一种地下水污染物迁移模型及风险评价方法与流程

1.本发明涉及环境评估技术领域，尤其涉及一种地下水污染物迁移模型及风险评价方法。


背景技术：

2.地下水产生污染的途径主要是渗透污染，主要渗透污染源可能来自于四个方面，一是项目产生的污水排入周边水体中进而渗入补给地下水含水层中；二是固体废物的渗滤液或雨水产生的淋滤液渗入地下水含水层中；三是由于废水收集及输送埋地管道发生破损进而渗透污染地下水；四是由于废水收集池池体及防渗层出现破损发生泄漏进而污染地下水，所以为了考虑污染物泄露后对周围环境的影响，需要对地下水污染物迁移进行模拟预测，目前，现有技术中，地下水污染物迁移影响因素众多，且经过计算过的污染物浓度不能直观的评价污染物对环境的风险评价，因此，亟需一种地下水污染物迁移模型及风险评价方法。
3.经检索，中国专利申请号为cn201511009206.1的专利，公开了一种地下水型饮用水水源地污染风险评价方法，能够从时间和空间上对地下水型饮用水水源地的污染风险进行评价。方法包括：获取地下水型饮用水水源地所在区域地下水固有脆弱性评价结果及污染源危害等级；将区域地下水固有脆弱性评价结果和污染源危害等级进行耦合，对所述区域污染风险进行初步评价；将开采条件下地下水动态变化信息叠加到初步评价结果上，得到开采条件下水源地污染风险评价；在开采条件下水源地污染风险的评价结果上，叠加地下水价值信息对所述区域污染风险进行二次评价；并基于二次评价结果对水源地开采条件下特征污染物进行迁移模拟，完成地下水型饮用水水源地污染风险评价。上述专利中的地下水型饮用水水源地污染风险评价方法存在以下不足：上述风险评价方法的评价方法不够透明直观，风险评价标准较为模糊，影响对周围环境正确的风险评价。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种地下水污染物迁移模型及风险评价方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种地下水污染物迁移的风险评价方法，包括如下步骤：s1：获取地下水位埋深的范围；s2：确定地下水所处环境的地质土层；s3：根据污染源周围环境对污染因子进行识别；s4：基于地下水的总体流向、地下水位状态以及污染物迁移的特点建立地下水污染物迁移模型；s5：实地考察地下水环境选取地下水污染物迁移模型中的参数；s6：确立预测时间段并计算污染物浓度；
s7：通过计算结果制作污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表以及绘制污染羽迁徙图；s8：依据污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表以及污染羽迁徙图评价风险。
6.优选的：所述步骤s5中选取地下水污染物迁移模型中的参数分别为泄露污染物的质量以及水文地质。
7.优选的：所述步骤s6的预测时间段分别为100天、1000天、7300天。
8.作为本发明优选的：所述步骤s7中的污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表包括最远超标距离以及中心位置的最大浓度。
9.作为本发明一种优选的：所述步骤s8的评价风险具体包括以下步骤：s81：依据污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表中的污染因子的三个时间段中心浓度与标准浓度作比对，若污染因子三个时间段的中心浓度均低于标准浓度，则风险评价为无风险，若至少有一个时间段高于标准浓度，则转入s82；s82：将污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表中的最远超标距离和污水处理距离做比较，若三个最远超标距离均小于污水处理距离，则风险评价为无风险；若只有一个最远超标距离大于污水处理距离，则风险评价为低风险；若仅有两个最远超标距离大于污水处理距离，则风险评价为中风险；若三个最远超标距离均大于污水处理距离，则风险评价为高风险。
10.一种地下水污染物迁移模型，所述地下水污染物迁移模型包括一维模型以及二维模型。
11.优选的：所述一维模型的具体公式为：式中：x—计算点到排放点的距离，m；t—时间，d；c
（x，t）
