（环境工程专业论文）地下水石油污染模拟及防治措施研究——以宁夏炼油厂为例.pdf

s t u d yo nt h es i m c o n t a m i n a ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：g o n gy o n g f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f q i a nh u i c h a n g a nu n i v e r s i t y ，x i a n ， c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 弓逸麝 2d ，口年月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 夕口i 。年月1 日 妁i 。年万月y 日-，h 目 地 摘要 银川市是宁夏回族自治区重要的粮食产区和工业区，地下水是该市主要的饮用水源 和工业水源，而宁夏炼油厂和废渣场位于该市南部，周边分布着两处大型的供水水源地， 随着地区经济的不断发展，石油需求量与日俱增，在石油的加工过程中，有可能发生对 地下水中造成污染，为了可持续的开发利用地下水资源，保证银川市工农业及居民用水 的健康，本文在详细分析现有资料及前人研究成果的基础上，运用v i s u a lm o d f l o w 对研究区地下水系统进行了数值模拟，建立了相应的水文地质概念模型和地下水流数值 模型。经过验证后的模型能较好地反映地下水系统的运动特征。在此水流模型的基础上， 建立了以保守性示踪剂为模拟因子的溶质运移模型，运用v i s u a lm o d f l o w 中的 m t 3 d m s 对该水质模型进行求解，分三种不同的模拟情况对研究区石油污染地下水进 行预测，并根据预测的结果提出了合理的预防及治理方案。 模型的预测结果显示：正常工况下一年内污染物主要在潜水含水层表层大量富集， 承压含水层没有受到污染。而突发事故时污染物的运移面积比正常工况下大2 倍。添加 反应项后，污染晕的面积变化很小，但是污染物的浓度却有明显减小的趋势。 水质模型预测结果说明，研究区地下水有可能受到污染。如果造成污染，潜水含水 层主要发生对流污染，污染程度将会特别严重，承压含水层也有可能受到越流污染。因 此，有必要提出预防和治理方案。 预防措施主要包括：( 1 ) 调整供水方式、加强用水管理；( 2 ) 设置防渗设施、 抑制污染物泄露；( 3 ) 改善监测工艺、建立完善的监测制度。 治理方案选用抽、注水治理系统。通过对比分析四种不同治理方案的处理效果， 最终选定了抽水流量为1 0 0 0 m 3 l 、注水流量为5 0 0 m 3 l 的抽、注水系统作为本研究区地 下水石油污染的治理方案。 经过一年的治理，石油污染物的去除率高达9 0 0 8 ，污染晕的面积减小了6 8 2 ， 充分说明了该方案适用于研究区地下水石油污染的治理。 关键词：地下水，石油污染，地下水流数值模型，溶质运移模型，v i s u a lm o d f l o w ， 抽、注水治理系统 a b s t r a c t y i n c h u a nc i t yi st h em a i ng r a i np r o d u c i n ga r e aa n di n d u s t r i a la r e ao fn i n g x i ah u i a u t o n o m o u sr e g i o nw h e r eg r o u n d w a t e ri st h em a i ns o u r c eo fd r i n k i n gw a t e ra n di n d u s t r i a l w a t e r n i n g x i ar e f i n e r ya n dw a s t ed u m p a r el o c a t e di nt h es o u t h e r nr e g i o no fy i n c h u a n ，t h e r e a r et w ob i gs i z ew a t e rs o u r c e sa r o u n dt h e m w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fr e g i o n a l e c o n o m y , p e t r o l e u md e m a n di si n c r e a s i n g i t i s p o s s i b l et h a tt h eg r o u n d w a