地下水污染模擬預(yù)測評估工作指南

1 1 1 1 1 2 3 4 4 5 6 6 6 6 8 13 13 15 15 24 24 27 27 28 28 29 30 31 41 49 5912（1）科學(xué)性原則：地下水污染模擬預(yù)測評估工作應(yīng)建立在34地下水污染模擬預(yù)測評估工作基于地下水環(huán)境調(diào)查與評價2.1.1地下水污染概念模型構(gòu)建2.1.2地下水污染現(xiàn)狀模擬2.1.3地下水污染趨勢預(yù)測5地下水污染模擬預(yù)測評估工作主要包括地下水污染概念模6地下水污染模擬預(yù)測旨在預(yù)測評估區(qū)地下水污染分布特征（1）在開展地下水環(huán)境狀況調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，需要對調(diào)（2）在開展地下水修復(fù)與風(fēng)險管控工程的技術(shù)可行性分析地下水污染概念模型構(gòu)建所需資料除了地下水環(huán)境狀況初73.3.1評估區(qū)范圍評估區(qū)范圍劃定應(yīng)能準(zhǔn)確反映地下水水流系統(tǒng)的邊界和源需滿足后期開展地下水污染模擬預(yù)測評估工作所涉及的空間和3.3.2地層結(jié)構(gòu)及屬性空間變異規(guī)律，含水層和隔水層的接觸關(guān)系，確認(rèn)是否存在“天窗”、斷層等連通情形。概念模型需要對含水層非均質(zhì)性作出分3.3.3邊界條件與源匯項83.3.4地下水水流特征3.3.5水文地質(zhì)參數(shù)概化水文地質(zhì)參數(shù)的概化包括參數(shù)的初始取值范圍和初步分區(qū)93.4.1地下水污染源3.4.2地下水污染途徑3.4.3地下水污染受體3.4.4地下水污染物遷移轉(zhuǎn)化過程地下水污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程包括物理過程和生物地球化（4）提出遷移轉(zhuǎn)化過程的數(shù)學(xué)表達(dá)、假設(shè)和簡化的依據(jù)、（5）將觀測數(shù)據(jù)與不同估算方法的計算值進(jìn)行比對，根據(jù)第四章地下水污染現(xiàn)狀模擬4.1.1地下水?dāng)?shù)學(xué)模型的類型根據(jù)長時間序列水位監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷在模擬時間尺度上流場此在模型選擇及模型規(guī)劃階段需充分考慮污染物在系統(tǒng)中的遷根據(jù)需要選擇簡單剖分的數(shù)值模型到分布式數(shù)值模型進(jìn)行模擬模型維度的選擇應(yīng)當(dāng)以概念模型階段對污染羽分布的推算確保污染源-污染途徑-污染受體均包含在內(nèi)。為了定流模型的外部應(yīng)力設(shè)置需綜合反映流場或溶質(zhì)運移過程中多對于非穩(wěn)定水流模型，初始條件就是在某一個選定的初始時刻徑流量的二類邊界或給定地下水側(cè)向流量與水位關(guān)系的三類邊（2）補給濃度污染源：對應(yīng)連續(xù)源載入，濃度隨時間變化（3）初始濃度：濃度逐漸衰減的情況，用于受污染地下水（4）定質(zhì)量污染源：對應(yīng)脈沖載入式的短期污染源，可用（1）模型空間信息參數(shù)：如模型邊界的位置、地質(zhì)單元的（3）與源匯項有關(guān)的各種參數(shù)：如污染物進(jìn)入量和排出量4.3.8模型校準(zhǔn)與驗證的選用需遵循數(shù)據(jù)代表地下水水文特征和地下水環(huán)境污染特征平水期一期水位數(shù)據(jù)或者一個完整水文年多期水位數(shù)據(jù)的有效校準(zhǔn)方法（1）試錯法校準(zhǔn)動”校準(zhǔn)之前使用試錯法檢驗?zāi)Ｐ偷目傮w反應(yīng)和要求觀測井地下水水位的實際觀測值與模擬計算值的擬合誤差第五章地下水污染趨勢預(yù)測校準(zhǔn)和驗證完善的模型可用于預(yù)測地下水污染在時間和空（2）模擬因子選擇保守性因子，即污染物遷移過程以物理（4）污染源強的設(shè)置同樣遵守保守性原則，忽略不能明確（5）模擬時段以污染遷移到環(huán)境敏感目標(biāo)所需時間作為參（4）污染源強設(shè)置基于污染調(diào)查所確定的盡量準(zhǔn)確的污染（5）