—t时刻点x处的示踪剂浓度，g/l；m—含水层的厚度，m；m
m
—瞬时注入的示踪剂质量，kg；u—水流速度，m/d；n—孔隙度，无量纲；d—x方向上的弥散系数，m2/d；π—圆周率；e—自然常数。
12.进一步的：所述二维模型的具体公式为：式中：y—计算点到排放点的距离，m；c
（x，y，t）
—t时刻点x，y处的示踪剂浓度，g/l；d
x
—x方向上的弥散系数，m2/d；d
y
—y方向上的弥散系数，m2/d。
13.作为本发明进一步的方案：所述瞬时注入的示踪剂质量m
m
的取值公式为：式中：s—污水收集池的底面积，m2；p—池底面积破裂百分比，无量纲；k—渗透系数，m/d；h—水头差，m；ρ—密度，mg/l；所述池底面积破裂百分比为5%、10%中的一种；根据污水收集池地板所在的粉质黏土选取渗透系数k。
14.作为本发明再进一步的方案：所述水流速度u的取值公式为：式中：i—水力梯度，无量纲；n
e
—有效孔隙度；根据项目区地下水等水位线计算水力梯度 i；根据针对场区的试验推测有效孔隙度n
e
。
15.本发明的有益效果为：将地下水动力学模式中预测各污染物在含水层中的扩散作以下假定：污染物进入地下水中对渗流场没有明显的影响；预测区内的地下水是稳定流；污染物在地下水中的运移按“活塞推挤”方式进行；预测区内含水层的基本参数（如渗透系数、厚度、有效孔隙度等）不变有机污染物在地下水中的运移非常复杂，影响因素除对流、弥散作用以外，还存在物理、化学、微生物等作用，这些作用常常会使污染浓度衰减，同时本发明的评价方法透明直观，评价标准清晰。
附图说明
16.图1是本发明提出的一种地下水污染物迁移的风险评价方法的流程示意图；图2是本发明实施例1的污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表；图3是本发明实施例1不同时间段的cod
mn
污染羽迁徙图；图4是本发明实施例1不同时间段的游离酚污染羽迁徙图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
18.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
19.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是限定所指的装置、结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
20.实施例1：一种地下水污染物迁移的风险评价方法，如图1所示，包括如下步骤：s1：获取地下水位埋深的范围；s2：确定地下水所处环境的地质土层；s3：根据污染源周围环境对污染因子进行识别；s4：基于地下水的总体流向、地下水位状态以及污染物迁移的特点建立地下水污染物迁移模型；s5：实地考察地下水环境选取地下水污染物迁移模型中的参数；s6：确立预测时间段并计算污染物浓度；s7：通过计算结果制作污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表以及绘制污染羽迁徙图；
s8：依据污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表以及污染羽迁徙图评价风险。
21.本发明实施例中，以某一新材料公司的合成树脂生产线为例：场地地基范围内主要分布孔隙潜水，水位埋深在 0.6～3.1m 之间，其高程在 9.46m～12.48m 之间，地下水水位介于素填土和粉质粘土层交界面附近，本项目调节池废水主要污染因子为苯酚和 cod
cr
，厂区地下水流总体自西南向东北呈一维流动，地下水位动态稳定，因此污染物在浅层含水层中的迁移，可概化为一维稳定流动二维水动力弥散问题，污染源为瞬时注入—平面瞬时点源，为便于模型计算，将地下水动力学模式中预测各污染物在含水层中的扩散作以下假定：1
°
污染物进入地下水中对渗流场没有明显的影响；2
°
预测区内的地下水是稳定流；3
°
污染物在地下水中的运移按“活塞推挤”方式进行；4
°
预测区内含水层的基本参数（如渗透系数、厚度、有效孔隙度等）不变；有机污染物在地下水中的运移非常复杂，影响因素除对流、弥散作用以外，还存在物理、化学、微生物等作用，这些作用常常会使污染浓度衰减；从保守性角度考虑，假设污染质在运移中不与含水层介质发生反应，可以被认为是保守型污染质，只按保守型污染质来计算，即只考虑运移过程中的对流、弥散作用。
