黄颀 吕全标
广东省佛山地质局 广东佛山 528000
摘要：垃圾填埋是处理城市卫生垃圾的有效举措。本文以白泥坑卫生垃圾填埋场为对象，基于厂区附近水文地质条件和MODFLOW（Visval MODFLOW Flex)软件分别建立了地质结构模型、地下水流概念模型和数值模型以及溶质运移数值模型，模拟了不同类型污染物的污染路径和污染晕迁移状况，分析了污染对地下水环境可能造成的影响结论可知：污染物在含水层中会沿地下水流方向呈近似椭圆形状运移，且在水流的反方向亦有运移；同一模拟时段内，COD和氨氮会随时间在局部造成一定程度的污染，但是污染物的浓度随时间逐渐消散，所有污染物在模拟时段内均抵达了长坑水库，故会对长坑水库水质造成影响。
污染晕随时间逐渐消散
关键词：焚烧发电；地下水污染；数值模拟
引 言
垃圾填埋场渗滤液若发生渗漏进入地下含水层，将对区域地下水系统造成不同程度的污染由于地下水污染可能造成区域范围内不同程度的经济损失，甚至对居民的身体健康造成危害，导致非常严重的后果，所以该问题不容忽视[1,2]。
十余年来随着计算机的进一步更新换代以及数值计算理论方法的深入研究，数值模拟逐渐取代传统的地下水资源评价方法，成为地下水资源评价的主要手段当今流行的地下水数值模拟软件有基于有限元原理的FEFLOW Finite Element subsurface FLOW system）和基于有限差分原理的GMS Groundwater Modeling System）以及Visual Modflow等[3,4]。
Visval MODFLOW Flex是加拿大waterloo水文地质公司在美国地质调查局20世纪80年代开发的MODFLOW软件的基础上开发研制的。相对于FEFLOW和GMS而言，MODFLOW的软件模块化程度更高，MODFLOW是唯一可以直接进行地下水概念模型构建的软件，能更准确地对模拟区的水文地质条件进行刻画。本文选择采用Visval MODFLOW Flex软件对地下水污染因子的扩散情况进行探究。
1 模拟区概况
模拟区位于佛山市三水区南山镇六和村委邓边村地界，区面积约5km2，涵盖整个完整水文地质单元。
2模型的建立与计算
2.1三维地质结构模型
2.1.1评价区模型有限差分网格剖分
基于项目场地内已开展的水文地质勘察工作，采用 Visval MODFLOW Flex软件将整个独立的水文单元按模拟区剖分成矩形网格，平面上形成共计23673个有效计算单元。模拟区在垂向上和水平方向上按场地勘探钻孔资料进行概化。
设计垂向剖分网格单元类型为：Deformed变形网格。采用规则的细小网格组成含水层剖面。
2.1.2含水层模拟
根据地下水的赋存条件、水力性质及地层岩性组合特征，将模拟区含水层结构细分为4层，分别为：第四系残坡积土层、第四系冲积层含水层组（第一层）、全风化基岩（第二层）、强风化基岩（第三层）、中风化基岩（第四层）。其含水层组渗透系数取值见表2-1。
表2-1含水层组渗透系数取值表
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2.2地下水流模型
2.2.1水文地质概念模型
水文地质概念模型是建立数学模型的基础[4]。本次预测评价以项目场地为重点研究区域，考虑到地下水流向及分水岭等边界条件的分布，预测范围适当外延到整个水文地质单元。
场地简述：厂址区的含水层为块状基岩裂隙水。上覆土层主要为残坡积土和局部的冲积层，形成相对的垂向隔水顶板；土层含水层以下为基岩裂隙水含水层，含水层岩性为全-强风化花岗岩为主，视为场地内主要含水层。
边界条件：上边界为降水补给、蒸发排泄边界，下边界及四周地下水分水岭为零流量边界；长坑水库概化为定水头边界（汛期限水位12.64m）。
源汇项：模拟区内均衡要素主要包括大气降雨入渗、潜水蒸发。其中地下水补给项主要为降水入渗补给。降雨入渗系数分区初始值参照场地包气带岩性特征进行分区和赋值。地下水排泄项主要为蒸散发及向地表水体排泄。
2.2.2数学模型
2.2.2.1地下水流模型
综合上述评价区地层岩性、地下水类型、地下水补径排特征、地下水动态变化等水文地质条件及评价区水均衡分析等，在现有资料的基础上，可将评价区地下水流系统概化成非均质各向异性、空间多层结构、三维稳定地下水流系统，假设水的密度与黏性均匀不变，可以写出以水头表示的地下水流微分方程：
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式中：Ω—渗流区域，量纲：L2；
H0—初始地下水位，量纲：L；
H1—指定水位，量纲：L；
S1—第一类边界；
S2—第二类边界；
μs—单位储水系数，量纲：L-1；
Kxx，Kyy，Kzz—分别为x、y、z主方向的渗透系数，量纲：LT-1；
w：源汇项，包括蒸发，降雨入渗补给，井的抽水量，量纲：T-1；
q(x，y，z，t)：表示在边界不同位置上不同时间的流量，量纲：L3T-1；
