基于Visual MODFLOW软件对某电子废弃物拆解场地地下水污染状况的模拟

摘要：以某电子废弃物拆解场地作为研究区，运用Visual MODFLOW软件建立地下水水流模型及溶质运移模型，对电子废弃物拆解场地内主要超标因子铜进行了模拟预测，计算其超标范围和最大运移距离。由模拟预测结果可知：污染物铜沿地下水流向由上游向下游运移，在重力作用下逐步渗入深层，造成局部地下水环境污染，对周围地下水水质造成一定的影响。

关键词：电子废弃物;Visual MODFLOW;溶质运移;地下水污染模拟

1.前言

根据相关资料，目前我国电子废弃物年产生量约111万吨，占生活垃圾总量的1%。长期以来，电子废弃物主要通过原始简单的方式进行拆解，如手工拆解产品外壳、露天焚烧电线电缆及强酸浸泡线路板等。其产生的废气、废渣及废水随意排放和倾倒，直接或间接地影响着周围土壤和地下水环境。 根据对某简易露天电子废弃物拆解场地地下水现状监测，监测出重金属铜浓度为33.8mg/L，超过了《地下水环境质量标准》（ GB/T14848-2017）Ⅲ类标准限值的33.8倍，说明场地内地下水中重金属铜已超标，并对地下水造成了污染。

2.研究区概况

（1）地形地貌。研究区地貌单元为冲积平原地貌，地势平坦，地形起伏小，海拔在2m-15m间，多农田、鱼塘、城镇居民点。（2）气候条件。研究区气候属于南亚热带季风气候，年均气温21.50℃ -23.50℃，极端最高温度37.700C，极端最低温度0.50℃，雨量充沛，年均降水量173lmm。（3）地质条件。研究区地层主要为第四系人工填土层、第四系冲洪积土层、第四系残坡积土层和侏罗系泥质粉砂岩地层。（4）水文地质条件。研究区地下水类型为主要为松散岩类孔隙水，赋存在于第四系砂层（粉砂和中砂层）中，以潜水为主，据钻孔抽水试验，其单井涌水量在107.05m3/d_141.08m3/d之间，富水性中等。场区地下水主要靠降水和地表滞水渗入补给，本区雨量充沛，可以为地下水的补给提供丰富来源，场地地下水以大气降水垂直人渗补给为主，其次场区外围北侧池塘等地表水也可为地下水提供补给来源。地下水的径流受地形条件影响，地下水的潜流流程一般较短，补给区与径流区基本一致。场地及周边人为开采地下水较少，因此，场地地下水排泄主要方式为渗入河流、潜流排泄、消耗于蒸发和植物蒸腾，场地局部地下水位较浅，地下水主要消耗于蒸发和侧向排泄补给河水。

3.地下水环境影响预测与评价

（1）地下水主要污染物。根据对场地地下水进行采樣分析，场地内Cu浓度33.8mg/L，超过《地下水环境质量标准》（ GBIT14848-2017）Ⅲ类中的限值，选取Cu作为特征污染物进行预测评价。

（2）模型概化。根据场地钻探揭露，场地内岩土体主要为人工填土层、冲洪积粉质粘土层夹中砂层和风化泥质粉砂岩层，场地内地下水静止水位埋深约为1.3m-2.7m，根据场地水文地质条件将研究区内概化为上下两层，上层人工填土及粉质粘土夹中砂层为相对含水层，下层为泥质粉砂岩层为相对隔水层，地下水以潜水为主，同一层为各向同性，不同层的水文地质参数不同，底部埋深40m。研究区模拟分层3D图见图1。

（3）地下水流场模拟。

①空间离散。在建模过程中平面上划分为60m×60m的网格，场区附近加密，对污染物的迁移过程进行精细刻画。模拟平面网格剖分如图2所示。

②源汇项处理。研究区内地下水源汇项包括补给项和排泄项。补给项包括大气降雨和地表水，排泄项包括蒸发和侧向径流排泄。

③边界条件。研究区地貌为冲积平原地貌，地势相对平坦，地势整体呈南高北低，研究区内地下水流向近南向北流，根据流场将南、北两侧定义为定水头边界，东、西两侧近垂直于地下水等水位线的方向定义为隔水边界，表层上边界定义为降水人渗补给与蒸发边界，研究区所在地平均年降水量为1730mm，降水人渗系数按α=0.1计算。

④模拟拟合。根据研究区所在地区域水文地质资料结合场地内已有水文地质试验与相关经验参数，模拟研究区地下水水位变化规律，通过反复调整参数，与实际地下水水位进行拟合，最终得到能够较为客观的反映研究区实际水文地质条件的模型。模拟后的流场如图3所示。含水层参数如表1所示。

（4）地下水溶质运移模拟。

①溶质运移参数。根据相关资料，研究区内弥散度应介于1-10之间，弥散度参数选取如表2所示。

②模型概化。污染源为面源形式，边界为定浓度边界，根据实际情况确定污染源位置。在模拟预测污染物扩散时，不考虑化学反应、吸附作用等因素，重点考虑弥散、对流作用。

③污染物溶质运移结果。选取铜为预测因子，浓度为33.8mg/L。以《地下水环境质量标准》（GB/T14848-2017）Ⅲ类标准限值作为铜污染控制标准，为l.Omg/L，由于模拟污染物扩散未考虑化学反应、吸附作用等因素，在水动力条件及泄漏量等相同的情况下，污染物的扩散主要取决于污染物的初始浓度。

模拟预测发生渗漏事故后10天、50天、100天污染物运移情况，预测结果详见表4，污染物运移情况如图3所示。

在模拟预测过程中，污染物在水动力条件下不断由南向北运移，渗漏发生10天后，Cu限制浓度大于Img/L，最远运移至场区外南部距污染源约150m，最大污染深度约6.Om，而后，浓度逐渐降低，泄漏发生50天后，Cu浓度小于1mg/L。

4.结论

根据以上选取的参数和预测模型，对相关超标因子Cu进行了地下水污染预测，得出该电子废弃物拆解场地超标因子Cu污染最远运移至场区外南部距污染源约150m处，最大污染深度约6.Om，模拟预测说明了该电子废弃物拆解场地会对场地及下游一定区域的地下水环境造成污染。

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