22.所述步骤s5中选取地下水污染物迁移模型中的参数分别为泄露污染物的质量以及水文地质；所述步骤s6的预测时间段分别为100天、1000天、7300天；所述步骤s7中的污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表包括最远超标距离以及中心位置的最大浓度；所述步骤s8的评价风险具体包括以下步骤：s81：依据污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表中的污染因子的三个时间段中心浓度与标准浓度作比对，若污染因子三个时间段的中心浓度均低于标准浓度，则风险评价为无风险，若至少有一个时间段高于标准浓度，则转入s82；s82：将污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表中的最远超标距离和污水处理距离做比较，若三个最远超标距离均小于污水处理距离，则风险评价为无风险；若只有一个最远超标距离大于污水处理距离，则风险评价为低风险；若仅有两个最远超标距离大于污水处理距离，则风险评价为中风险；若三个最远超标距离均大于污水处理距离，则风险评价为高风险。
23.通过地下水污染物迁移二维模型计算污染物浓度，并制作如图2的污染物泄露后地下水中污染因子影响范围表，在绘制如图3、图4的污染羽迁徙图，在泄漏 100d、1000d、7300d 时，cod
mn
污染羽中心点分别距离废水收集池 0.92m、9.2m、67.12m，中心点最大浓度分别为2810.05mg/l、281.00mg/l、38.49mg/l，挥发酚污染羽中心点分别距离废水收集池 0.92m、9.2m、67.12m，中心点最大浓度分别为 44.96mg/l、4.496mg/l、0.616mg/l，由于其不断迁移和扩散，污染羽中心点浓度也随着扩散不断降低，而且浓度下降速度比较快，渗漏液泄漏 100d、1000d 和 7300d 后，在其附近区域的地下水含水层中 cod
mn
、挥发酚均出现超标现象，其中 cod
mn
最远超标距离为 150m，游离酚最远超标距离为 195m。根据现场调查，污水站调节池下游 180m 范围仍在厂区内，下游 200m 在园区范围内，所以该项目环境风险评价为无风险，但是，废水一旦泄漏至地下水中，地下水自然恢复时间较长，因
此，发生污染物泄漏事故后，必须启动应急预案，分析污染事故的发展趋势，并提出下一步预测和防治措施，迅速控制或切断事故事件灾害链，使污染扩散得到有效抑制，最大限度地保护下游地下水水质安全，将环境影响降到最低程度。
24.实施例2：一种地下水污染物迁移模型，所述地下水污染物迁移模型包括一维模型以及二维模型。
25.优选的：所述一维模型的具体公式为：式中：x—计算点到排放点的距离，m；t—时间，d；c
（x，t）
—t时刻点x处的示踪剂浓度，g/l；m—含水层的厚度，m；m
m
—瞬时注入的示踪剂质量，kg；u—水流速度，m/d；n—孔隙度，无量纲；d—x方向上的弥散系数，m2/d；π—圆周率；e—自然常数。
26.所述二维模型的具体公式为：式中：y—计算点到排放点的距离，m；c
（x，y，t）
—t时刻点x，y处的示踪剂浓度，g/l；d
x
—x方向上的弥散系数，m2/d；d
y
—y方向上的弥散系数，m2/d。
27.所述瞬时注入的示踪剂质量m
m
的取值公式为：式中：s—污水收集池的底面积，m2；p—池底面积破裂百分比，无量纲；k—渗透系数，m/d；h—水头差，m；ρ—密度，mg/l；所述池底面积破裂百分比为5%、10%中的一种；根据污水收集池地板所在的粉质黏土选取渗透系数k。
28.所述水流速度u的取值公式为：式中：i—水力梯度，无量纲；n
e
—有效孔隙度；根据项目区地下水等水位线计算水力梯度 i；根据针对场区的试验推测有效孔隙度n
e
。
29.以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，但并非本发明唯一的具体实施方式，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。