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：表示水力梯度在边界法线上的分量。
2.2.3模型识别
选用2019年9月实测流场作为初始流场，模拟计算流场对模型进行识别，通过不断的调整水文地质参数，以取得最佳的拟合效果。模拟计算流场对模型进行验证，实测流场与计算流场拟合效果良好，计算流场与实测流场形态基本一致。根据实际调查结果，在模型中设置了14个水位观测校正井，各观测井实测水位与计算水位差值较小，拟合效果较好，表明所建立模型可靠，基本满足计算精度要求。
2.3溶质运移数学模型
本次建立的地下水溶质运移模型是在三维水流影响下的三维弥散问题，水流主方向和坐标轴重合，溶液密度不变，存在局部平衡吸附和一级不可逆动力反应，溶解相和吸附相的速率相等，即λ1=λ2。在此前提下，溶质运移的三维水动力弥散方程的数学模型如下：
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式中：C：地下水中组分的溶解相浓度，ML-3；
θ：地层介质的孔隙度，无量纲；
t：时间，T；
xi：沿直角坐标系轴向的距离，L；
Dij：水动力弥散系数张量，L2T-1；
Vi：孔隙水平均实际流速，LT-1；
qs：单位体积含水层流量，代表源和汇，L3T-1；
Cs：源或汇水流中组分的浓度，ML-3；
∑Rn：化学反应项，ML-3 T-1；
正常工况下，污染源得到有效防护，污染物不会直接外排污染周边环境，污染物从源头上将会得到控制，本项目营运期对地下水的影响的可能性很小。
本次模拟，主要是针对非正常工况下，渗滤液调节池防渗层破损，渗滤液经破损的防渗层直接穿越进入地下水系统，根据可能发生的情景以及渗漏液的浓度，选择COD、氨氮作为预测因子。
各污染物渗漏量计算如表2-6：
表2-6 填埋库区库底防渗层破损工况下污染物源强
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根据本项目性质，将污染物模拟时间定为20年，即模拟污染物进入地下水后 20年间在含水层中的迁移规律。本次预测时段为 100天、1000天、3650天、7300天，污染物在地下水中的运移情况。模拟总时间为7300d，时间步长设为1d。模拟结果见图2-2、图2-3、表2-7。
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图2-3 氨氮模拟结果
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如图2-2和表2-7所示，污染物为COD，在污染物源强为5310mg / L时，随着时间推移，污染浓度逐渐减小，主要沿水流方向向东北方向扩散，COD超标范围在100d时与水库距离145m，1000d时与水库距离91.52m，并3650d之前到达了长坑水库，之后浓度逐渐消散，到7300d时COD浓度已低于标准值。随着污染晕中心浓度不断变小，最大运移距离和迁移面积也会相应变小，但整体运移方向基本一致。由模拟结果可知，污染物会造成地下水一定程度污染，但是污染晕在向下游的运移中范围逐渐减小，浓度不断降低，污染物在地下水含水层中沿水流方向及其反方向均有运移，污染物运移形成的污染羽大致为近似椭圆形。如图2-3和表2-7所示，污染物为氨氮，在污染物源强为156mg/L时，随着时间的推移，整体运移趋势与COD基本一致。
结果表示在模拟时段内，污染物在泄露停止后浓度处于不断消散的趋势中，但由于初始浓度较大，污染物仍会在局部地区对地下水造成一定程度的污染，污染物超标范围到达了下游长坑水库，会对水库水质产生少量影响。
4结论与建议
根据地层结构和水文地质特征建立了可信度较高的溶质运移模型，由模拟结果可知污染物在含水层中会沿地下水流方向呈近似椭圆形状运移，且在水流的反方向亦有运移：污染物在泄露停止后浓度处于不断消散的趋势中，但由于初始浓度较大，污染物仍会在局部地区对地下水造成一定程度的污染，污染物超标范围到达了下游长坑水库，会对水库水质产生少量影响。
建议针对本建设项目地下水污染防治的重点是对污染物存贮建筑物采取相应的防渗措施，并建立完善的风险应急预案、设置合理有效的监测井，加强地下水环境监测，把地下水污染控制在源头或起始阶段，防止有害物质渗入地下水中，一旦发生废液渗漏事故，立刻启动环境应急预案。
参考文献
[1] 许佩瑶,朱洪涛. 保定电厂冲灰水下渗污染地下水的数学模型[J]．安全与环境学报. 2003,(6):6～8.
[2] 王义生,吴晓华,朱晓琳等.燃煤灰场对地下水环境影响及防渗处理[J]．中国地质灾害与防治学报. 2007,(3):116～120.
[3] 郝永艳,郝峰,陈军锋等. 电厂粉煤灰堆放对水环境的影响及防治对策[J]. 山西水利.2010,(11):19～21.
[4] 喻佳,汪家权,徐凤. 某电厂项吕地下水污染物运移模拟究[J]. 广东化工.2014,(4):66～67+56.