论文部分内容阅读
氯代烃因其特殊的性质在工业上得到了广泛使用。由于处置不当,使用过程中的跑、冒、滴、漏等现象,导致氯代烃通过各种途径进入地下水系统。本项研究以济南市东部城区为研究对象,研究区面积约130km2。该地区分布着众多大型工业企业,生产过程中氯代烃作为原料和中间体大量使用。研究区内岩溶水含水层广泛分布,岩溶水为主要供水水源。水源地监测井水质检测结果显示,岩溶水中有多种氯代烃检出,岩溶水氯代烃污染严重,亟待进行地下水氯代烃污染,尤其是岩溶水含水层中氯代烃分布特征和迁移转化规律的研究。因此,进行地下水系统氯代烃迁移转化模拟研究,预测地下水氯代烃污染趋势,可为地下水氯代烃污染治理提供基本依据。本项研究综合采用水文地质、环境地质调查,水样和土样采集与分析,室内实验,数值模拟等手段,分析了地下水系统氯代烃污染途径、污染源及岩溶水典型氯代烃空间分布特征;进行等温吸附实验和水化学数据分析,对地下水系统氯代烃吸附和生物降解进行了研究。利用HYDRUS-1D建立包气带中氯代烃一维垂向运移模型,模拟其在包气带中的垂向运移;利用GMS建立研究区地下水流数值模型及氯代烃迁移转化模型,预测地下水系统氯代烃污染趋势;并分析模型中主要参数的敏感性,筛选出敏感度较大的参数,具体研究成果如下:(1)系统分析研究区地下水含水系统特征,含水层介质类型分别为第四系松散岩类含水介质和岩溶水含水介质。根据多年大气降水补给资料,地下水开采量资料等,查明了研究区地下水补给径流排泄特征,分析了地下水动态特征及影响因素。(2)研究区地下水氯代烃污染源可分为四类:化工类污染源、机电类污染源、化纤类污染源、农药类污染源;污染途径主要为直接入渗型和径流流入型。土样中氯代烃垂向分布特征与岩性有关,Hydrus-1D模拟结果表明,实测值和模拟值拟合较好,由于不同介质对氯代烃的吸附作用不同,表现出氯代烃污染物浓度由上向下呈波动状变化。(3)在研究区布设43口岩溶水采样点,测试氯代烃组分含量。结果表明,水样中检出了四氯化碳,三氯甲烷,四氯乙烯,三氯乙烯,1,2,3—三氯丙烷等13种氯代烃,其中污染范围最广,污染程度最大的为四氯化碳,三氯甲烷次之。岩溶水中四氯化碳检出率达到了74.4%,最高浓度值达25.6μg/l,主要分布在研究区东南部,污染浓度极值点分别位于某化工厂和某塑料试验厂,呈面状分布,污染面积达到了26.2km2。(4)进行不同固相介质等温吸附实验。实验结果表明,灰岩和粉质粘土对四氯化碳的吸附均符合Langmuir型等温吸附方程,粉质粘土的饱和吸附量为3.466mg/g,灰岩的饱和吸附量为2.0mg/g,粉质粘土的吸附能力大于灰岩;岩溶水四氯化碳生物降解的水化学响应分析表明,多种水化学组分空间分布特征证实四氯化碳存在着生物降解,利用一阶衰减模型计算衰减速率及生物降解速率,分别为0.00039d-1及0.000154d-1。(5)利用GMS中MODFLOW模块建立起研究区地下水流数值模型,研究区地下水系统为三维非均质各向异性非稳定流地下水系统。根据实际地下水流场和地下水水位动态数据对模型进行识别验证,得到识别后的水文地质参数。模拟结果表明,地下水流场拟合较好,能够反映实际地下水流场特征;长观孔水位拟合效果较好,水位拟合平均误差值在0.5m之内,能够反映水位动态变化特征;地下水均衡分析表明,模拟期内地下水处于正均衡,年均衡量195万m3/年。(6)选取四氯化碳为目标污染物,建立溶质运移模型,模拟岩溶水含水层中四氯化碳的迁移转化。模拟结果表明,4个监测点的模拟值与实测值相对误差控制在20%之内,模拟效果较好。预测岩溶水四氯化碳污染趋势,预测结果表明,由于受到吸附和生物降解作用的影响,四氯化碳在运移过程中,浓度呈逐渐衰减之势,符合一阶衰减模型,且位于上游污染羽浓度衰减程度最大。模型敏感性分析表明,敏感度较大的为生物降解系数,分配系数和渗透系数。