基于HYDRUS-1D模型...烃污染物在土壤中的运移规律_董姝娟.pdf

2023年02月|35环保与节能1 研究区简介本石化企业位于 A 省 B 市，通过加工原油生产液化气、汽油、航煤、柴油等成品油产品，并发展下游化工产业，进一步生产聚乙烯、溶聚丁苯橡胶、丁烯等化工产品。厂区总平面布置划分为四个功能区：生产装置区、储运区、辅助生产及公用工程区、生产管理区。生产装置区按工艺流程集中紧凑布置，包括常减压蒸馏、催化裂化、连续重整等二十多套装置。储运区布置在厂区西部，分布有原油罐区、中间罐区、产品罐区、化学药剂罐区、仓库、汽车及铁路装卸车设施。辅助生产及公用工程区等分布在联合装置区南、西、北两侧，南侧分布有污水处理场、事故池、危废暂存库，西侧分布有中控制、化验室、动力站、循环水场，北侧有办公楼、消防站、总变电等。2 研究区土壤条件概况研究区地貌类型属于丘陵区，天然包气带的厚度约为 515 m。包气带防污性能的好坏不仅对土壤环0 引言石化企业运行过程中发生物料泄漏，不仅会对地下水环境造成影响，也会对土壤环境造成一定影响。在各种污染类型对土壤环境的污染影响中，石油烃污染物对土壤的污染是目前最显著的土壤环境污染问题之一1-2，因此对石化企业罐区物料泄漏情景下，石油烃污染物在土壤中的运移研究就十分必要。HYDRUS-1D 模型符合 HJ 9642018 环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)建议的污染物质在土壤环境中垂向运移的计算方法3-6。本文选取该模型，构建土壤非饱和带水流模型及溶质运移模型，选取 A省 B 市石化企业作为研究对象，对其罐区在发生短时泄漏的风险情景下，石油烃污染物在土壤环境中的迁移进行模拟计算，预测石油烃类在土壤环境中的运移深度、运移时间及浓度变化，进一步提出石化企业保护土壤环境的相关措施。基于 HYDRUS-1D 模型研究石油烃污染物 在土壤中的运移规律董姝娟1，蔡天洲2，钱光阳3，孟凡伟1*(1.青岛中油华东院安全环保有限公司，山东 青岛 266071；2.中国石油四川石化有限责任公司，四川 彭州 61190；3.西南管道兰成渝输油分公司，四川 成都 610000)摘要：石化企业运行过程中发生物料泄漏，不仅会对地下水环境造成影响，也会对土壤环境造成一定影响。文章针对石化企业可能发生的罐区物料泄漏的情景，应用 HYDRUS-1D 软件构建土壤非饱和带水流模型及溶质运移模型，对石油烃污染物在土壤环境中的运移深度、运移时间及浓度变化进行模拟预测，进一步提出保护土壤环境的相关措施，为石化企业保护土壤环境提供技术支持。关键词：土壤；石油烃污染物；运移；HYDRUS-1D中图分类号：X833 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)05-0035-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.05.011Study on the Migration Rule of Petroleum Hydrocarbon Pollutants in Soil of Petrochemical Enterprises Based on HYDROS-1D ModelDONG Shu-juan1,CAI Tian-zhou2,QIAN Guang-yang3,MENG Fan-wei1*(1.Qingdao CNPC East China Institute Safety and Environmental Protection Co.,Ltd.,Qingdao 266071,China;2.PetroChina Sichuan Petrochemical Co.,Ltd.,Pengzhou 61190,China;3.Lanzhou Chengdu Chongqing Oil Transportation Branch of Southwest Pipeline,Chengdu 610000,China)Abstract:During the operation of petrochemical enterprises,the leakage of biomass will not only affect the groundwater environment,but also the soil environment.In view of the possible leakage in the tank farm of petrochemical enterprises,HYDRUS-1D model is applied to build the water flow model and solute transport model in the unsaturated zone of soil,simulate and predict the transport depth,transport time and concentration change of petroleum hydrocarbon pollutants in the soil,and further put forward relevant measures to protect the soil environment,so as to provide technical support for petrochemical enterprises to protect the soil environment.Keywords:soil;petroleum hydrocarbon pollutants;transfer;HYDRUS-1D环保与节能环保与节能36|2023年02月性弱，其综合渗透系数约为 2.810-5 cm/s。研究区内仅有一种土壤类型，为赤红壤，对其理化性质进行取样调查，调查结果如表 1 所示。境的污染程度有影响，而且对地下水环境的污染程度也有直接的影响。