水封洞库石油类污染物地下水时空分布模拟_洪淑娜.pdf

2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 163 水封洞库石油类污染物地下水时空分布模拟水封洞库石油类污染物地下水时空分布模拟 洪淑娜(江苏天圆地方环境产业有限公司，江苏 南京 210019)摘 要采用地下水动力学数值模拟计算方法和 FEFLOW 软件对地下水封石洞油库建设造成的地下水位的变化和地下水漏斗进行预测，目的是分析地下水封洞库施工期涌水对区域地下水位的影响。项目对地下水的影响主要通过水封洞库中油品向周边地下水的扩散实现的，因此项目选择石油类物质作为污染物代表因子进行模拟。营运期非正常情况下，项目营运 30 年内，油品扩散造成的地下水中石油类含量最大值不超过 0.03 mg/L，营运期，岩壁里地下水的压力大于洞库内任何点的储油静压力，此时对流作用主要由围岩朝向洞库内部方向，项目对地下水环境可能产生影响的污染源主要为水封洞库储油向周边地下水的对流扩散作用。营运 30 年后，油品扩散造成的地下水中石油类浓度 0.015 mg/L 等值线的迁移距离最大为 228 米。关键词地下水封洞库；地下水环境；数值模型；涌水量 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0163-05 Simulation of Spatial-temporal Distribution of Petroleum Pollutants in Groundwater of Water-sealed Caverns Hong Shuna(Jiangsu Tianyuan Local Environmental Industry Co.,Ltd.,Nanjing 210019,China)Abstract:The underground water dynamics numerical simulation calculation method and FEFLOW software are used to predict the change of underground water level and underground water leakage bucket caused by the construction of underground water sealed cavern oil depot,in order to analyze the impact of water inflow during the construction of underground water sealed cavern on the regional underground water level.The impact of the project on groundwater is mainly realized by the diffusion of oil from the water-sealed cavern reservoir to the surrounding groundwater,so the project selects petroleum substances as the representative factor of pollutants for simulation.Under abnormal conditions during the operation period,within 30 years of the project operation,the maximum content of petroleum in the groundwater caused by oil diffusion does not exceed 0.03 mg/L.During the operation period,the pressure of groundwater in the rock wall is greater than the static pressure of oil storage at any point in the cavern.At this time,the convection is mainly from the surrounding rock towards the interior of the cavern.The pollution source that the project may have an impact on the groundwater environment is mainly the convection diffusion of oil storage in the water-sealed cavern to the surrounding groundwater.After 30 years of operation,the maximum migration distance of petroleum concentration 0.015 mg/L contour line in groundwater caused by oil diffusion is 228 meters.Keywords:underground water sealed cavern reservoir；groundwater environment；numerical model；water inflow 地下洞库用于储油，因此对地下水环境的污染物主要是石油类污染物。采用地下水动力学数值模拟计算方法和FEFLOW 软件对地下水封石洞油库建设造成的地下水位的变化和地下水漏斗进行预测，目的是分析地下水封洞库施工期涌水对区域地下水位的影响。地下水封洞库建在稳定的地下水位线以下，洞库周边不存在防渗层，其密封是通过地下水往洞内渗透实现的。