t e rw o u l db e p o l l u t e db yp e t r o l e u m i nt h ec o u r s eo fp r o c e s s i n g ，i no r d e rt ok e e pt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fw a t e rr e s o u r c e sa n dg u a r a n t e et h ea g r i c u l t u r a la n di n d u s t r i a l a n dr e s i d e n t i a lh e a l t ho f y i n c h u a nr e g i o n ，i nt h i sd i s s e r t a t i o nw ed ot h er e s e a r c hu s i n gv i s u a l m o d f l o wo ng r o u n d w a t e rs y s t e m sf o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n ds e tu pt h ea p p r o p r i a t e w a t e rc o n c e p t u a lm o d e l sa n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e l ，b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i so f e x i s t i n gd a t aa n dt h er e s u l t so fp r e v i o u ss t u d i e s t h em a t h e m a t i c a lm o d e lc a nr e f l e c tt h e c h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n d w a t e rm o v e m e n ta f t e rv a l i d a t i o n b a s e do nt h eg r o u n d w a t e rf l o w m o d e l ，w ee s t a b l i s h e dw a t e rq u a l i t ym o d e lw h i c hu s ec o n s e r v a t i v et r a c e ra st h es i m u l a t i o n f a c t o r w ec a l c u l a t et h ew a t e rq u a l i t ym o d e lw i t ht h em t 3 d m so fv i s u a lm o d f l o wa n d p r e d i c to fp e t r o l e u mc o n t a m i n a t e dg r o u n d w a t e r i nt h es t u d ya r e ai nt h r e ed i f f e r e n ts i m u l a t i o n s o fc o n d i t i o n s ，a n df i n a l l yg e tt h er e a s o n a b l ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n tp r o g r a m sa c c o r d i n gt o t h ep r e d i c t i o nr e s u l t t h em o d e lf o r e c a s tr e s u l t ss h o w e dt h a tn o r m a l l yt h ep o l l u t a n t sw i t h i nay e a rm a i n l y g a t h e r e di nt h eu n c o n f i n e da q u i f e rs u r f a c e ，t h ec o n f i n e da q u i f e r i sn o tp o l l u t e d t h em i g r a t i o n a r e ao ft h ep o l l u t a n t si s2t i m e sl a r g e rt h a nt h en o r m a lc o n d i t i o nu