摘 要: 以某化学肥料制造项目为例，在现场调查并结合地勘资料的基础上，建立评价区水文地质概念模型，利用 FeFlow 软件模拟污染物在地下水中的运移规律和浓度变化情况，分析污染物在地下水中的迁移特征，评价其对地下水环境的影响程度，为项目地下水污染防治措施提供技术支持。
关键词: 某化学肥料制造项目; 地下水; FeFlow; 运移规律; 环境影响评价
0 引言
以某化工企业化学肥料生产项目为例，采用 FeFlow 软件对污染物进入地下水后造成的影响进行预测，对污染物在地下水中的运移规律和迁移特征进行分析，对区域地下水影响程度的分析有着重要意义，同时也为项目地下水污染防渗措施提供相关依据。
1 研究项目区概况
1. 1 项目概况
研究项目在现有厂区内建设，产品为化学肥料，原辅材料涉及磷酸，暂存于装置区内磷酸储槽。拟建厂址位于划定的工业 园 区，下 游 约 3. 18km 有集中式饮用水供水井。
1. 2 项目区水文地质概况
1. 2. 1 项目区底层岩性
根据项目区地质勘探资料，项目区地层可大致分为第四系人工堆积层 ( Qml 4 ) 人工填土，第四系坡洪积层 ( Qdl + pl 4 ) 粘土，第三系湖相沉积层 ( N) 粉质粘土和粘土等。
1. 2. 2 项目区水文地质条件
根据区域水文地质资料，项目区及周边内的地下水类型可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。
项目区西侧岩溶水主要接受大气降水补给，总体上由西南向东北径流，在草铺镇与青龙哨之间形成Ⅱ28青龙哨富水块段，属于断块溶蚀潜流坡地型富水块 段，多为第四系冲积层所覆盖，富 水 性较强。
青龙哨富水块段地下水类型以岩溶水为主，裂隙水赋存量少，含水层岩性主要为寒武系渔户村组 ( C1 y 4 - 5 ) 、震旦系灯影组 ( Zb dn) 白云质硅质灰岩、硅质灰质白云岩，为岩溶化中山。排泄区为强岩溶发育区，补给、径流区为中等岩溶发育区; 碎屑岩分布区为侵蚀中山地貌。其补给径流区岩溶裂隙中等发育，且较均一，地表以溶沟、溶槽为主，地下以溶隙为主，地表径流差，补给条件中等。地下水赋存于呈网状交织的溶隙中，循环交替缓慢，泉水流量为 4 ～ 43L /s。
青龙哨富水块段内 ( Ⅱ28 ) 岩溶水主要接受西侧岩溶水的侧向补给和第四系松散层孔隙水的垂向补给，地下水总体上由东南向西北径流排泄，主要向青龙哨集中供水井和青龙哨龙潭径流排泄。
2 数值模型建立
2. 1 水文地质概念模型
研究区模拟计算范围主要为青龙哨水文地质单元内碳酸盐岩含水层出露及埋藏区。模拟计算区域西侧和西南侧以地下水分水岭为界，北侧以禄脿 -温泉 - 宗鲁箐断裂 ( F1 ) 为界，东侧以拟建项目厂界外约 2km 为界，南侧以厂界外约 1. 3km 为界。根据确定的模拟区范围，模拟区西侧和西南侧、北侧、东侧概化为隔水边界，南侧概化为定流量边界。模拟计算区域内 2 号水井、下游集中供水井、龙潭是模拟范围内主要的地下水排泄点，概化为井边界。模拟区水文地质概念模型图见图 1。
2. 2 数学模型和软件选择
2. 2. 1 地下水流数学模型
2. 2. 3 模拟软件选取
采用 FeFlow ( Finite Element Subsurface Flow System) 软件模拟污染物在潜水含水层的迁移情况，为污染源的防渗措施提供相关依据。FeFlow 软件是德国 WASY 水资源规划和系统研究所于 20 世纪 70 年代末开发的数值模拟软件，是迄今为止功能最为齐全的地下水模拟软件包之一，具有快速精确数值法、先进的图形可视化技术等特点。
2. 2. 4 模型参数取值
( 1) 渗透系数
引用项目周边区域钻孔的注水和抽水试验结果，灰岩层的渗透系数为 0. 15 ～ 2. 6m /d。
( 2) 降雨量
年平均降雨量数据来自项目区气象站多年的常规气象观测资料统计结果，为 898. 7mm。
( 3) 弥散度
成建梅收集了大量国内外在不同试验尺度下和实验条件下分别运用解析方法和数值方法所得的纵向弥散度资料[2]。Zech 等系统研究分析了最近 50 年全世界各地不同试验含水层和场地试验中弥散度和尺度、相关长度及非均质特征之间的关系并重新评估了弥散度与尺度关系，如图2 所示[3]。从图中可以看出弥散度在千米尺度范围渐近于 10m。因此，结合本次模拟范围，东西长约 7. 2km，南北长约 6. 6km，面积约 43. 86km2 ，对照图 3 所属的尺度范围，纵向弥散度取 10m，横向弥散度取 1m。