污染時段以所制定的修復(fù)或污染防控目標(biāo)為參考進(jìn)行（6）針對當(dāng)前常用的地下水修復(fù)和風(fēng)險管控技術(shù)手段，可水流模型的相關(guān)設(shè)置運移模型的相關(guān)設(shè)置無度第六章地下水污染模擬預(yù)測評估技術(shù)成果地下水污染模擬預(yù)測評估成果報告應(yīng)當(dāng)完整地體現(xiàn)地下水地下水污染特征概化部分應(yīng)描述評估區(qū)地下水環(huán)境基本狀地下水污染模擬預(yù)測評估技術(shù)報告的圖件應(yīng)能反映地下水應(yīng)提供模擬最終結(jié)果所依托的原始模型項目文件和模型使(資料性附錄)表A.1地下水污染模擬預(yù)測評估數(shù)據(jù)及資料需求表評估區(qū)基礎(chǔ)背景資料評估區(qū)及周邊土地利用歷史及潛在產(chǎn)生污染藝流程圖、地下管線圖、化學(xué)品儲存和使用清單水流特征概化所需資料水文地質(zhì)參數(shù)（孔隙度、滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、給水度地下水與地表水體（河流、湖泊、水渠等）間污染特征概化所需資料制污染羽穩(wěn)定、縮小、擴大、下潛（由于密度效應(yīng)、補給影響污染遷移的過程認(rèn)定（如對流、彌散、吸附、降生物化學(xué)環(huán)境對污染過程的影響（如pH影響;;包括含水層的水平延伸、邊界類型、頂?shù)装迓裆睢⒑畬雍袼囼灱胺治?、地球物理勘探、水力學(xué)等方面的研究報告發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、學(xué)生的畢同含水層之間的水力聯(lián)系用發(fā)利用量，包括政府部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和可估計到的未進(jìn)位線圖及地下水位過程線用水監(jiān)測管理部門水質(zhì)分析據(jù)（1）分析主要污染物濃度現(xiàn)狀分布圖，確定地（2）根據(jù)識別的污染高濃度區(qū)，在其附近核查適用范圍廣，可準(zhǔn)確分析各地下水污染源對污染現(xiàn)狀的可在短時間內(nèi)得出較為精確在水文地質(zhì)條件較復(fù)雜或地下水流場利用溶質(zhì)遷移軟件模擬示蹤粒子在指定的位置和時間間分布相比較，以判斷和驗證地下水中污染物來源位在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的條件下亦能刻畫污染物的空間分下水中污染物的來源，并分析污染物隨時間的遷移變穩(wěn)定同位素在特定污染源中組成特定，在遷移與反應(yīng)過程中組成穩(wěn)定，分析結(jié)果精法物質(zhì)i的源有p種，若已知某排放源j所排放污染物中η=gjgj。測定n種物質(zhì)可建立n個方程，只要測定從一個受體樣品的分析項目出發(fā)就可以得到結(jié)果，可以避免大量的樣品采集所帶來能夠檢測出是否遺漏了某重要源，可以檢驗其他方法的要求對污染源和受體地下水長期采樣從排放源到受體之間排放的物質(zhì)組成要求排放源物質(zhì)成分線性獨立很難滿未區(qū)分同一類排放源排放的成分差別和同一排放源在不同的時間排放物質(zhì)多元統(tǒng)計方法是利用觀測信息中物質(zhì)間的相互關(guān)系來析能將具有復(fù)雜關(guān)系的變量歸結(jié)為數(shù)量較少的幾個綜P個指標(biāo)（P＜M）來描述原來的樣品集合。應(yīng)用簡單且不需要事先對評估區(qū)域污染源進(jìn)行監(jiān)測，只需對排放源組成有大致的了解，并不需要準(zhǔn)確的源成分利用一般的統(tǒng)計軟件便可計不用事先假設(shè)排放源的數(shù)目和類型，排放源的判定比較能夠解決次生或易變化物質(zhì)的來源，能利用除濃度以外本方法不是對具體數(shù)值進(jìn)行分析而是Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型等等等Ⅳ型表A.5地下水污染物遷移轉(zhuǎn)化過程概算方法A.5.1對流K—滲透系數(shù)，m/d；Dh=D*+avD*—有效擴散系數(shù)，m2/s；2/s；的參數(shù)設(shè)置。