n d e rt h eb u r s ta c c i d e n t t h e p o l l u t i o np l u m eg o tl i t t l ec h a n g ei nt h ea r e aa f t e ra d d i n gt h er e a c t i o n s ，b u tt h ec o n c e n t r a t i o n o f p o l l u t a n t sh a v es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d t r e n d b yt h ep r e d i c tr e s u l t sw a t e rq u a l i t ym o d e l ，t h eg r o u n d w a t e ro ft h es t u d ya r e ai sl i k e l yt o b ep o l l u t e d t h eu n c o n f i n e da q u i f e rc o n t a m i n a t i o nw i l lo c c u rm a i n l yc o n v e c t i o ns e r i o u s l y , i f t h eg r o u n d w a t e rg e tao i lp o l l u t i o n ，t h ea q u i f e rm a ya l s og e tm o r el e a k yp o l l u t i o n s oi ti s n e c e s s a r y t oa p p l yt h ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n tp r o g r a m s t h ep r e v e n t i o np r o g r a m si n c l u d i n g ：( 1 ) c h a n g et h ew a t e rs u p p l y i n gp a t t e r na n de n f o r c e t h em a n a g e m e n to fw a t e ru s i n g ( 2 ) s e ts e e p a g ef a c i l i t i e sa n di n h i b i tl e a k a g eo fp o l l u t a n t s ( 3 ) i m p r o v et h em o n i t o r i n gt e c h n i q u ea n de s t a b l i s has o u n dm o n i t o r i n gs y s t e m t h ep u m p i n gw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m sw i l lb eu s e da st h eg o v e r n a n c ep r o g r a m s t h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s o ff o u rd i f f e r e n tt r e a t m e n te f f e c t so ft r e a t m e n t p r o g r a m s ，f i n a l l yc h o o s et h ep u m p i n gw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m sw h i c hp u m pf l o wr a t ei s l0 0 0 m 3 d ，w a t e rf l o wt o5 0 0m 3 da st h eg o v e r n a n c ep r o g r a mt oc o n t r o lt h ep e t r o l e u m p o l l u t i o ni nt h i sa r e a b yt h eu s i n go ft h i sg o v e r n a n c ep r o g r a m ，t h er a t i oo fp u r r i n gt h ep o l l u t a n t sg o t 9 0 0 8 a n dt h ea r e ao fp o l l u t i o np l u m er e d u c e s6 8 2 t h a tm e a n st h i s g o v e r