赤泥堆场污染物对地下水环境的影响研究

DOI：$ 0066 $ 6/j.cnki. 10-1326/TV. 20 $ 90200赤泥堆场污染物对地下水环境的影响研究胡凯旋（合肥工业大学，安徽合肥230009）【摘要】氧化铝厂产生的赤泥如果处置不当，其渗滤液会导致地下水的严重污染。为确定其渗漏液对地下水的

影响，本文以遵义氧化铝厂为例，选择赤泥堆场底部防渗层破损5%面积的场景，以氟化物作为预测因子，采用一维

稳定流动二维水动力弥散解析解方程——平面连续点源模型进行模拟，分析赤泥堆场底部防渗层破损的情况下,

对地下水的影响。模拟结果表明，在天然流场中，如不考虑地下水大量开采情况，污染物不会对下游保护目标产生 影响。本文成果为以后类似问题处置提供了参考。【关键词】赤泥堆场；污染物;地下水;影响中图分类号：X523 文献标志码：* 文章编号：2096-0131 （2019） 12-044-05Study on infuencc of pollutants in red mud yard on groundwater

envtronmenrHU Kaixuan(Hefri University of Technology, Hefri 230009 , China)Abstract: A the od mud produced by alumina pint is not disposed properly, its leachate will lead 1w serious polition of goundwatee. In ordee 1w determine the influence of its leachate on goundwatee. In this papee, Zunyi alumina pint is taken as an exampie, the scene of 5 % area damage of the bottom irnpeoious iyee of od mud storage yard is selected, fluoride is

taken asapeedtctton iactoe, and one-dtmenstonaisteadyiiowtwo-dtmenstonaihydeodynamtcdtspeeston anaiyttcaisoiutton

equation-pine continuous point source model is adopted foe sirnuition, so as to analyee the influence on goundwatee when

the bottom irnpeoious iyee of od mud storage yard is damaged. According to the sirnuition osults, in the naturai flow

field, iZ the ioe amount of goundwatee exploitation is not considered, politants wili not affect the downstream protection

tarcets. A provides a reference foe similae problems in the future.Key worls: od mud stooge yard ； politants ； goundwatee ； influence随着现代社会的进步和发展,地下水污染的防治 成为环境污染防治的重点之一。氧化铝厂产生的赤

碱性,如果处理不当,其渗滤液将对地下水环境产生很

大影响。本文结合遵义氧化铝厂实例对赤泥堆场所在

泥,由于其特殊性,需要进行堆填处理,而赤泥具有强收稿日期：2019-04-17区域的地下水环境影响进行研究，并得出相关结论，可

作者简介：胡凯旋（1994―）男,工程师，硕士研究生,主要从事水土资源与环境研究。・44・__________________________________________________________胡凯旋/赤泥堆场污染炀对地下水环境的影响研究 o水生态保护为相似条件的地下水环境影响评价提供参考。地质构造控制着地层岩性与地貌分布，从而控制

1 研究区概况遵义氧化铝厂赤泥堆场场区为低山溶丘槽谷地 着地下水径流、排泄。区域上褶皱轴向呈北东向,碳酸 盐岩地层与碎屑岩地层相间部分布,碳酸盐岩裂隙岩

溶发育，含较丰富的裂隙溶洞水,碎屑岩裂隙不发育，

貌,总体呈西高东低之势，地势较平缓。场区内最高点

位于东侧山顶，海拔高程885.3m,最低点位于西侧洼 地处，海拔高程7.8m。谷地相对高差约15.0m。区域地层分区为扬子地层区黔北地层分区,区内 分布有第四系及中下三叠统、二叠系、中上寒武统，缺

失石炭系、泥盆系、志留系。构造处于黔北凤风北东 “ S”形构造变形区，区内背斜、向斜多作等势发育，背

斜轴部常出露寒武系，向斜核部多保存三叠系。褶皱 一般长10〜100km,宽10km,与褶皱配套的走向断层

较发育。播州区属于亚热带季风湿润气候类型，具有气候 温和、多云寡照、四季分明、雨水集中，冬无严寒、夏无 酷暑等气候特征。地下水主要受大气降水补给,次为

溪沟、水库等地表水补给。降水和地表水通过溶隙、溶 洞、落水洞等补给地下水。区域上广泛分布三叠纪、二叠纪及寒武纪可溶岩 地层，其间夹多层诸如龙潭组泥页岩、粉砂岩等碎屑岩 岩层，受构造控制，区内地层呈北东一南西方向延伸。