不同類型吸附過程的分配系數(shù)估算方式參見附K=CsdCK=CsdC1/NCK=sC—液相中污染物濃度，mg/L；b—污染物最大吸附量，mg/kg；V=u/RfRf=1+pKd/nRf—遲滯因子，無量綱；Kd—分布系數(shù)，1/kg；p—容重，kg/L；A.5.4物理衰變或生物降解0C=Ce?λt0λ—衰減速率，1/d。A.5.5化學(xué)反應(yīng)A.5.6揮發(fā)=HC(A.10)H—亨利定律常數(shù)，無量綱。A.5.7變密度流混溶的有機污染物時，污染過程較常規(guī)污染過程復(fù)雜并多元，需開展針對性分析。根據(jù)（DNAPL），如雜酚油、柏油、氯化烴等。解相的NAPLs隨地下水流場運移；蒸氣相的NAC=SXdX—有機污染物在自由體中的質(zhì)量分配比例，無量綱。(資料性附錄)B.1數(shù)學(xué)模型B.1.1地下水水流模型對于非均質(zhì)、各向異性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系μs=|2h2hμs=Kx2+μsδHδ(δH)δ(δH) =|KH—水位，m。h(x,y,z,t)=h0(x,y,z)(x,y,z)—已知水位分布；(x,y,z)=Ω,t=0（B.4）1h(x,y,z,t)Γ=h(x,y,z,t)1(x,y,z)=Γ1,t>0h(x,y,z,t)—一類邊界上的已知水位Kδh(x,yKδh(x,y,z)eΓ2,t>0=q(x,y,z,t)2Γ2—二類邊界；n—邊界Γ2的外法線方向；3(K(h?z)δh+Ch)=q(x,y,z)3ΓΓ3—三類邊界；n—邊界Γ3的外法線方向；B.1.2地下水溶質(zhì)運移模型（B.6）（B.7）水是溶質(zhì)運移的載體，地下水溶質(zhì)運移數(shù)值模擬應(yīng)在地下水流場模擬基礎(chǔ)此，地下水溶質(zhì)運移數(shù)值模型包括水流模型（見附錄B1.1）和溶質(zhì)運移模型（B.8）js?Wc（B.8） pb—介質(zhì)密度，mg/(dm)3； ;Dij—水動力彌散系數(shù)張量，m2/d；λc(x,y,z,t)=c0(x,y,z)(x,y,z)—已知濃度分布；c(x,y,z,t)Γ1=c(x,y,z,t)2)第二類邊界—給定彌散通量邊界2θDijδc=fi(x,y,z,t)δxjΓ2Γ2—通量邊界；fi(x,y,z,t)—邊界Γ2上已知的彌散通量函數(shù)。（B.12）δxjΓ3θDijδC?qic=gi(x,y,z,t)(x,y,z)eΓ3,（B.12）δxjΓ3Γ3—混合邊界；gi(x,y,z,t)—Γ3上已知的對流－彌散總的通量函數(shù)。B.2解析法B.2.1一維無限區(qū)域瞬時注入點源和連續(xù)注入點源=Dx?V?λC+C0δ(x?Xc)δ(t?t′),3.邊界條件:4.初始條件:Dx—溶質(zhì)擴散系數(shù)[L2/T]；Xc—點源的x坐標(biāo)；B.2.2第一類邊界條件的半無限系統(tǒng)2.控制方程:3.邊界條件:4.初始條件:B.2.3第三類邊界條件的半無限系統(tǒng)a.流體的密度和黏度為常數(shù)；c.流動只發(fā)生在x方向，且速度為常數(shù)；2.控制方程:3.邊界條件:4.初始條件:對于不發(fā)生一級化學(xué)反應(yīng)(λ=0）的溶質(zhì)運移問題，其解析解為：B.2.4二維無限平面瞬時注入點源和連續(xù)注入點源=Dx+Dy?v?λC+tC0δ(x?Xc)δ(y?Yc)δ(t?t′),3.邊界條件:4.初始條件:C(x,y,t)=4nDYexp[?(x?)2?(2?λt]C(x,y,t)=4nπxDYexp[v(c)]?exp[?(+令t趨于+∞,得到穩(wěn)態(tài)解：C(x,t)=2nπxDYexp[v(c)]?K0{√(+λ)[(xc)2+(y)2]}B.2.5含有有限寬度溶質(zhì)源的無限寬度含水層假設(shè)含水層為半無限長度并且在入流邊界處（x=0）含有溶質(zhì)源。含水層的2.控制方程:3.邊界條件:4.初始條件:C(x,y,t)=4xexp()?τ?exp[?(+λ)τ?4τ]{erfc[]?erfc[()]}dτY1—溶質(zhì)源寬度的下限值（x=0處溶質(zhì)源y坐標(biāo)的較YB.2.6含有瞬時注入點源或連續(xù)注入點源的無限長度含水層=Dx+Dy+Dz?V?λC+Qt3.邊界條件:4.初始條件:C(x,y,z,t)=c00)]{expβ=[V2+4Dxλ]1/2.