n a n c e p r o g r a mi su s e f u lf o rt h i sg r o u n d w a t e ro i lp o l l u t i o ns t u d ya r e a k e yw o r d s ：g r o u n d w a t e r ，p e t r o l e u mp o l l u t i o n ，g r o u n d w a t e rn u m e r i c a lm o d e l ，w a t e r q u a l i t ym o d e l ，v i s u a lm o d f l o w ，p u m p i n gw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m s 目录 第一章绪论l 1 1 选题背景及意义1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 地下水流和溶质运移数值模拟的发展1 1 2 2 地下水石油污染预防和治理的研究现状3 1 3 研究内容及技术路线5 1 3 1 研究内容5 1 3 2 技术路线。6 第二章自然地理概况及区域水文地质条件7 2 1自然地理概况7 2 1 1 地理位置及地形、地貌7 2 1 2 气象、水文条件8 2 2 水文地质条件l o 2 2 1 地下水类型l o 2 2 2 地下水富水性1 2 2 2 3 水文地质参数1 4 第三章地下水流数值模型的建立及求解。1 5 3 1 水文地质概念模型1 5 3 2 地下水流数学模型。1 6 3 3 模型离散化及基础资料的给定1 7 3 3 1空间的离散化。1 7 3 3 2 时间的离散化1 8 3 3 3 初始条件的输入1 8 3 3 4 边界条件的输入1 9 3 3 5 水文地质参数的初值2 0 3 3 6 源汇项的计算和处理2 0 3 4 数学模型的识别、验证2 2 3 4 1 模型的识别2 3 3 4 2 模型的验证2 4 3 5 水均衡分析2 9 3 6 小结3 0 第四章地下水水质模型及预测3l 4 1 溶质运移数学模型31 4 2 水质模型的建立一3 2 4 2 1模拟因子的选择3 2 4 2 2 边界条件、初始条件3 2 4 2 3模型参数3 2 4 2 4 溶质运移模型的计算3 3 4 3 研究区地下水石油污染物的预测3 3 4 3 1预测正常工况下污染物的运移情况3 4 4 3 2 预测突发事故时污染物的运移情况4 0 4 3 3 预测有反应项时污染物的运移情况4 3 4 4 方案对比一4 4 4 5 小结一4 5 第五章研究区石油污染地下水的预防治理一4 6 5 1 预测研究区污染情况4 6 5 2 预防措施一4 6 5 3 治理方案4 7 5 4 抽、注水系统方案对比4 7 5 4 1 抽、注水井的布置4 8 5 4 2 水位、水质监测孔的设置4 9 5 4 3抽注水系统的方案的比较5 0 5 5小结5 9 结论与展望6 0 参考文献6 2 攻读学位期间取得的研究成果6 4 致谢6 5 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景及意义 随着国民经济的发展和改革开放的深化，环境污染已经成为制约我国和谐发展的主 要问题。水污染，特别是石油对地下水污染更是重中之重。石油对地下水的污染主要是 石油在开采、炼制、运输和储存过程中大量的原油和石油制品抛洒或泄漏到地面，在重 力和毛细力的作用下渗到包气带及通过包气带进入地下水中造成污染。 石油是一种成分非常复杂的混合物，由上千种有机化合物组成，其中一些有毒的化 合物质具有致癌、致畸、和致突变的潜在性1 1 1 。石油进入土壤及地下水后会发生一系列 物理、化学、生物化学作用，造成地下水对有机污染物的富集。地下水系统的石油污染 是发生在多相体系中的、极其复杂的物理化学一生物过程i l l 。研究表明，汽油、柴油、 煤油中的有毒有害物质对人的神经系统、泌尿系统、呼吸系统、循环系统、血液系统等 都有危害。石油和石油化工产品，经常以非水相液体( n a p l ) 的形式污染土壤、含水层和 地下水。由于地下水所处的地下环境复杂，地下水流动缓慢，因此地下水污染具有不易 发现，难以治理和效果迟缓等特点。所以，石油对地下水的污染已经成为当前最为突出 环境问题之一。 宁夏炼油厂地处银川市地下水上游，其周边分布着许多供水水源地，万一地下水遭 到石油污染，将会给银川市带来极大的损失。