地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)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(cè)評(píng)估工作應(yīng)建立在34地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)估工作基于地下水環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)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(shì)預(yù)測(cè)5地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)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(cè)旨在預(yù)測(cè)評(píng)估區(qū)地下水污染分布特征（1）在開(kāi)展地下水環(huán)境狀況調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，需要對(duì)調(diào)（2）在開(kāi)展地下水修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)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(píng)估區(qū)范圍評(píng)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(kāi)展地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)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(duì)含水層非均質(zhì)性作出分3.3.3邊界條件與源匯項(xiàng)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(guò)程地下水污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程包括物理過(guò)程和生物地球化（4）提出遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)、假設(shè)和簡(jiǎn)化的依據(jù)、（5）將觀測(cè)數(shù)據(jù)與不同估算方法的計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)，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(zhǎng)時(shí)間序列水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷在模擬時(shí)間尺度上流場(chǎng)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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)或溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中多對(duì)于非穩(wěn)定水流模型，初始條件就是在某一個(gè)選定的初始時(shí)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(bǔ)給濃度污染源：對(duì)應(yīng)連續(xù)源載入，濃度隨時(shí)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(duì)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(xiàng)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(yàn)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(gè)完整水文年多期水位數(shù)據(jù)的有效校準(zhǔn)方法（1）試錯(cuò)法校準(zhǔn)動(dòng)”校準(zhǔn)之前使用試錯(cuò)法檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目傮w反應(yīng)和要求觀測(cè)井地下水水位的實(shí)際觀測(cè)值與模擬計(jì)算值的擬合誤差第五章地下水污染趨勢(shì)預(yù)測(cè)校準(zhǔn)和驗(yàn)證完善的模型可用于預(yù)測(cè)地下水污染在時(shí)間和空（2）模擬因子選擇保守性因子，即污染物遷移過(guò)程以物理（4）污染源強(qiáng)的設(shè)置同樣遵守保守性原則，忽略不能明確（5）模擬時(shí)段以污染遷移到環(huán)境敏感目標(biāo)所需時(shí)間作為參（4）污染源強(qiáng)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(shí)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(duì)當(dāng)前常用的地下水修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)手段，可水流模型的相關(guān)設(shè)置運(yùn)移模型的相關(guān)設(shè)置無(wú)度第六章地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)估技術(shù)成果地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)估成果報(bào)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(píng)估區(qū)地下水環(huán)境基本狀地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)估技術(shù)報(bào)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(xiàng)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(cè)評(píng)估數(shù)據(jù)及資料需求表評(píng)估區(qū)基礎(chǔ)背景資料評(píng)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(chǔ)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(kuò)大、下潛（由于密度效應(yīng)、補(bǔ)給影響污染遷移的過(guò)程認(rèn)定（如對(duì)流、彌散、吸附、降生物化學(xué)環(huán)境對(duì)污染過(guò)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?、含水層厚水試?yàn)及分析、地球物理勘探、水力學(xué)等方面的研究報(bào)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(jì)數(shù)據(jù)和可估計(jì)到的未進(jìn)位線圖及地下水位過(guò)程線用水監(jiān)測(cè)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(shí)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(duì)污染現(xiàn)狀的可在短時(shí)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(chǎng)利用溶質(zhì)遷移軟件模擬示蹤粒子在指定的位置和時(shí)間間分布相比較，以判斷和驗(yàn)證地下水中污染物來(lái)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(lái)源，并分析污染物隨時(shí)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(guò)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(cè)定n種物質(zhì)可建立n個(gè)方程，只要測(cè)定從一個(gè)受體樣品的分析項(xiàng)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(lái)能夠檢測(cè)出是否遺漏了某重要源，可以檢驗(yàn)其他方法的要求對(duì)污染源和受體地下水長(zhǎng)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(dú)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(shí)間排放物質(zhì)多元統(tǒng)計(jì)方法是利用觀測(cè)信息中物質(zhì)間的相互關(guān)系來(lái)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(gè)綜P個(gè)指標(biāo)（P＜M）來(lái)描述原來(lái)的樣品集合。