输油管线工程地下水环境影响评价模型的应用研究

2008．NO．6.ISSN1672-9064CN35-1272/TK蓝于海1王晓云2（1重庆市环境保护工程设计研究院有限公司重庆4000202福建工程学院福建福州350007）摘要采用三维连续点源排放模型和二维瞬时面源模型，对事故状态下某输油管线石油类污染物在地下水环境中的迁移扩散情况进行预测模拟。结论证明穿孔泄露对地下水环境的影响比管线爆裂更严重。关键词输油管线地下水数学模型环境影响中图分类号：X523文献标识码：A文章编号:1672-9064(2008)06-0057-031区域概况某原油成品油管线项目的原油管道位于我国西部某市南约8km，从该市西关水源地上游4.2km处穿越，距火车站自备水源3km，穿越水源地准保护区。该段大片砂砾石层裸露，是典型的荒漠戈壁。地势西南高、东北低，西南是祁连山东段冷龙岭的前山地带，东部是腾格里沙漠。在大地构造上位于祁连褶皱系中的走廊过渡带，南部为莲花山隆起，北部是武威凹陷。勘察证实该地段包气带主要为亚砂土、亚粘土，含水层主要是大厚度的砾卵石，含水层厚120～200m，水位埋深为30～40m地下水流向为南西向北东，水力坡度16%～4.4%。2数学模型建立2.1包气带污染物迁移的黑箱模型M0=M1-Me-Mr式中:M0-进入包气带的污染物量/（g/d）；M1-污染物排放量/（g/d）；Me-挥发损失量/（g/d）；Mr-地表截流或回收量/（g/d）。管线爆裂时：M＝（1－A）M0exp(-λt1）t1=LFQq0R管线穿孔泄漏时：M=(1-A)M0式中：M-进入潜水层的质量流/（g/d）；A-包气带对污染物的去除率；λ-污染物的降解常数/（t1d）；tl-污染物穿过包气带的时间/d；F一影响面积/m2；L-包气带厚度/m；Q-包气带土壤含水率；R-土壤介质对污染物的滞留因子。当污染物吸附符合线性关系时可写成：R＝1＋ρbQKd。式中ρb-土壤的干容量/（g/cm3）；Kd-污染物吸附分配系数/（mL/g）。2.2潜水层预测模型潜水层预测模型分管线泄漏和管线爆裂2种情况。管线泄漏情况采用三维连续点源排放模型；但管线爆裂情况时，由于该地区含水层主要是大厚度的砾卵石，垂向迁移速度较快，加之管线爆裂产生的压力较大，污染物进入含水层时，会迅速发生垂向混合，使污染物浓度沿含水层深度均匀分布，污染物仅沿水流方向和垂直于水流方向的水平方向扩展，则污染物在地下水迁移过程中的浓度分布可采用二维水动力弥散方程进行预测。管线泄漏是污染物以点源形式渗漏污染地下水，而管线爆裂事故对地下水的影响，是以面源的形式渗漏污染地下水的[1]。ээХiDijээXi��-ээXi(CVi)-C′Wne+nk=1ΣRk=эCэti=1,2;j=1,2式中：C-污染物在液相中的浓度；Vi-Xi方向的平均孔隙流速；Dij-弥散系数张量；Cˊ-源或汇的污染物浓度；W-单位体积源或汇的体积流率；ne-有效孔隙度；Rk-N个不同反应中第K个反应的溶解污染物的产率；Xi-笛卡尔坐标。地下水中岩土颗粒（固相介质）对污染物的吸附解吸作用使得污染物在地下水中迁移变得十分复杂。本文采用henry线性吸附模式，即S=KdC。当泄漏的原油经过包气带时，经土壤的吸附作用，会去除一部分原油。但吸附能力不是无限的，随着时间的推移包气带土体对污染物的吸附能力将会逐渐降低。所以在长期穿孔渗漏情况下，当包气带饱和时，其去除能力会大大减弱，甚至降至几乎为零。方程中的吸附采用henry线性吸附模式，即：S=KdC求解迁移方程，其相应的初始条件和边界条件为:C(x,y,t=0)=f(x,y)作者简介：蓝于海（1958～），男，成都人，大学本科，工程师。环境大视野ΣΣΣΣΣΣ输ΣΣΣΣΣΣ油ΣΣΣΣΣΣ管ΣΣΣΣΣΣ线ΣΣΣΣΣΣ工ΣΣΣΣΣΣ程ΣΣΣΣΣΣ地ΣΣΣΣΣΣ下ΣΣΣΣΣΣ水ΣΣΣΣΣΣ环ΣΣΣΣΣΣ境ΣΣΣΣΣΣ影ΣΣΣΣΣΣ响ΣΣΣΣΣΣ评ΣΣΣΣΣΣ价ΣΣΣΣΣΣ模ΣΣΣΣΣΣ型ΣΣΣΣΣΣ的ΣΣΣΣΣΣ应ΣΣΣΣΣΣ用ΣΣΣΣΣΣ研ΣΣΣΣΣΣ究572008．NO．6．ISSN1672-9064CN35-1272/TK表2潜水层预测模型参数潜水层厚度m/m130渗透系数K/(m/d)54.9有效孔隙度ne0.34平均空隙流速U/(m/d)0.48纵向弥散系数Dr/(m2/d)2.11横向弥散系数DL(m2/d)0.39滞留因子R2.36C(±∞，±∞,t)=0上面模型求解，首先考虑瞬时点源的情况，即在0时刻的瞬时点源对t时刻预测区域各点的贡献量，通过分析可以得出t时刻，源下游某一点处浓度的解析解为:C1（x,y,t)=1neRdX(x)Y(y)Z(z)exp(-λt)对于不同几何形状的源，X(x)，Y(y)，Z(z)具有不同的表达式。坐标为（0，0）的点源，