由于岩壁里地下水的压力大于任何点的储油静压力，油库中的油品被围岩裂隙中的地下水所包围，只可能水往洞内渗入，而洞内介质不可能往外渗漏，从而达到将储介质封在洞内的目的。1 研究区概况研究区概况 本项目位于福建省漳州市古雷港经济开发区，设计地下水封洞库总库容 1775 万 m3。根据钻探揭露，勘察深度范围内地基土除表层素填土外，其余主要由粉质粘土及凝灰岩等组成。经勘察，场地63.00米以浅深度内大致可分为9个工程地质(亚)层。其中 12 层土为第四系全新统(Q4)沉积，层为第四系上更新统(Q3)沉积，层为第三系渐新统三垛组(E3s)凝灰岩。场地地勘深度内地下水为孔隙潜水，孔隙潜水赋存于层土中。孔隙潜水主要补给源为大气降水及其他地表水体，富水性差，与地表水联系紧密，其水位受气候影响明显。孔隙潜水主要受大气降水和邻近河流的入渗补给，通过蒸发排泄，动态特征表现为气候调节型。勘察时测得孔隙潜水初见水位埋深 0.21.6 m，标高为 3.053.23 m 左右，稳定水位埋深在 0.41.8 m，标高为 2.853.03 m，年变化幅度大于 1.0 m，夏高冬低。2 地下水流场和溶质迁移模拟地下水流场和溶质迁移模拟 2.1 水文地质概念模型 采用地下水动力学数值模拟计算方法和 FEFLOW 软件对地下水封石洞油库建设造成的地下水位的变化和地下水漏斗进行预测，目的是分析地下水封洞库施工期涌水对区域地下水位的影响。数值模拟中的水文地质概念模型是对评价区水文地质条件的简化，使得水文地质条件尽可能简单明了，并准确充分地反映地下水系统的主要功能和特征。水文地质概念模型是对地下水系统的科学概化，其核心为边界条件、内部结构、地下水流态三大要素，根据评价区的地层岩性、地质构造、水动力场、水化学场等的分析，可确定水文地质概念模型的要素。2.2 边界条件 根据评价区水文地质条件及地下水等水位线图，研究区上边界位于潜水面上，包括降水入渗补给、潜水蒸发和井泉排泄，下边界为隔水边界，南边界、东边界、西边界及北边界为定水头边界，地下油库和水幕概化为定水头边界。垂向边界：本次模拟考虑多层含水层，上边界主要接受大气降雨入渗补给和潜水蒸发排泄，故上边界以潜水面为边界；下边界以第四系上更新统粘土隔水底板为隔水边界。侧向边界：评价区东、西、南三侧流入评价区的水量较稳定，设置为定流量边界；北部边界选取港口村附近流线作为零流量边界。2.3 含水层概化 根据地质详查，拟建库区主要分布三叠系侏罗系地层(T3-J)，分布于长乐东山断裂以东的一套变质地层，岩性以动力变质岩为主(混合花岗岩、千枚状混合岩)，浅层普遍具风化现象，岩石风化成散体和碎裂状，节理裂隙发育，为地下水的运流、赋存创造了有利空间。由于拟建库区址内断层 F1、F2 和 F3 为压扭运动性质且规模较小，渗透性能不大，对地下水位影响不大，因此本次模型概化将不考虑断层 F1、F2、F3和 F7 的影响，断层 F4、F5、F6 和为张性断层性质，张性断层主要发育方向与区域构造方向一致，走向北西和北东，出露条件不好，本次模型对这些张性断裂采取等效双重介质的方法考虑。含水层顶板岩性为残坡积粘性土及海沙等(分布不连续)，底板为混合花岗岩、千枚状混合岩，因此将研究区概化为七个模拟层。收稿日期 2023-02-05 作者简介 洪淑娜(1987-)，女，江苏句容人，在读博士，主要研究方向为环境资源和地下水数值模拟。广 东 化 工 2023 年 第 4 期 164 第 50 卷 总第 486 期 表表 1 模型模拟层分层概化表模型模拟层分层概化表 Tab.1 Hierarchical generalization table of model simulation layer 概化层 岩性 厚度/m 第一层 第四系全新世长乐组海滩堆积层 510 第二层 第四系残坡积层 815 第三层 全、强、中等风化片麻状混合二长花岗岩 115 第四层 微风化片麻状混合二长花岗岩 20 第五层 微风化片麻状混合二长花岗岩 30 第六层 微风化片麻状混合二长花岗岩 20 第七层 微风化片麻状混合二长花岗岩 30 2.4 初始条件 根据研究区地下水动态，以枯水期的观测孔水位绘制等水位线作为模型的初始条件。图图 1 模拟范围网格剖分立体图模拟范围网格剖分立体图 Fig.1 Simulation range grid subdivision stereogram 图图 2 水文地质参数分区图水文地质参数分区图 Fig.2 Partition map of hydrogeological parameters 2.5 地下水流场 模型识别与检验过程是整个模拟工作中极为重要的一步，模型识别检验是一个不断调节水文地质参数、使模型结果尽可能与实际调查资料相吻合的过程。经过对本评价区水均衡分析，水文地质参数分析，将调整后的水文地质参数、实际的各源汇项及边界条件带入模型生成地下水流场，采用实测枯水期的水位作为初始水位，生成地下水流场后对评价区调查的水位观测点与计算值进行拟合。本次模拟的地下水流场基本反映实际地下水系统流场的特征，模型基本准确。可以用该模型进行相关地下水情景预测。表表 2 各含水层水文地质参数一览表各含水层水文地质参数一览表 Tab.2 List of hydrogeological parameters of aquifers 土层名称 渗透系数(m/d)释水系数 给水度 第四系全新世长乐组海滩堆积层 0.013.0/0.010.30 第四系残坡积层 0.010.1/0.010.32 全、强、中等风化片麻状混合二长花岗岩 1.1E-30.47 1.1E-52.3E-3/微风化片麻状混合二长花岗岩 1.31E-93.41E-3 1.2E-52.4E-3/微风化片麻状混合二长花岗岩 1.21E-94.31E-3 1.5E-52.1E-3/微风化片麻状混合二长花岗岩 1.25E-95.21E-3 1.0E-52.3E-3/微风化片麻状混合二长花岗岩 1.01E-94.31E-3 1.8E-52.6E-3/断层 F4、F5 和