龙子祠泉域水质评价及污染物迁移规律研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youaidu2009
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地下水与人类的生活息息相关。地下水一旦遭到污染,会对自然环境带来较大危害。岩溶水资源是地下水资源的重要组成部分,在我国城市供水中占有重要地位。山西省是我国岩溶地下水分布面积最广的北方省份,然而,近些年来,山西省众多岩溶泉域内水环境状况发生了巨大改变,各种问题日益突出。龙子祠泉是山西省19处岩溶大泉之一,是临汾市的重要水源地。近几十年来,由于泉域内水体质量呈下降趋势,在一定程度上影响了泉域内的居民生活和当地的经济发展。因此,了解其泉域内水污染的总体状况、解析其污染来源、明确主要污染物的迁移规律,并基于此针对性地提出水污染治理的方案十分重要。本研究以山西省龙子祠泉域为研究对象,采用模糊综合指数法对研究区的水质进行评价,明确泉域整体的水质等级分布及污染情况;基于此结果,并通过与同区域历史数据对比分析,确定研究区主要的污染来源。而后,通过Visual Modflow软件平台构建研究区地下水水流和溶质运移模型,选取研究区两处典型煤矿为污染源,通过MT3DMS模块模拟由煤矿开采导致的主要污染物在周边地下水中的迁移扩散情况。并在此基础上,研究不同人为干预措施对地下水中污染物的迁移控制效果。通过上述工作,主要得出以下结论:(1)龙子祠泉域整体水质情况不容乐观。参照地下水质量标准,将近85%的地下水采样点水质等级为Ⅳ类和Ⅴ类,水质等级不超过Ⅲ类的采样点仅约15%,与之前泉域内水质相比,目前水质呈现出进一步恶化的趋势。在地下水质量标准的基础上,适度参照地表水标准,水质评价结果显示,Ⅳ类及Ⅴ类水样分别占到全部地下水采样点水样的7.7%和84.6%;水质不超过地下水Ⅲ类标准的采样点仅剩余泉域边界的1处,占采样点总数的7.7%。地表水采样点水质评价结果显示,所有采样点的水质等级均为Ⅴ类,整个地表水系的水质均受到了一定程度的污染。煤矿开采为泉域水质主要人为污染来源的可能性最大。(2)在未经人为干预的情况下,污染物在地下水中迁移扩散范围较大,经20年的运移,硫酸根扩散边缘距煤矿的距离可达110 m以上,氨氮扩散边缘距煤矿的距离可达240 m以上。其迁移扩散方向主要受地下水流向影响,从海拔较高的地区向东部及南部等低海拔地区扩散;且越靠近污染源,污染物浓度越大,对周边地下水造成一定程度的污染。(3)在距煤矿污染源30 m处的污染物主要扩散方向上设置防渗墙的情况下,污染物的迁移可得到一定程度上的遏制。污染物经20年的运移,硫酸根扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到100 m以内,氨氮扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到180 m以内。但该措施同时使得污染源附近硫酸根与氨氮的浓度与之前相比呈现出进一步升高的趋势,因此,其整体的污染控制效果不太理想。在距煤矿污染源30 m处的污染物主要扩散方向上设置水力强抽井的情况下,模型模拟结果表明,与设置防渗墙相比,相同时间内,两处煤矿附近的污染物在地下水中的迁移扩散范围大大缩短;硫酸根扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到30 m以内,氨氮扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到160 m以内。污染物浓度也显著降低,污染控制效果较为明显。在设置水力强抽井的基础上,在距污染源50米处的污染物主要扩散方向上,增设水力截留井,与水力强抽井共同作用,可进一步更为有效地遏制污染物的迁移扩散。硫酸根扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到20 m左右,氨氮扩散边缘距煤矿的距离可被遏制到90 m以内。在不考虑长时间大批量抽水而导致的泉域整体地下水系统受到影响的前提下,该方案即为模拟区内遏制污染物迁移扩散的最优方案。
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