基于GMS的某乡镇涤纶制造企业地下水污染的模拟研究_严立宇.pdf

202312环境工程79Modern Chemical Research当代化工研究基于GMS的某乡镇涤纶制造企业地下水污染的模拟研究严立宇（上海城投上境生态修复科技有限公司 上海 200232）摘要：针对安徽省内某乡镇涤纶制造企业的地下水污染，通过GMS软件建立三维地质结构模型、地下水流模型、溶质运移模型，研究地下水污染物1,2-二氯丙烷在不同时间段的扩散情况。模拟结果表明研究区内地下水污染扩散方向为自西北向东南，自环境污染事故发生后1年内污染物已随地下水迁移至企业边界外，目前污染羽范围达到1136.1m2。为防止污染进一步扩散，应尽快开展针对污染地下水的工程修复或风险管控。关键词：GMS模型；溶质运移模拟；地下水污染中图分类号：X 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.026Simulation Study of Groundwater Pollution in a Polyester Factory in Rural Area on GMSYan Liyu(Shanghai Chengtou Shangjing Ecological Restoration Technology Co.,Ltd.,Shanghai,200232)Abstract：Aiming at the groundwater pollution caused by a polyester manufacturing company in a township in Anhui province,a three-dimen-sional geological structure model,groundwater flow model,and solute transport model were established using GMS software to study the diffusion of 1,2-dichloropropane pollutants in different time periods.The simulation results showed that the groundwater pollution diffusion direction in the study area was from northwest to southeast,and within one year after the environmental pollution accident,pollutants had migrated with groundwater be-yond the companys boundary.Currently,the polluted area has reached an area of 1136.1 m2.To prevent further pollution spread,engineering remedi-ation or risk control measures for polluted groundwater should be carried out as soon as possible.Key words：GMS model；solute transport simulation；groundwater pollution随着经济的发展和城市化进程的推进，我国工业企业在过去迎来快速发展期。然而，这些企业在创造就业机会和推动当地经济发展的同时，也对当地的环境造成了重大影响。地下水是我国重要的饮用水源和战略资源，但我国地下水水质总体不容乐观，污染防治工作总体起步较晚，地下水环境保护形势严 峻1。相较于大型化工企业，乡镇工业企业整体规模较小，生产能力和产生的污染物排放量也较低，其污染物种类也相对较少。但由于监管不严、管理不善、技术落后或环保意识不强等原因，乡镇企业的生产经营对于地下水的污染风险很多时候往往大于大型的化工企业2。并且由于乡镇企业通常紧邻居民区和农产品种植区，发生污染后造成的危害更强。地下水污染难以被及时察觉和治理，也难以消除，因为地下水环境系统的复杂性和多变性使其更具挑战性。一旦地下水被污染，环境和生态系统的破坏是长期的、难以逆转的。在开展地下水污染研究时，准确了解地下水污染范围可以帮助我们更好地理解污染程度、预测扩散趋势，并采取及时有效的措施来保护地下水资源。在众多地下水污染物迁移模拟的研究中，数值模拟法是定量研究中的重要手段之一3。GMS（Groundwater Modeling System）是一款专业的地下水模拟软件，可以用于地下水流动、传输、污染物迁移和化学反应等方面的建模与分析，是被广泛认可的模拟方法之一4。目前国内相关领域的研究主要集中在大型化工类企业或工业园区等重污染工业聚集区5-6，但针对乡镇工业企业造成的地下水污染模拟研究相对较少。本研究选取安徽省某乡镇涤纶树脂制造企业作为研究对象。该企业自2004年开始从事涤纶树脂生产，2016年因车间火灾造成原料泄漏，造成地下水受到污染。本次研究意在使用GMS软件开展污染物溶质运移模拟，结合实际地下水监测结果，判断污染羽的迁移和变化情况，为后续该地块的地下水修复治理提供科学指导。1.研究区概况本项目研究区域位于安徽省境内，属波状平原地貌类型。根据研究期间开展的水文地质勘查结果，研究区30m深度范围内的地基岩土属第四纪覆盖层，主要为填土和坡积冲洪积土层，由粘性土、砂土组成。地下水类型为松散岩类孔隙水，分为浅部填土层内的上层滞水和中部砂土层中的承压水。研究企业整体占地面积8862m2，自2004年开始从事涤纶树脂生产，2016年202312环境工程80Modern Chemical Research当代化工研究企业发生火灾后停产，至今未复产，目前整体空置。