鉴于此，本文首次针对银川地区该环境敏 感区的特点，以中国石油宁夏炼化分公司5 0 0 万吨年炼油改造工程环境影响评价一 地下水专项为依托，试图对该研究区的地下水流进行数值模拟，并用数值模拟的方法 预测石油对地下水的污染情况，量化描述石油污染物在地下水中的迁移转化规律、空间 分布特征和预测地下水中石油污染晕的范围及其发展趋势，为该研究区的石油污染防治 提供理论依据，并结合研究区模拟的污染状况，提出科学的预防及治理方案。综合模拟 预测石油对地下水的污染，确立科学的防治地下水污染的控制方案，即推动了国家环保 公益事业发展，保障了研究区及银川地区的水资源的可持续利用，又为社会、经济、环 境的和谐、可持续发展奠定了基础。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 地下水流和溶质运移数值模拟的发展 研究地下水运动的主要方法可概括为数学模型法和物理模型法【2 1 。数学模型分为确 定性模型和随机模型两类。研究对象即为客观存在的原型，它是客观存在的对象客体。 第一章绪论 模型则是具有原型特征的替代物，是实际系统( 如实际自然现象) 或过程的简化、抽象 和类比表示，因而可以通过它再现该实际系统或过程的状态【3 】。在计算机问世之前，物 理模拟法是研究地下水运动的主要方法。2 0 世纪7 0 年代以来随着计算机的广泛应用， 数学模拟法得到了迅速的发展。 地下水数值模拟的形成与发展是综合应用了水力学、物理学、数学等多学科，来研 究地下水运动的特征及规律【4 1 。目前，解水文地质的问题常用的数值方法有多种，最通 用的是有限差分法( f d m ) 和有限元法( f e m ) 。除此还有特征线法( m o c ) 、积分 有限差分法( i f d m ) 、边界元法( b e m ) 。有限差分法于2 0 世纪6 0 年代中期用于地 下水流的计算。1 9 6 4 年t y s o n 及w e b e r 利用不规则网格有限差分法计算了美国加利福 尼亚州含水层的地下水运动问题【5 】。国内学者张宏仁、李俊亭对不规则有限差分的推导、 论证及推广应用做了大量工作，解决了许多实际问题【6 j 。有限元法于2 0 世纪6 0 年代后 期引入地下水计算中。1 9 6 6 年z i n e k i e w i c e 把有限元用于二维稳定流计算，1 9 6 8 年 j a v a n d e li 和w i t h e r s p o o np a 等进一步用有限元法求解了多孔介质的非稳定流问题，提出 了在不同的边界条件和水文地质条件下处理非稳定流的新方法【7 】。我国的一些学者也应 用有限元法解决了矿坑涌水量预测等诸多问题。2 0 0 4 年薛禹群等又把数学上新出现的多 尺度有限元法引入到地下水领域，并得到初步应用，它不仅可以大量减少单元数，还能 提高计算精度【3 j 。 国外从2 0 世纪6 0 年代开始就将数学模型应用到了水质模拟中【引，我国的溶质运移 数学模拟是从2 0 世纪8 0 年代开始研究的。山东省地质局等单位组织了为预测污染发展 趋势的地下水质模拟试验研究工作，并建立了我国第一个地下水水质模型【9 】。目前，国内 外对水质模型的研究已经日趋完善，针对不同的污染问题提出了相应的数学模型。在满 足达西定律和等温条件的均质或非均质含水层中，可以选择应用对流一弥散溶质运移模 型，而对流一弥散溶质运移模型和纯对流模型同属于稳定性模型。河海大学的王锦国、 周志芳在分形模拟裂隙面及裂隙张开度的基础上，用对流弥散模型的特征有限元方法对 粗糙裂隙中的溶质运移进行了模拟。模拟结果显示：考虑到裂隙面的粗糙度后，模拟其 中的溶质运移更符合实际情况【l0 1 。在含水层为非均质或者其参数不确定的情况下，可以 选择随机模型。这种模型主要是用于解决非均质和尺度效应等问题，当然很多学者认为 尺度效应主要是因为介质的非均质性产生的。另外，溶质运移模型还有黑箱模型、传递 函数模型等。总体来说，目前运用最广泛的就是同属于稳定性模型的对流一弥散模型和 纯对流模型，而由于随机模型能更客观的反映现实的水文地质条件，所以必将成为今后 2 长安大学硕士学位论文 该领域研究的重点。 随着计算机的日益升级，众多地下水模拟软件应运而生。美国地质调查局( u s g e o l o g i c a ls u r v e y ) 开发的m o d f l o w 自问世以来，在全世界的科研、生产、环保、城 乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用。随着新子程序包的开发， m o d f l o w 的功能进一步增强【1 1 】【1 2 】。美国n e v a d a 沙漠研究所水资源中心的g r e gp o h l k l 等采用m o d f l o w 软件对位于n e v a d a 的s h o a l 核试验基地的核素在地下水中迁移进行 了模拟【1 3 】。