可溶岩地层岩性硬脆，裂隙发育,场地所在的云贵高原 乌江中游新构造运动强烈上升区,地形起伏大,第四系

仅分布于局部的谷地、岩溶洼地、山地的斜坡,分布零

星，厚度薄。区域气候温暖湿润,降水充沛，乌江河流 深切，地下水交替强烈,岩溶发育。三叠系中下统、二

叠系中统厚层块状质纯灰岩岩溶发育以管道状、地下

暗河为主，寒武系中上统白云岩岩溶发育以溶隙、溶洞 为主,地下水分布极不均匀,主要集中于可溶岩地层的

溶洞、岩溶管道、碳酸盐岩裂隙溶洞水含水岩组,包括 寒武系中上统娄山关组，二叠系中统茅口组、栖霞组,

三叠系下统夜郎组第一、二段、茅草铺组，中统狮子山

组。岩性以灰岩、白云岩为主，地表落水洞、岩溶洼地, 地下岩溶管道、地下溶洞发育，地下水主要赋存于岩溶 裂隙、溶洞、岩溶管道中，富水性中至强。起到隔水层作用,裂隙岩溶含水层各自形成基本 的岩溶地下水系统。地下水径流通道为溶隙、溶洞和

岩溶管道。岩溶水呈阶梯状向谷地进行集中排泄，地

下暗河等大水量地下水排泄点,多在乌江峡谷排泄,乌 江是区域上的最低排泄基准面。2模型构建2.1模型准备2. 1. 1 监测孔布设根据地下水流场以及研究区的地形地貌和周围环

境，布设地下水水质监测点共17个，其中6个水质点 兼做水位点(1、2、3、4、5、6号)，监测点分布于研究区

的上中下游,详细位置见图1。2.1.2水质样品采集按照《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 1-

2004)要求,现场采样，枯水期采用普通瓶取样,平水

期、丰水期通过纯净水塑料瓶采集水样,采集完水样立 即送回实验室检测。2.1.3 监测因子根据《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017 )、 《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 1—2004),结合

《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)和项目污染 特征因子考虑，地下水现状监测因子选取pH值、氨氮、

盐氮、亚盐氮、挥发酚类、氰化物、神、汞、六价 铬、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、硫酸盐、 氯化物、大肠菌群、细菌总数、高锰酸盐指数共21项。

2. 1.4环境水文地质勘察与试验通过现场水文地质勘察抽水试验,可以确定相关 水文地质参数，为地下水环境影响评价数值模拟计算

提供背景资料和输入参数等。赤泥堆场第四系土层均较薄,仅在洼地内存在 0〜10m 土层,在厂区西北侧漏斗内选取3个点，赤泥・45・水瓷源开发与管理2019年•第12期''7：汎T2sh7：5Lli♦.门£.0;邮场X•二Y1QT'mT]m图1水质监测点及泄漏点位置图堆场的西侧洼地内选取3个点做渗水试验,得到的数据统计见表1&表1渗水试验及土样分析结果统计编号地下水环境。赤泥堆场内渗滤液渗漏,可能造成下游

地下水中悬浮物、氟化物、pH值等超标&由于氟化物 对于污染响应最明显,故本次模拟的预测因子选择氟

土样类型原状土原状土原状土铁环直径/cm试坑位置渗透系数3/（m/s）化物。结合项目工程场地水文地质条件和潜在污染源的 特征,地下水影响预测采用一维稳定流动二维水动力

1号试坑28.031.531.5K60K60K601.05 x10~52号试坑3号试坑1.06 x 10 ~51.08 x 10 ~5弥散解析解方程——平面连续点源模型。其解析解为

平均值4号试坑5号试坑1.06 x 10 ~55C4N#'槡F/叫23（* \"=紺（）1

原状土原状土原状土31.531.531.5K92K92K922.31 x10~52. x10~52. 53 x10~52. 46 x10~56号试坑平均值式中：9?为计算点处的位置坐标讣为时间,d；C（ 9,?,方） 为1时刻点（9?）处的污染物浓度,mg/L；M为含水层

2.2建立模型的厚度,m；）为单位时间注入污染物的质量，kg/d；

；为水流速度,m/d ；n为有效孔隙度;F为纵向弥散系

2.2.1 模型参数赤泥堆场内废液总碱度高，且含有铝、砷、氟化物、 硫酸盐等多种污染因子,一旦库底发生泄漏，库内赤泥 及其废液将泄露至地下水中，进而影响库区及其下游

・46・数,m2/d ;F为横向弥散系数,m2/d ；'为圆周率；3°

（# *为第二类零阶修正贝塞尔函数;）为第一 类越流系数井函数&胡凯旋/赤泥堆场污染物对地下水环境的影响研究 ，保生态保保2.2.2 泄漏场景a. 模拟情景设置为在有防渗条件下，赤泥沉降区

围堰底部破损5%发生泄漏情景下污染物运移,根据 赤泥堆场平面布置图确定泄漏点位置，见图1。b. 根据同类赤泥堆场监测的数据，污水中选择的

污染物指标氟化物指数浓度为14mg/T，赤泥含水率为

41.7% &在项目厂区四周均设置了观测井，每季度手动监

0

5 1015 20 25 30 35 40 45

测1次，通过地下水质量监测系统可监测污染物浓度 变化以及及时发现污染物泄漏&在防渗层底部破损的

图2氟化物污染物泄漏100d浓度■运移曲线50运移/m情况下，根据每天通过防渗层流失最大库容含水量的 5%进行模拟，赤泥堆场最大库容2699. 44万m3，故污

染物泄露浓度为2699. 44万m3 x 5% x 14mg/T x

41.7% 二 78. 7967kg/d&c. 溶质运移模型参数设置。M：根据水文地质资 料,项目含水层厚度约为20m；水流速度;:根据经验 值，渗透系数为0.6m/d&地下水实际流速计算参数见