该涤纶树脂生产企业主要原辅料200#溶剂油在2016年火灾期间大量泄漏，与消防水混合回灌入企业东部生产用水抽提井，造成地下水中1,2-二氯丙烷含量超标。结合2023年3月的调查结果，尽管距离事故发生已过去7年，地下水中1,2-二氯丙烷含量仍达到80.6g/L，超标倍数达到14.78倍。2.水文地质概念模型(1)三维地质结构模型本研究以场地调查钻孔资料为依托，利用GMS软件构建三维地质模型，用以刻画区域地层分布。研究区自上而下地层可概化为4层，分别是：层杂填土；层粉质黏土；层粉砂；层黏土。各地层地质参数详见表1，构建的研究区三维地质结构模型，详见图1。表1 研究区土层信息汇总Tab.1 Soil Layer Information in the Study Area土层名称层底深度/m垂直渗透系数/(cm/s)水平渗透系数/(cm/s)杂填土1.002.704.9610-76.0210-7粉质黏土12.6016.602.1510-73.3310-7粉砂21.8024.205.6910-41.0710-3黏土28.2030.003.7710-84.2310-8图1 三维地质结构模型示意图Fig.1 3D Geological Structure Model(2)地下水流模型表2 模型参数列表Tab.2 List of Model Parameters序号输入参数数值1渗透系数K/(cm/s)1.07E-032水力梯度I4.0E-033孔隙度n0.3844降雨量/mm1041.15纵向弥散度/(m2/d)76横向弥散度/(m2/d)0.7通过分析研究区水文地质条件，研究区内受污染地下水均为孔隙水，可分为浅部土层的上层滞水、中部砂土层中的承压水。本次研究将其统一概化为孔隙潜水含水层。根据场地环境调查期间测得的水位高程，初步判读地下水流向为自西北向东南。本研究将模型边界扩展为一个较完整的水文地质单元，用以判断污染物对地块外区域的影响，整体研究区面积为40000m2，依照20m20m的网格剖分，并利用GMS软件的MODFLOW模块叠加于之前建立的三维地质结构模型，得到地下水水流模型。因研究区整体地势平坦，周边也无地表水体，因此根据水文地质勘查结果，将研究区四个边界根据实测结果均设为定水头边界。3.污染物运移模拟在完成水文地质概念模型搭建后，利用GMS软件中的MT3D模块构建污染物1,2-二氯丙烷的溶质运移模型。污染物在地下水系统中的迁移转化过程十分复杂，它包括挥发、溶解、吸附、沉淀、化学和生物降解等作用。超标面积5.4m2（2016年，扩散后10天）超标面积406.2m2（2017年，扩散365天）202312环境工程81Modern Chemical Research当代化工研究超标面积1136.1m2（2023年，扩散2555天）超标面积1208.2m2（2024年，扩散2920天）图2 污染物溶质运移模拟结果示意图Fig.2 Simulation Results for Migration and Diffusion of Pollutant本研究在模拟污染物运移时重点考虑对流弥散对的作用。本研究采用点源污染物瞬时泄漏模型，泄漏量根据场地调查阶段开展的人员访谈预估为7500g 1,2-二氯丙烷。考虑到研究区周边涉及众多敏感目标（食用农产品种植区和居民区），存在地下水用于生活和灌溉的情况，因此选用地下水质量标准（GB/T 14848-2017）中规定的III类水质标准（0.005mg/L）框定污染羽范围。根据点源瞬时泄漏模型模拟，结合实际监测结果进行调整和校验后，污染物18年后运移结果如下所示。根据模拟结果，在不考虑土壤吸附和有机物的降解下，随时间推移污染范围逐渐向东南侧呈现椭圆形分布，与场地调查期间发现的地下水流向一致。事故发生7年后为本次研究开展时间，各监测点的污染物浓度与模拟结果基本一致，相对偏差范围均在30%以内，超标区域面积为1136.1m2；如对污染地下水不加以及时处置或开展风险管控，一年后地下水污染面积将继续扩大，达到1208.2m2。表3 地下水监测结果与模拟结果对比Tab.3 Comparison of Groundwater Monitoring Results and Simulation Results采样点位监测结果/(g/L)模拟结果/(g/L)相对偏差范围/%GW2-180.6112.517%GW2-575.398.813%GW2-46.85.610%GW42.51.525%4.结论与建议本研究以安徽省滁州市天长市内的某乡镇涤纶制造企业为例，利用GMS软件中的3DGrid、MODFLOW、MT3D模块，分别构建三维地质结构模型、地下水流模型、溶质运移模型。通过还原企业2016年环境污染事故中的原料泄漏情形，并结合水流模型和实际监测结果进行调整和校验后，污染物1,2-二氯丙烷在环境事故18年后在地下水中的迁移扩散情况。模拟结果表明，污染物迁移方向主要受地下水流向控制，污染物总体沿东南方向扩散；污染物浓度变化受迁移距离影响，距离越远浓度越低，呈梯度分布；污染物迁移扩散情况受时间影响，污染事故发生后1年内污染物便已迁移出企业边界外。因研究区属于乡镇企业，周边存在较多敏感目标，建议尽快开展针对污染地下水的工程修复或风险管控，从根本上清除污染源。【参考文献】1任静,李娟,席北斗,杨洋,鹿豪杰,史俊祥.我国地下水污染防治现状与对策研究J.中国工程科学,2022(05):161-1682骆坤.我国农村地下水污染现状以及污染防治对策研究J.皮革制作与环保科技,2022(06):173-1753贺国平,张彤,赵月芬,周东.GMS数值建模方法研究综述J.地下水,2007(03):32-35+384刘玉利,贾超.基于GMS处置有机污染质运移数值模拟研究J.水科学与工程技术,2016(05):78-825陈雳华,张弛,郑凌云,付高平,张蔚.基于GMS软件的河谷盆地型工业园区地下水污染控制模拟J.环境污染与防治,2022(08):1025-10296刘景兰,李立伟,朱明奕,葛菲媛,秦磊.基于GMS的某典型石化