陈耀登、高玉芬将沿海地区地下水系统的特点与m o d f l o w 进行了有效的 结合，即将海岸边界设置成周期性和高渗透性的定水头边界，建立了能有效模拟沿海地 区地下水运动特点的水流模型【1 4 1 。加拿大w a t e r l o oh y d r o g e o l o g i c ，i n c 在m o d f l o w 的基础上用现代可视化技术开发研制了v i s u a lm o d f l o w 。吉林大学的卞玉梅等运用 v i s u a lm o d f l o w 对双阳河谷水源地地下水流进行数值模拟，通过预测按设计开采量开 采后地下水水位的变化趋势，判断水源地设计开采量是可行的【1 5 】。v i s u a lm o d f l o w 可 以有效地将地下水流模型和溶质运移模型联系起来，解决地下水污染问题。马腾和王焰 新教授对中国南部一个大型的铀尾矿库进行了铀迁移的数值模拟研究，得出在不治理情 况下有较大的铀污染，而在治理的情况下可以把地下水中的铀控制在一定范围内【1 6 】。张 翠云、马琳娜、张胜等运用v i s u a lm o d f l o w 对石家庄地下水硝酸盐污染进行了模拟 研究，预测了未来3 0 年内地下水硝酸盐的变化【1 7 】。青岛大学王丹以河北保定市某炼油 厂为例，运用g m s 中的m o d f l o w 模块对石油对地下水的污染进行了模拟预测【l8 1 。 1 2 2 地下水石油污染预防和治理的研究现状 国内外关于石油污染地下水的数值模拟研究处于一个发展阶段，石油是地下水中常 见的有机污染物。在石油的开采过程中，污水渗漏及原油制品的事故性泄露都会造成油 类进入土壤。通常情况下，土壤中的细菌会部分降解石油污染物【1 9 1 。但是，石油污染物 大量泄漏或者石油污染物直接接触到地下水，则会给地下水造成严重的污染。 石油污染中最常见的污染物质为b t e x ，即苯( b e n z e n e l 、甲苯( t o l u e n e ) 、乙苯 ( e t h y l b e n z e n e ) 、二甲苯( x y l e n e ) ，石油中的有毒物质会对周围的环境造成危害，其中苯 和甲苯更是致癌物质。受到石油污染的地下水，即使在污染源控制后也需要几十年甚至 上百年的自然复原。而合理有效的预防和治理地下水石油污染成为当今水污染方面的难 题。 目前，石油污染地下水的防治预案主要是以预防为主，治理为辅。预防效果的好坏 直接关系到治理方案的选取。而由于生产工艺的不同，预防措施也没有固定的形式。宋 第一章绪论 敏、钱永俭在研究地下水污染的问题时，提出了如下几点预防措施：1 、开展地下水脆 弱性评价，合理布置和调整产业布局，进行环境功能分区；2 、改进生产工艺，选择无 污染的新工艺；3 、严禁采用渗井等排放污水【2 0 1 。殷素娟、张亚敏、邵忠瑞等针对河南 周口地下水污染问题，提出预防措施包括：1 、合理进行规划布局，加强地下水质保护； 2 、改进生产工艺，减少“三废”排放量；3 、设置不同的防渗措施来防止污水入澍2 1j 。 巴雅尔塔、高格、纳森巴特等在其论文“伊宁市地下水质量现状评价与防治对策研究” 中提到地下水污染的预防工作主要分以下几点：l 、提倡可持续发展，加深全民环保意 识。2 、改变传统的资源价值核算体系，通过经济机制来降低地下水污染。3 、从源头上 防治污染，预防污染技术和污染产品跨区转移。4 、强化污废水排放的管理体制1 2 2 1 。 地下水污染的治理方法同地表水治理方案类似，大体分为物理法、化学法、生物法 和综合法。 物理法主要有抽水处理法、水力截获法等。有些文献将水力截获也归属到抽水处理 法之中，其实从水动力条件来说这两种方法是一致的。但是从技术角度来看，两者还是 稍有不同的。抽水处理系统重在抽水治理，而水力截获技术则是将抽水与注水进行有效 地结合，对抽、注水井的位置、数量、井深、抽注水量等有更高的要求，其更多考虑的 是截获。物理法不仅可以去除有机物，还可以通过改变地下水流状态来防止污染物的迁 移。目前，抽水处理法被视为治理和控制地下水污染应用最广泛的方法之一。m a c k a yd m 、c h e r r yta 研究了抽水处理系统在治理地下水污染问题时的多项整治方案【2 引。何士 华、m i n g k u ol e e 将抽水系统的治理目标分成净化目标和抑制目标。根据不同的水文 地质条件和污染物特点来决定选用哪种目标，同时根据所选择的目标来决定抽注系统的 动态监测内型2 4 l 。宋汉周、a l l a nd w o o d b u r y 采用数值模拟的方法对某碳酸盐岩含水层 中的三氯乙烯进行了抽水处理治理，效果显著，去除效率很蒯2 5 1 。任增平在其论文“水 力截获技术及其研究进展 中，对水力截获技术的研究现状作了详细的论述【2 6 i 。 