表2 &表2 地下水实际流速计算参数岩性渗透系数/（m/d）0.6水力坡度0.015有效孔隙度实际流速/ （ mTd）图3氟化物污染物泄漏365d浓度■运移曲线中粗砂0. 180.009(弍日)碰堂

纵向9方向的弥散系数F，参考关于纵向弥散度

2 1

与观测尺度关系理论的相关研究，根据本次场地的研 究尺度，模型计算中纵向弥散度选用20m&由此估算

含水层中的纵向弥散系数F二0. 18m2/d&横向d方向的弥散系数F,根据经验一般Fr/Fl

二 0. 1，因此,FT 取 0. 0018 &d.预测结果及分析。将相关参数带入水质模型,

利用Matib软件运行得到氟化物在水平方向的运移结

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100运移/m果（见图2〜图6 ）,分别给出了在废水贮存池泄露

图4氟化物污染物泄漏1000d浓度■运移曲线100d、365d#1000d#3650d（10 年）#7300d（20 年）后污染 小,当氟化物浓度降低为0时,其距离下游保护目标仍 有一段距离。因此,在天然流场中，在不考虑地下水大

物在水平方向上的运移范围。泄漏发生后,污染物对地下水的影响范围在逐渐

量开采的情况下，赤泥堆场围堰底部破损，对地下水产

增加;在径流方向上，地下水中污染物的浓度在逐渐减生的环境影响是可以接受的。・47・2019年•第12期(弍日)、豈

3结论7.赤泥堆场周围的地下水易受污染,需要对可能

发生的污染状况进行预测。b.地下水影响预测采用一维稳定流动二维水动

力弥散解析解方程一一平面连续点源模型&项目选择 赤泥堆场围堰底部破损5%的情景，选取氟化物作为

预测因子，利用Matlab软件运行得到氟化物在水平方

向的运移结果,溶质运移距离小于100m,距下游保护

目标仍有一段距离。图5氟化物污染物泄漏3650d浓度-运移曲线=.赤泥堆场的渗滤液对地下水环境的影响较大, 建设单位在加强管理、提高环保意识并严格执行设施 防渗设计要求的基础上,应对重点区域加强防渗监测

管理,制定应急预案& \"参考文献[1 -徐凤•基于Visual MODFLOW的西南岩溶区某项目地下水

污染运移模拟研究[D] •合肥:合肥工业大学,2014.[2 -刘光武，王滢，赵志勇•铁矿开采项目地下水环境影响评价

探讨,J-•科技经济导刊,2016 （2 ）：24-25.[3 -谢文逸•基于GMS的某电厂地下水污染物运移研究[D].图6氟化物污染物泄漏7300d浓度-运移曲线合肥: 合肥工业大学,2013.（上接第38页）水资源循环利用是可持续发展的必然 途径。本文在水利部“948”项目有关东湖水体富营养 化治理的研究中,重点探讨了培育刚毛藻的环境与生

中TN、TP的波动，因此要定期取出水体中的部分刚毛

藻藻体，以实现水中氮磷的去除&b.随着石油资源的日益减少及实现低碳经济的 迫切需要,藻类能源已成为世界各国重点研究与发展

物量关系，用DO、pH值两个指标来分析它们与藻类生 物量的相关性，并对天然条件下刚毛藻对富营养化湖

的战略方向&刚毛藻具有分布广、油脂含量高、环境适

泊水中的氮和磷的净化效果进行研究。主要结论 如下：应能力强、生产周期短、产量高等特点,细胞内脂类含

量丰富,可达到自身干质量的10%〜70% ,有的甚至 可以达到80%,具有巨大的制油潜能&国外对高产油

7. pH值、DO与刚毛藻的生物量有较好的相关

性，相关系数分别为0. #0. 83，采用多元线性相关关

藻类的研究已经如火如荼地进行，我国近几年才开始 进行初步的研究,未来刚毛藻将以其优异的性能成为 研究的热门领域，其应用前景相当广阔。\"参考文献[1 -乔宁宁•富营养化水体中几种水生动植物对藻类的控制作

系进行分析,pH值、DO#刚毛藻生物量三者之间有更

好的相关性,相关系数达到0. 909，因此可以根据多元 回归方程确定刚毛藻生长的预报参数;刚毛藻对氮磷 有快速高效的净化效果,去除率分别为76.7%和

77.8% &刚毛藻从生长到死亡的过程可能会引起水体

・48・用,D-•金华:浙江师范大学,2010. （下转第53页）