要结合污染物的具体属性，对浅层地下水环境的地质特点以及水文环境和孔隙度及水位埋深、污染物渗透系数等不同参数进行收集获取，以此统一进行整理[7]。

该研究区大约有30m3的汽油从储油罐中泄露，污染区域面积为10m2，经测定，污染物泄漏场地的主要污染地类为砂土地，而且地下水埋深为5m，该研究区浅层地下水含水层深度为16m。由于污染场地附近为居民住宅区，因此一旦污染物扩散渗入到地下水环境中，将会对附近居民的生活用水造成严重的污染。故需要现场采用紧急预案，对污染场地的NAPL泄漏污染源进行控制，现场进行数据分析测量，最终得到表1所示的污染场地NAPL泄漏参数：

表1 污染场地NAPL泄漏污染源相关参数

2.2 NAPL泄漏事故场地浅层地下水污染源扩散深度估算

当收集到上述相关研究参数后，需结合具体的数据模拟模型，对不同参数指标进行计算分析，从而通过科学计算，进一步确定该研究区浅层地下水NAPL的最大入渗深度。具体计算模型如下所示：

(1)

式中：hmax为NAPL泄露场地NAPL最大入渗深度，m；M为NAPL泄露场地NAPL入渗污染物总量，kg；A为NAPL泄露场地NAPL污染区域面积，m2；ρb为NAPL泄露场地土壤干容重，kg/m3；Csat为NAPL泄露场地土壤污染物的饱和浓度，mg/kg。

2.3NAPL泄漏事故场地浅层地下水污染源风险评估按照上述基本计算模型，如果在实际研究评估过程中，该研究区浅层地下水环境中的NAPL污染源，在非饱和带的迁移过程中对地下水体造成了直接影响，则需对污染物经过饱和带进入地下水环境中的时间进行计算，从而判断污染源是否会进入地下含水层。如果在分析过程中，发现该研究区地下水含水层较深，或污染事故现场的NAPL污染量较少，且污染物扩散及迁移过程不明显。因此，可进一步断定此种类型的污染物在短时间内无法进入地下水环境中，同时其更无法对浅层地下水造成严重污染。相反，如果地下水水位较浅，且污染物的泄漏量较大，同时污染物在水环境中的迁移扩散速度较快，此时可直接判断NAPL污染源会对地下水环境造成严重影响。因此，针对这种类型的污染，需要通过现场快速评估，确定污染源的污染风险等级，然后采取积极的污染风险防范和处理措施[8]。

在具体处理过程中，应尽可能在NAPL到达浅层地下水环境前，对其实施拦截。在此过程中，还需对不同拦截措施的具体实施效果进行科学评估。本文在实际风险评估、预测过程中，主要采用HSSM对NAPL泄漏后到达地下水的时间以及地下水敏感点的污染浓度进行计算预估。根据上述3个不同阶段，对地下水环境中的污染物进行模拟分析[9]。

3 结 语

综上所述，NAPL是经常所见的非水相液体。石油类产品大多属于这种类型，由于泄露事故会导致浅层地下水遭到严重污染。因油聚集区或透镜体的位置往往较为分散和复杂，因此一旦产生污染源，很难快速确定，而且这种类型的地下水污染源治理难度大、成本高，需在现场制定一套行之科学的应急处理方案。通过决策评估，以此采用合理的措施，最大程度防止非水相液体(NAPL)污染源扩散和蔓延。本文为了能够在污染现场第一时间对这类非水相及非饱和带的污染源迁移速度和其在水体中的停留时间进行科学确定，通过试验模拟的方式，制定了及时、有效的现场防控拦截措施，以期将NAPL泄漏事故场地地下水污染风险降到最低。但污染物实际运移过程受诸多主、客观因素影响，故在今后研究实践中，这一模拟方法依然需继续完善，通过对数据指标进行约束性分析，以此提高模拟的合理性和可行性。

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[3]鹿海员.基于水资源优化配置的地下水可开采量研究[J].水利学报,2013,44(10):1182-1188.

[4]周志芳,郑虎,庄超.论地下水资源的永久性消耗量[J].水利学报,2014,45(12):1458-1463.

[5]徐映雪.银川平原地下水流模拟与地下水资源评价[J].水文地质工程地质,2015,42(03):7-12.

[6]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[7]裘江海.河岸景观设计理念初探[J].水利规划与设计,2004(03):26-28.

[8]张绍军.实践最严格水资源管理制度的探索[J].水利技术监督，2013(05)：23-26.

[9]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

Simulation Study on Emergency Treatment of Shallow Groundwater Pollution Risk in NAPL Leakage Accident Site

XU Shi-jun

(Liaoyang Hydrological Bureau Liaoning Province，Liaoyang 111000，China)

In recent years，China's environmental pollution incidents occur frequently，sudden environmental accidents，sudden leakage of pollutants.As a result of heavy pollution，it is usually on the regional surface water and the atmosphere and soil and groundwater，causing serious pollution，but also pose a serious threat to human health.Therefore，this article mainly aims at the petroleum products NAPL NAPL leak-shallow groundwater pollution risk accident site emergency treatment process simulation，so as to study the shallow groundwater pollution risk assessment and rapid treatment to provide reference for decision-making.

NAPL leakage; accident site; shallow groundwater; pollution risk; emergency treatment

1007-7596(2017)02-0007-03

2017-02-16

徐世俊(1985-)，男，辽宁辽阳人，工程师，研究方向为水文水资源勘测、整编、论证、评价工作。

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