化学法运用最多的就是化学氧化法。二氧化氯是常用的氧化剂，因其氧化能力强、 具有较强的杀菌消毒功效，可使芳香烃等有毒、有致癌性的有机物氧化降解为毒性较小、 无致癌作用的小分子物质，从而对石油污染物具有较好的去除作用【2 7 1 。刘青岩等利用二 氧化氯复合消毒剂对淄博市石油污染的地下水进行氧化处理，高达9 2 8 的去除率证明 了二氧化氯可以有效地去除水中的石油类有机物f 2 8 1 。 生物处理法大体分为好氧生物处理法、厌氧生物处理法。石油烃在好氧和厌氧的情 况下均可被土壤及地下水中的细菌降解。好氧生物处理一般是通过向地下水中曝气来增 4 长安大学硕士学位论文 加地下水中氧气的浓度，同时由于好氧细菌所需要的氮、磷受到污染水体中大量碳的抑 制，所以为了保证处理效果，需要人工投加氮、磷。武强、王志强采用地下水曝气技术 治理了德州胜利油田的地下水石油污染，治理的同时还研究了曝气深度、影响半径及气 流分布之间的关系，得出现场曝气不均是由于土壤介质渗透性不均匀所致1 2 9 1 。厌氧生物 处理法的思路是在厌氧条件下，微生物可以利用n 0 3 。、s 0 4 2 。作为电子受体，通过反硝 化作用和硫酸盐还原作用降解石油污染物。c u n n i n g h a m 等在厌氧的条件下利用n 0 3 。、 s 0 4 2 。作为电子受体降解有机污染物，结果证明：硝酸盐、硫酸盐的投入方式决定反应效 果的好坏，同时二者混合使用效果优于单独使用【3 0 i 。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 宁夏炼油厂及废渣场位于银川平原中部，而银川平原是宁夏回族自治区重要的粮食 产区和工业区。地下水是该地区主要的饮用水源和工业水源，开采量较大，为了可持续 的开发利用地下水资源，保证工农业及居民的用水健康，有必要对该研究区的地下水质 进行模拟预测，并结合实际情况提出科学的预防措施。 本次研究主要模拟预测了潜水含水层及第一承压含水层中的石油污染情况，由水文 地质条件可知，第一承压含水层与第二承压含水层的水力联系很小，完全可以把潜水含 水层及第一承压含水层作为计算目的层。特别说明的是：为了叙述简洁，后文提到的承 压含水层即为第一承压含水层。 本次研究的主要内容有如下几点： 1 、广泛收集研究区地质、地貌、水文地质、气象等资料，全面分析了研究区含水 层的结构和富水性，掌握了地下水补、径、排等条件及含水层之间的水力联系，基本查 明了地下水的动态特征。通过野外抽水试验得到了含水层的水文地质参数；为了确定含 水层的弥散参数，建立地下水溶质运移模型。本次研究结合抽水试验进行了野外弥散实 验；通过研究区的水均衡计算，为数值模型的识别校正提供了参考文件。 2 、在分析水文地质条件、通过抽水试验得到水文地质参数的基础上，建立了研究 区的水文地质概念模型和地下水流数值模型。运用v i s u a lm o d f l o w 对模型进行了模 拟计算，并结合长期水位观测资料对模型进行了识别和验证，得到了调参后水文地质参 数及参数分区图。 3 、在已建立的地下水流数值模型的基础上，应用弥散实验所得参数，以保守性示 踪剂为模拟因子建立了溶质运移模型。利用v i s u a lm o d f l o w 中的m t 3 d m s 求解地下 第一章绪论 水溶质运移模型。结合研究区的实际水文条件，分析了示踪剂的运移情况，并合理的修 正了模型的参数，得到的水质模型基本能够模拟地下水石油污染情况。 4 、经过验证的水流模型和溶质运移模型对研究区的实际水文地质情况拟合较好， 利用改变研究区不同的污染状况来模拟预测石油对地下水的污染程度，针对不同的污染 状况及研究区相应的用水标准，提出“以防为主，以治为辅”的防治预案。通过加强管 理、改善监测工艺和防止渗漏等措施强化预防，同时采用抽、注水系统对可能被污染的 地下水进行有效地治理。 1 3 2 技术路线 论文以研究目标为主导，收集了相关的现有资料，并通过野外勘查获取了基础数据， 以此为基础建立了相应的数学模型。随后在大量查阅国内外相关文献的基础上，确立研 究内容和方法，对研究区石油污染地下水进行理论分析和研究，技术路线见图1 1 。 图1 1 技术路线图 6 长安大学硕士学位论文 第二章自然地理概况及区域水文地质条件 2 1自然地理概况 2 1 1 地理位置及地形、地貌 研究区地处银川平原中部西缘，距银川市新市区南约5 k m 。如图2 1 所示，研究区 东西长7 k m ，南北宽5 k m 。地理坐标为：东经1 0 6 0 0 3 1 0 6 0 0 8 ，北纬3 8 0 2 4 3 8 0 2 67， 面积约3 5 k m 2 。研究区大部分位于风积沙丘区域，只有炼油厂西北小部分坐落于扇前冲 击洼地( 图2 2 ) 。