本次研究区的包气带岩性主要为素填土、残积土及风化砂岩泥岩互层等，厚度较大，富水表1 土壤理化特性调查结果表点号厂界占地范围内TY01柱状样层次00.5 m0.51.5 m1.52.5 m现场记录颜色暗灰色暗灰色暗灰色结构团粒棱块状棱块状质地轻壤土轻壤土轻壤土砂砾含量/%302020其他异物无无无实验室测定pH6.456.255.36阳离子交换量/(cmol(+)/kg)3.273.403.28氧化还原电位/(mV)222218219饱和导水率/(mm/min)0.030.030.02土壤容重/(g/cm3)1.481.501.60孔隙度/%38.935.140.03 研究方法3.1 污染情景设置污染情景设定燃料油储罐发生泄漏，泄漏一段时间后，污染物被发现，及时采取措施对污染源进行控制，污染源得到控制后不再有源强，选择石油烃作为预测因子进行污染预测。石油烃污染物浓度取其密度1.03106 mg/L，泄漏时间为 1 h，为瞬时泄漏。3.2 数学模型数学模型包括土壤水流运动模型和土壤的溶质迁移模型，其中土壤水流运动模型的控制数学模型为一维垂向饱和-非饱和土壤水中水分运动方程，土壤的溶质运移模型为考虑土壤吸收的饱和-非饱和土壤水中的溶质迁移控制方程7-8。3.3 数值模型(1)模拟软件选取在本次论文中选择 HYDRUS-1D 模型求解非饱和带中的水分及溶质运移方程。(2)建立模型根据对企业所在区域的水文地质调查，参照其地质钻孔资料，可知项目区天然包气带厚度约为515 m，因此本次模型选择自地表向下 5.0 m 范围内进行模拟。在计算范围内设定 3 个污染物迁移观测点，从模型计算范围顶部到底部分别为 N1、N2、N3，各个观测点距模型顶部的地表距离分别为0.5 m、1.5 m、2.5 m。(3)边界条件对于模型中边界条件概化方法，综述如下：水流运动模型选定模型上边界设定压力水头边界，模型下边界设定为自由排水边界。污染物质迁移模型污染物质迁移模型上边界设定为浓度通量边界，下边界设定为零浓度梯度边界。4 预测计算结果各观测点的污染物浓度随着时间的变化如图 1所示，各时间点石油烃污染物的浓度随深度变化情况如图 2 所示。石油烃污染物检出浓度为 6 mg/kg，换算为观测浓度为 0.019 7 mg/cm3。由图可知，石油烃污染物进入包气带之后，距离地面以下 0.5 m 处(N1 观测点)在渗漏后 6 d 开始观测到石油烃污染物，在第79 d 石油烃污染物达到最大浓度 222.6 mg/cm3；距离地面以下 1.5 m 处(N2 观测点)渗漏后 64 d 开始观测到石油烃污染物，在第 300 d 石油烃污染物达到最大浓度 110.8 mg/cm3；距离地面以下 2.5 m 处(N3 观测点)渗漏后 165 d 开始观测到石油烃污染物，在第530 d 石油烃污染物达到最大浓度 82.8 mg/cm3，之后土壤中石油烃污染物浓度逐步减小至未检出。根据土壤含水率、土壤容重、土壤中污染物各观测点达到的最大浓度核算，N1、N2、N3 点所在土壤中石油烃污染物最大增量分别为 6.770104 mg/kg、2023年02月|37漏后不容易发现处置的装置设备区域，设置长期土壤监控点位，定期对其土壤环境质量进行监测，及时掌握土壤环境质量变化情况，从而可及时采取防治土壤污染的相应措施，减少对土壤环境的影响。6 结语本文针对石化企业可能发生的罐区泄漏情景，采用 HJ 9642018 环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)中推荐的计算方法，利用 HYDRUS-1D 软件，对特征污染物石油烃在土壤中的运移进行了预测计算。根据预测结果可知，在发生瞬时泄漏情景下，石油烃污染物进入包气带之后，距离地面以下 0.5 m 处(N1 观测点)在渗漏后 6 d 开始监测到石油烃污染物，距离地面以下 1.5 m 处(N2 观测点)渗漏后 64 d 开始监测到石油烃污染物，距离地面以下 2.5 m 处(N3观测点)渗漏后 165 d 开始监测到石油烃污染物，石油烃污染物在包气带中浓度增量较大，对土壤环境影响较大。石化企业应从源头至末端采取各类相应措施，避免污染事故发生，保护土壤环境。参考文献：1 段纪淼，王岩，刘慧姝，等.油品在土壤中的运移特性J.油气储运，2019，38(7)：798-803.2 沈云.土壤污染修复基本原理及土壤生态保护策略J.资源节约与环保，2021(12)：33-35.3 高文宇，李娜，王萌.油田特征污染物在包气带中的迁移规律 J.油气田环境保护，2019，29(6)：24-33.4 李玮，何江涛，刘丽雅，等.HYDRUS-1D 软件在地下水污染风险评价中的应用J.中国环境科学，2013，33(4)：639-648。5 汤英，徐利岗，张红玲，等.HYDRUS-1D/2D 在土壤水分入渗过程模拟中的应用J.安徽农业科学，2011，39(36)：22390-22393。6 付震，张福超，安禹辰.基于HYDRUS 模型水库土壤污染模拟与处置方案研究J.海河水利，2021(3)：80-83.7 李新峰，许蔷薇.基于土壤预测模型的石油类污染迁移的研究J.环境与发展，2020(8)：123-126.8 李跃亭.庐枞丘陵区某铁矿包气带污染预测评价J.安徽地质，2013(4)：304-306.作者简介：董姝娟(1984-)，女，汉族，山东青岛人，高工，硕士，研究方向：环境保护。孟凡伟(1979-)，男，汉族，山东青岛人，高工，硕士，研究方向：环境保护(通讯作者)。3.37104 mg/kg、2.52104 mg/kg，浓度增量较大，对土壤环境影响较大，发生泄漏时应及时采取措施，从而避免对土壤环境的影响。Conc/(mg/cm3)时间/天2502001501005002004006008001 0000N1N2N3图1包气带各观测点石油烃污染物浓度随时间变化示意图Conc/(mg/cm3)Depth/cm0-100-200-300-400-500020406080100 120 140 160T0T1T2T3T4T5其中T 为天数，T0:0；T1:200 d；T2