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垃圾焚烧发电项目地下水环境影响数值模拟分析

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-13    浏览:1569

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改革开放三十多年来,我国各方面发展迅猛,相伴而来的则是包括地下水环境质量不断恶化在内的环境污染问题。地下水污染程度已十分严重,但比起地表水污染及大气污染等易被关注的环境污染问题,在国内人们重视的程度还远远不够。但是地下水资源在人类的社会生产与生活中的作用无可替代,因此世界各国学者针对保护地下水资源,控制地下水污染及对修复污染地下水开展了大量的研究,并将研究成果应用于实际工程中来改善地下水环境污染现状。基于上述现状,在大量收集整理项目区域相关气象、水文及水文地质条件等资料的基础上,应用数值模拟法对该项目区渗滤液收集池和渗滤液处理站突发事故下地下水中CODcr的运移进行预测模拟。

1 研究区概况

1.1 项目概况。本次论文的研究依托于巴中市某生活垃圾焚烧发电项目,该项目厂址位于巴中市巴州区,项目用地约130亩。本项目整个工艺流程包括了垃圾接收、焚烧及余热利用、烟气净化处理、灰渣收集处理等系统。通过对项目工艺流程的分析,该项目可能对周围地下水环境造成影响的污染物为垃圾贮坑产生的渗滤液。

1.2 气象与水文。1)气象条件。项目拟建场地位于四川盆地北部,属于亚热带季风气候区,气候温润,雨量充沛。根据巴中市气象资料显示,巴中区多年平均气温14-16°C,最高月平均气温30°C,最低日平均气温4.3°C,极端最高气温40.3°C,极端最低气温-4.3°C,历年平均降雨量1142mm,80%以上的降雨集中在5-10月份。2)水文特征。项目拟建场地位于巴州区,地表水主要为地面汇集的雨水,集水面积约 1km2,场地相对位置较高,场地内勘查区内共有堰塘7处,深度0.8-2.1m不等,水域面积约6000m2,水量约7500m2;拟建场地共发育冲沟两条,均为W-E流向,长度约370m,宽度1.2〜13.4m。

1.3 地质与水文地质条件。1)地形地貌。项目拟建场地属低山区剥蚀地貌,其西高东低,最大高差约44m,场地周边均为农田,原始地貌单元为缓〜中坡坡地。2)地层岩性。经实地勘探,在勘探深度范围内场地地层结构比较简单,岩性单一固定,连续性较好,上覆地层主要为第四系粉质粘土,下伏基岩由白垩系白龙组砂岩组成。3)水文地质条件。场地地下水主要表现为孔隙潜水与基岩裂隙潜水,主要接受上层滞水及大气降水垂直入渗补给,最终排泄至场北部地势低洼处。

2 地下水数值模拟

对研究区域进行实地勘察,概化相关水力特征及边界条件,建立水文地质概念模型。然后输入获取的相关水文地质参数,建立地下水水流模型,并利用数值模拟分析,借用Visud MODFLO/V计算求解模型。

2.1 水文地质概念模型。水文地质概念模型是在概化所掌握的地质、水文地质资料的基础上建立起来的(即对现场和实验所收集数据的综合),可形象的描述研究区域含水系统结构和特征在对研究区域内水文地质条件进行综合分析后,合理概化模拟的边界条件,选取适当参数,并实地调查地下水源汇项,进而建立水文地质概念模型。1)含水层结构概化:该模型主要含水层为中、强风化砂岩地层。通过对相关水文地质资料的分析,最终将中、强风化砂岩地层概化为各项同性、均质含水层,地下水流概化为为稳定流。2)边界条件选取:将研究区内 北侧沟谷定义为河流边界条件。含水层下部5m之后为泥岩,其裂隙不发育,透水性差,将其作为隔水底板。3)源汇项设定:研究区的含水层主要由大气降水补给,经裂隙向四周扩散,沿砂岩与泥岩交界面最终排泄至北侧沟谷。4)初始条件确定:输入收集的研究区勘探孔的长期观测水位及当地水文地质资料,借助软件绘制出初始水位线,确定 初始渗流场。

2.2模型的建立。研究区域地层结构比较简单,岩性单一固定,连续性较好,上覆地层主要为第四系粉质粘土,下伏基岩由白垩系白龙组砂岩组成。对研究域内地质结构进行分析后,概化适当条件,可将模型分为两层结构,第一层为第四系粉质粘土;第二层为中、强风化砂岩含水层组。1)空间离散。所建模型空间范围:X方向为550m,Y方向370m,地表高程范围为498-530m,模型高程范围为460-530m。将模型平面剖为5mx5m的单元格,共剖分成了110x74个,共计8140个单元格。垂向上将三维模型划分为2层,则共剖分了16280个单元格。2)模拟期确定。为充分描述地下水中CODcr的运移规律,将模拟期选定为10年。3)水文地质参数的选取。建立数学模型所需水文地质参数主要包括含水层的渗透系数、给水度、弥散系数等。对于地层岩性较单一的区域,可考虑将整层视作各项同性,均质的含水层,其渗透系数赋统一的数值。在此次数值模拟中,水文地质参数初值的选取主要参考项目地质勘查报告所做的水文地质实验興水文地质手册》中的经验系数。第一层渗透系数:Kxx( m/d)= 0.006,Ky« m/d)=0.006,Kzz (m/d)=0.0006;第二层渗透系数:Kx>C m/d)= 0.02,Kyy m/d)=Q02,Kzz (m/d) =0.002;给水度:法=0.2。4)模拟因子及补给浓度选择。水质模型必须选取具体的模拟因子来进行计算模拟,本次模拟的目的是为研究垃圾渗滤液中污染物质在地下水环境中的运移规律,因此本文将其中主要污染物CODcr确定为此次主要模拟因子。初始时刻含水层中CODcr的背景浓度设为Omg/L,模型中CODa的补给浓度设定为10000m/L,CODcr的最小模拟浓度设定为10m^L 23模拟结果。模型第二层的砂岩地层为主要的含水层。此次模拟项 目遇突发泄露事故,防渗层破裂,垃圾渗滤液以每天50m3的速度下渗到地下水含水层中,持续30天,CODcr污染羽模拟结果如下图所示。

如图所示:十年模拟期后,整个CODcr污染羽已经扩散至模型北侧沟谷附近,其平均浓度已达到80m/L。污染羽最高浓度区域分布在其西南部,其值大约为150mg/L。从整个运移范围来看,CODcr污染羽的运移方向基本与地下会流动方向一致,符合实际情况。


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