地面高程1 1 l o 1 1 3 0 m ，地势自西向东微微倾斜，地面坡降为3 o 1 o ， 地形较平坦。 1 础耐 1 0 7 。4 94 9 3 9 “1 0 6 。m ， 至1 i ) 7 3 9 6 3 6 5 l3 6 一 飞 一 1 5 ， 内 蒙 曲古 蒙 3 9 r 1 3 0 古 阿拉善左旗 治 ， 歹 自 区 l 治 玷。黼里沙毪 区3 8 0 0 乞_ 菇 厂礁 师 一y 马家滩 垦t 铡要； 骘 一一 大罗山。z 、 燃广弋 囊 1 7 0 批窑山诽 1 7 。 池0 0 1 0 6 。0 0 iq l l ” 冈罔田 一4li 一5ii 百国田l 1 启治区入民政府驻地2 市人民政府驻地3 - 县- a 民政府驻地4 省界5 县界6 国道7 省道8 县道9 研究区 图2 1 研究区的地理位置示意图 7 第二章自然地理概况及区域水文地质条件 、 、x 、 、- 4 、 、 、 、 、 、 泠 ：j 、 彳 、- 、 、 、 、- 、 ： 鼍f 蝴 土： ：翻旷j ：! 善蓦至蓦蓦警 蓦墨至蓦蓦禹 蓦蓦蓦蓦蓦蓦 定涎蓦蓦誊 2 1 2 气象、水文条件 图2 2 研究区的地貌类型示意图 研究区属于干旱大陆性气候。具有降雨稀少、蒸发强烈、气候干燥、日照充足、风 大沙多、年、日温变化较大的特点。根据银川、贺兰、永宁气象站( 2 0 0 4 2 0 0 8 年) 的 观测资料，多年平均降雨量为1 5 7 4 4 r a m ，最大降雨量为2 0 0 7 年的2 0 8 m m ，最小为2 0 0 5 年的7 9 6 m m 。各年降雨量多集中在7 、8 、9 三个月，占全年总降雨量的7 0 ；2 0 0 4 2 0 0 8 年多年平均蒸发量为1 5 7 9 1 m m ，最大蒸发量1 7 7 3 8 m m ，最小1 3 7 1 o m m 。多年平均气 温为9 0 6 c 。冻土深度0 8 1 2 m ，每年1 1 月下旬开始冻结，至翌年3 - 4 月解冻，冻土期 长达4 5 个月。每年3 5 月为风季，冬季多为严寒刺骨的西北风，其余季节多为东南风。 主要气象要素见表2 1 ，图2 3 2 5 。 _ 翻 l l 翻翻羽一 2 月3 月4 月5 月6 月7 月$ f l 银川站 贺兰站 9 f l 1 0 月1 l f l1 2 月 口永宁站 图2 3 研究区降雨量月平均柱状图 8 卯柏如加m o (u召一唧陉进 长安大学硕士学位论文 3 2 5 0 垂2 0 0 嘲1 5 0 嚣1 0 0 5 0 o p v 赠 圹 皿l 衄，圈l 棚一1 刚il 嗣衄。衄l 衄。蜘b 1 , 92 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 , 9l o 月1 1 月1 2 月 一银川站口贺兰站口永宁站 图2 4 研究区蒸发量月平均柱状图 、 ：j ! ；三：三；i ：| | | ：i 1 7 一_ 、弋：孓一一 1 月2 月 3 月4 月5 月6 月7 月 8 月 9 月l o 月 1 1 月1 2 月 图2 5 研究区月平均气温曲线图 表2 1 研究区主要气象要素一览表 降雨量( n u n )蒸发量( m m ) 月份 气温相对 银川站贺兰站永宁站银川站贺兰站永宁站 ( ) 湿度( ) 1 月 2 62 63 12 7 62 5 42 6 98 25 7 6 2 月 0 91 31 36 2 35 4 36 5 22 54 8 5 3 月 3 93 44 01 5 6 31 3 3 01 4 9 34 64 8 5 4 月 4 13 35 21 5 4 52 1 9 32 3 7 91 0 84 1 5 5 月 1 8 71 4 41 7 11 8 1 72 4 1 1 2 6 5 7 1 7 44 5 5 6 月2 9 0 2 9 02 5 5 1 7 7 42 3 6 52 6 1 1 2 2 6 5 7 5 7 月 5 1 o 3 6 73 7 5 1 6 5 22 1 8 72 3 9 12 4 56 5 8 月2 1 62 5 22 2 81 4 2 41 7 5 81 9 1 72 1 56 9 5 9 月 2 3 。92 3 12 5 21 0 8 51 2 5 61 3 9 71 5 66 3 1 0 月 7 69 11 1 o8 5 09 1 41 0 4 16 75 8 5 1 1 月 1 01 11 17 0 34 9 96 4 50 26 2 1 2 月 o 52 22 43 9 82 1 62 8 7- 4 56 l 历年平均 1 6 4 81 5 1 41 5 6 11 3 7 1 01 5 9 2 51 7 7 3 8 9 巧加垮m 5 o 巧m 第二章自然