安庆某产业园地下水环境现状调查与预测评价

石 闯,杨力伟,高孟宁

(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院,安徽 蚌埠 233000)

0 前言

地下水作为地球上水循环的重要一节,是维持人类社会正常运转的重要战略资源。地下水化学成分复杂,受影响因素多,其中人类活动是影响地下水水质的重要因素[1]。随着现代城市的发展,越来越多的工业企业从市区搬到郊区成立产业园[2],这一方面可以促进各企业之间的交流合作,降低企业运行成本,另一方面可以将产生的污染物进行集中处理,减少环保压力。但企业进行生产活动产生的废弃物及企业员工产生的生活垃圾会通过降水、渗滤和径流等方式进入地下水,使地下水环境遭到污染,而由于地下水自净能力较弱,在短时间内无法恢复,这会直接对人类的生活产生危害[3-4]。所以对当地地下水进行现状调查以及预测分析是建设项目开展的先决条件。

本文以安庆市某产业园为例,在资料收集、现场实地调查的基础上,对该产业园地下水进行现状调查及预测评价,并根据调查和评价结果提出相应的建议。

1 研究方法

1.1 研究区水文地质概况

研究区在安庆某化工园内,地貌为岗丘地,地表出露地层为第四系下更新统安庆组,岩性主要为棕黄色砂砾石层,厚约3～5 m,砾径在5～10 mm之间。研究区原始土壤类型为潴育性水稻土,其北侧为黄红壤,其西侧为灰潮土,但由于地形起伏较大,为修建道路和整平场地,进行了大规模的开挖整平,整个场地大部分地段为人工填土,填土来源为周边山体,填土主要岩性为砾石、砂性土,粘性土含量仅10%。

研究区内含水岩组主要包含2类,分别是第一含水层组(松散岩类孔隙水)和第一弱透水层组(“红层”风化带网状裂隙水)。

松散岩类孔隙水由第四系粉质粘土、含砾粉质粘土、砂砾石层、泥质砂层等组成。富水性差,单井涌水量一般10～100 m3/d,地下水水力特征为潜水,由大气降水入渗和季节性河水入渗直接补给。主要排泄方式为自然蒸发和侧向径流。

“红层”风化带网状裂隙水主要由白垩系全风化-强风化砂岩组成,似层状分布[5]。富水性差,单井涌水量<50 m3/d,地下水水力特征为潜水或承压水。其中大部分由第一含水层组补给。有些区域暴露在地表,可以通过降水入渗进行补给。主要通过蒸发和径流的方式排泄。

1.2 监测点布设

综合考虑园区内水文地质条件及周边工业企业分布等因素,地下水监测点布设方案为:场地内布置2个监测井,监测水位和水质;在场地周边利用其他企业和园区已有的3个监测井,监测水位和水质。

表1 布点方案表

2 研究区地下水环境影响评价

2.1 地下水化学类型

地下水离子浓度的测试结果见表2,毫克当量计算结果见表3。

表2 地下水离子浓度监测结果表

表3 地下水离子浓度毫克当量含量表

图1是Piper三线图。结合表2和表3可以得出,研究区内地下水水化学类型主要为HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次为HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。从阳离子三角区可以看出JC01、JC02、JC03、JC05中钙镁离子含量较多,而JC04的钾离子含量明显偏多;从阴离子三角区可以看出,研究区中阴离子以碳酸氢根偏多,而在JC04中氯离子占比又显著增加,说明研究区属于碳酸盐富集区。JC01、JC02、JC03基本在同一区域,而JC04与JC05的差异性较为明显,这可能与研究区内不同企业产生废弃物的种类不同相关。

图1 研究区浅层地下水Piper三线图

图2 水文地质概化模型示意图

2.2 地下水质量评价

采用单因子指数法进行评价,结果见表4～表6。

由表可知,研究区浅层含水层中,5组测试样品中的化学需氧量均超过《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ类水标准。

根据野外调查分析得知,推测化学需氧量超标是因为受到园区内生活垃圾堆放及生活污水排放的影响,故导致检测值超标。

其余指标均满足《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中的Ⅲ类水标准。

由此可见,研究区所在区域内的潜水含水层组水质整体较好。

3 地下水环境影响预测

3.1 模拟情景设置

本次按20 a(7 300 d)进行预测,分100 d、1 000 d、7 300 d三个时间节点分别进行预测。

对项目投产后的情景进行预测,分别为正常状况和非正常状况。

3.1.1 正常状况

工程建设虽按行业规范要求实施,但仍有可能发生“跑、冒、滴、漏”和“渗漏现象”。污水处理站的综合调节池污染物浓度最高,本次以调节池在运行过程中正常渗出的废水为研究对象,预测其内污染物在地下水的迁移情况。

3.1.2 非正常状况

在非正常状况下,假设污水处理设施内的综合调节池防渗措施完全失效,泄露量为正常渗漏量的10倍,废水通过包气带后进入地下水,在该种情况下,预测污染物在地下水中的迁移情况。