相关期刊推荐：《环境科学导刊》是云南省环保厅主管，云南省环境科学研究院主办。本刊突出介绍环境生态研究、湖泊、流域、区域开发与环境研究和工业污染治理技术的研究成果。结合西部开发、云南省生物资源丰富和高原湖泊众多的实际，以较大篇幅介绍生态研究，特别是生物多样性保护方面的研究成果，流域和区域开发中规划生态环境保护和可持续发展的研究成果，以及高原湖泊水生环境、开发保护和污染治理的研究成果。
3 初始边界条件及模型识别与检验
3. 1 区域离散
计算区域以项目所在地中心位置为坐标原点，正北方向为 y 轴正向，正东方向为 x 轴正向，垂直向上为 z 轴正向，垂向上考虑 5 大层，将模拟区域离散为个386574 节点，643630 个单元，区域剖分图见图3。
3. 2 边界条件
边界条件: 模拟区在自然条件下西侧和西南侧、北侧、东侧概化为隔水边界; 南侧概化为定水头边界; 公司 2 号水井、青龙哨集中供水井、青龙哨龙潭概化为井边界; 顶部接受降水量的补给。
3. 3 模型识别与检验
采用周边地下水 1、2、3 号监测井，1、2、3、4 号水井，集中供水井，龙潭的水位作为初始水位，获得初始的地下水等水头线分布图 ( 图 4) 。项目区地下水1 号监测井、2 号水井的水位作为模型识别和检验水位，水位观测值和计算值对比分析详见表1。
从图 4 和表 1 可看出岩溶水流场总体拟合情况较好，总体模拟流场特征和实际观测流场接近，所建模型能整体反应区域的水文地质特征，可用于溶质或污染物迁移的预测评价。
4 地下水污染物模拟预测
4. 1 模拟预测情景设置
研究项目装置区内设置有磷酸储槽，废水收集槽，根据对照分析，模拟预测情景设置为原料磷酸储槽防渗层发生破裂，持续向地下水中排放磷酸。磷酸中污染物氟化物的浓度相对较高，将氟化物作为预测因子，预测源强约为 34400mg /L。
4. 2 模拟条件概化
根据项目区污染源分布情况和污染物性质，考虑到磷酸储槽为地下槽，防渗层发生破裂后不易被发现，将污染源视为持续释放的点源，对污染物进行正向推算，分别预测计算 1a、5a、10a、20a 后污染物的最大迁移扩散距离和迁移扩散范围。
4. 3 预测结果及评价
将污染源强排放数据导入软 件，以 《GB /T 14848 - 2017 地下水质量标准》中氟化物 III 类标准 1. 0mg /L 为包络线，预测磷酸储槽泄漏导致磷酸持续进入含水层中，运移 1a、5a、10a、20a 后，磷酸中的氟化物在地下水中的最大运移距离和扩散面积见图 5 ～ 图 8，表 2。
根据图5 ～ 图8 及表2 预测结果分析，当磷酸发生渗漏进入地下水中持续渗漏入含水层，运移 1a、 5a、10a、20a 后，地下水环境受氟化物影响的最大距离分别约为 79. 2m、185. 1m、296. 6m、546. 9m，最 大 扩 散 范 围 分 别 约 为 784. 31m2 、3137. 25m2 、 13333. 33m2 、25098. 04m2 、62745. 10m2 。
项目距下游集中供水井约 3. 18km，根据预测结果，磷酸向地下水中持续渗漏 20a，氟化物最大影响距离为 546m，基本不会对下游集中供水井造成不利影响。
5 结论
本文以某化工企业化学肥料制造项目为例，采用 FeFlow 软件进行数值模拟的方法，预测项目磷酸储槽防渗层发生破裂，磷酸持续向地下水中渗漏的情景下，磷酸中氟化物在地下水中的运移规律和浓度分布情况。根据预测结果，以 《GB /T 14848 - 2017 地下水质量标准》 中 氟 化 物 III 类 标 准 1. 0mg /L 为包络线，当磷酸储槽发生泄漏磷酸持续向地下水中渗漏 20a 后，氟化物最大超标距离为 546. 9m，基本不会对项目区下游 3. 18km 处的集中供水井产生不利影响。
综上，采用 FeFlow 软件进行地下水数值模拟计算，可以客观的分析污染物在地下水中的运移规律及影响程度，也可以为项目地下水环境影响评价提供技术支持。——论文作者：李 芳，顾正聪，姜言欣