應(yīng)用簡(jiǎn)單且不需要事先對(duì)評(píng)估區(qū)域污染源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只需對(duì)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(jì)軟件便可計(jì)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(lái)源，能利用除濃度以外本方法不是對(duì)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(guò)程概算方法A.5.1對(duì)流K—滲透系數(shù)，m/d；Dh=D*+avD*—有效擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；2/s；的參數(shù)設(shè)置。不同類型吸附過(guò)程的分配系數(shù)估算方式參見(jiàn)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(wú)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(wú)量綱。A.5.7變密度流混溶的有機(jī)污染物時(shí)，污染過(guò)程較常規(guī)污染過(guò)程復(fù)雜并多元，需開(kāi)展針對(duì)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(chǎng)運(yùn)移；蒸氣相的NAC=SXdX—有機(jī)污染物在自由體中的質(zhì)量分配比例，無(wú)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(duì)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(yùn)移模型（B.6）（B.7）水是溶質(zhì)運(yùn)移的載體，地下水溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)值模擬應(yīng)在地下水流場(chǎng)模擬基礎(chǔ)此，地下水溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)值模型包括水流模型（見(jiàn)附錄B1.1）和溶質(zhì)運(yùn)移模型（B.8）js?Wc（B.8） pb—介質(zhì)密度，mg/(dm)3； ;Dij—水動(dòng)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(duì)流－彌散總的通量函數(shù)。B.2解析法B.2.1一維無(wú)限區(qū)域瞬時(shí)注入點(diǎn)源和連續(xù)注入點(diǎn)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(kuò)散系數(shù)[L2/T]；Xc—點(diǎn)源的x坐標(biāo)；B.2.2第一類邊界條件的半無(wú)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(wú)限系統(tǒng)a.流體的密度和黏度為常數(shù)；c.流動(dòng)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(duì)于不發(fā)生一級(jí)化學(xué)反應(yīng)(λ=0）的溶質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題，其解析解為：B.2.4二維無(wú)限平面瞬時(shí)注入點(diǎn)源和連續(xù)注入點(diǎn)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(wú)限寬度含水層假設(shè)含水層為半無(wú)限長(zhǎng)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(shí)注入點(diǎn)源或連續(xù)注入點(diǎn)源的無(wú)限長(zhǎng)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(yàn)對(duì)選定含水層(組)抽取地下化關(guān)系，測(cè)定含水層(組)富Aqtesolv），(GB50027-驗(yàn)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(yàn)THCVFITTHEISFIT值彌散度驗(yàn)研究污染物在地下水中運(yùn)移時(shí)其濃度的變化規(guī)律，并通過(guò)試驗(yàn)獲得進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量定量評(píng)估的彌范（DZ55-值孔隙度法孔隙度的測(cè)定是在實(shí)驗(yàn)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(chǎng)驗(yàn)參見(jiàn)《城市環(huán)境水文地質(zhì)工地質(zhì)手冊(cè)（第參數(shù)地下水流向場(chǎng)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(yàn)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(cè)(第二版）》———注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(cè)(第二版）》---注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(cè)(第二版）》潛水埋深/m —注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(cè)(第二版）》潛水埋深/m注：資料源自《水文地質(zhì)手冊(cè)(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(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)?oc有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)?oc（g/g）表C.13估算有機(jī)碳分離常數(shù)(Koc)的經(jīng)驗(yàn)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(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（g），當(dāng)含水層中的有機(jī)物吸附過(guò)程可假設(shè)為服從線性分離系數(shù)Koc（2）由實(shí)驗(yàn)測(cè)得或取經(jīng)驗(yàn)值得到含水介質(zhì)有機(jī)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(píng)估成果表達(dá)示例表D.1地下水污染模擬預(yù)測(cè)評(píng)估圖件要求文地質(zhì)邊界、單點(diǎn)污染綜合評(píng)價(jià)級(jí)別、區(qū)域綜合污評(píng)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(píng)估區(qū)范圍、主要居民點(diǎn)及標(biāo)志性的地形、對(duì)于承壓含水層，頂?shù)装宓戎稻€圖或含水層等厚度圖；對(duì)于潛水含