3.1.3 预测因子

本项目为化学药物原料药及制剂项目,按照污染物种类对其进行分类,其污染组分主要为COD、BOD5、氨氮、总磷、总氮、SS、石油类、甲苯、二甲苯等和罐区原料液体。COD、氨氮、二甲苯作为该企业的特征污染物,本研究将其作为预测因子。

3.2 概念模型

3.2.1 含水层结构特征概化

研究区地下水类型主要为松散岩类孔隙水,可将其进一步划分为含水层、弱透水层和隔水层。

3.2.2 地下水流场概化

研究区位于山前丘陵区,整个区域地下水从东北向西南方向径流,区内局部地区可能受厂内排水渠和蓄水池影响,其径流方向有所改动,径流量和流速小。

3.2.3 边界条件概化

不同企业产生的污染物源头,各自分布在厂区不同位置,一般为点状污染源,所以地下水污染在空间上以园区内企业分布规律分布在研究区内。结合现场实际踏勘结果,将研究区西南侧边界概化为定水头边界,北、东两侧边界概化为隔水边界。

3.3 模型参数的识别校正与验证

根据本次渗水试验、注水试验、取样测试,结合以往经验值等获得水文地质参数,并通过模型校正,校正结果显示该模型可以较好的模拟研究区内的地下水流动特征,可用于地下水环境影响预测。模型校正后各区的参数如下。

3.4 环境影响预测

本次采用数值模拟法对场地污染物的迁移规律进行预测,本次模拟计算,采用GMS软件求解,用MODFLOW计算模块求解水流运动数学模型,用MT3DMS模块求解污染物运移数学模型[6]。

3.4.1 时间预测

由于包气带较薄,不考虑其对污染物的净化作用。研究区内表层地层为填土和全-强风化砂岩,人工填土包气带单层厚度为0.5～2.0 m,平均渗透系数0.009 m/d,全-强风化砂岩包气带单层厚度为1.5～3.0 m,平均渗透系数0.048 m/d,污染物通过包气带进入地下水。

通过计算,得出地下水被污染的时间为渗漏后31～218 d之间。

3.4.2 污染物外围浓度确定

模拟污染物渗漏后影响范围设定为COD、氨氮、二甲苯的检出限值,超标范围设定为地下水、地表水质量标准Ⅲ类标准值;最大运移距离的污染晕外围以检出限计;COD污染物标准限值为3.0 mg/L,检出限为0.5 mg/L;氨氮污染物标准限值为0.5 mg/L,检出限为0.02 mg/L;二甲苯污染物标准限值为0.000 5 mg/L,检出限为0.5 mg/L。

将含水层参数、初始条件和边界条件带入水质模型。得到调节池污染物渗入地下水的预测结果。

3.5 地下水环境影响预测结果

项目建成投产后,在假定的2种状况下,污染物渗入含水层,100 d、1 000 d和20 a后的影响范围、超标范围和迁移距离预测结果见表8。

表7 模型各层水文地质参数

表8 污染物迁移特征表

从表8可以看出:2种状况下,COD的最大超标范围在三个时间点都要大于其余两项,而二甲苯的最大影响范围与最大迁移距离均最大,因为该项目COD的排放量大于其余两项,所以在短距离中,其超标范围最大,而随着时间和迁移距离的加大,COD在水中被降解,而二甲苯不易降解,所以最大影响范围与最大迁移距离均为二甲苯。

2种状况下,污染物运移速度有限,所以其单位时间影响范围小,但假如时间够长,其仍会对厂区外的地下水产生影响。

4 结语

(1)研究区内地下水水化学类型主要为HCO3--Ca2+·Mg2+型,其次为HCO3-·Cl--Ca2+·K+型。研究区南侧(JC04)和研究区西侧(JC05)差异性较为明显,受不同企业产生废弃物的种类影响,南侧Ca2+浓度较高,而西侧Mg2+浓度偏高。研究区中的阴离子以HCO3-偏多,Cl-次之,所以研究区属于碳酸盐富集区。

(2)研究区地下水质量整体较好。除化学需氧量外其余指标均低于《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中Ⅲ类水的标准,而化学需氧量超标倍数在3.22～9.73倍。

(3)根据模型预测结果,在污水处理设施内的综合调节池防渗措施完全失效,泄露量为正常渗漏量的10倍的情况下,COD和氨氮的最大影响范围比在正常情况下的渗漏要大6～8倍,而二甲苯仅在2倍左右;非正常情况下COD和氨氮的最大超标范围要比正常情况下的渗漏大到22～30倍,而二甲苯的最大超标范围仅为8.6倍。这已经威胁到了厂区外的地下水环境质量。

(4)影响研究区地下水污染的因素主要为生活排放和工业生产,所以在以后的生产生活中,园区应该从源头下手,尽量减少污染物排放,建设过程中加强建筑物的防渗强度,在投产运行后定期监测厂区内地下水质量,并制定应急预案,做到及时发现,快速解决。