(資料性附錄)參數(shù)滲透系數(shù)型驗對選定含水層(組)抽取地下化關(guān)系，測定含水層(組)富Aqtesolv），(GB50027-驗值潛水給水度型法料法法Aqtesolv值承壓Aqtesolv參數(shù)水單位釋水系數(shù)驗THCVFITTHEISFIT值彌散度驗研究污染物在地下水中運移時其濃度的變化規(guī)律，并通過試驗獲得進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量定量評估的彌范（DZ55-值孔隙度法孔隙度的測定是在實驗室中進(jìn)行的，用的是小塊的巖芯或巖屑。法值地下水流速場驗參見《城市環(huán)境水文地質(zhì)工地質(zhì)手冊（第參數(shù)地下水流向場法法降水入滲系數(shù)算法值分配系數(shù)降解系數(shù)K/（m·d-/%/mm/%土>50>50砂>70500~>50表C.4承壓含水層釋水（貯水）系數(shù)釋水系數(shù)（1/m）釋水系數(shù)（1/m）<3.3×10-6表C.5各種巖石的滲透系數(shù)、孔隙度、給水度及干容重經(jīng)驗值礫2.4×102所27.2×10-24.8×10-22.3×10-52.5×10-6d50=0.02mm2×10-4d50=0.2mm0.438~0.074~d50=5mm2.4×10-32.5×10-16.72×10-2注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(第二版）》———注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(第二版）》---注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(第二版）》潛水埋深/m —注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(第二版）》潛水埋深/m注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(第二版）》巖巖注：資料源自《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)（第六版）》（2表C.12沉積物中有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)?oc有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)?oc（g/g）表C.13估算有機碳分離常數(shù)(Koc)的經(jīng)驗關(guān)系式代表的化學(xué)物類型Karickhoff等（1979）Kenaga和Goring（1980）Roa和Davidson（198log(Koc)=0.937logKow-0.006log(Koc)=0.524logKow-0.618代表的化學(xué)物類型log(Koc)=4.277-0.557loKarickhoff等（1979）Kenaga.和Goring（1980）Kd=Koc?oc），S1：水中溶性度(μmol/L）S2：水中溶性度(μmol/mol）?oc：含水介質(zhì)中的有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（g），當(dāng)含水層中的有機物吸附過程可假設(shè)為服從線性分離系數(shù)Koc（2）由實驗測得或取經(jīng)驗值得到含水介質(zhì)有機碳質(zhì)量分（3）由上式Kd=Koc?oc求得Kdt1/2年t1/2年230Th232Th36Cl231Pa63Ni241Am90Sr243Am7×10393Zr79Se94Nb2×10493Mo7×1062×1052×107106Ru1210Pb235U7×108226Ra238U4.5×109227Ac237Np2×106(規(guī)范性附錄)評估成果表達(dá)示例表D.1地下水污染模擬預(yù)測評估圖件要求文地質(zhì)邊界、單點污染綜合評價級別、區(qū)域綜合污評估區(qū)目標(biāo)含水層主要污染物濃度文地質(zhì)邊界、各目標(biāo)層位地下水中主要污染物濃度評估區(qū)范圍、主要居民點及標(biāo)志性的地形、對于承壓含水層，頂?shù)装宓戎稻€圖或含水層等厚度圖；對于潛水含