数值模型在青岛市大沽河水源地地下水水质预测中的应用

【摘要】：大沽河是胶东半岛最大的河流，是青岛市主要饮用水源地之一，每年对青岛市供水量约8000万m~3，占市区用水总量的45％左右，被称为青岛市的母亲河。近几年随着城市发展，用水量增加，其水环境问题也日益突出，本文主要利用已有资料，结合本次水文地质及环境地质调查、野外试验等工作成果，建立青岛市大沽河水源地地下水质数值模型，模拟预测地下水污染并分析治理对策。 全文共分为五个部分，第一部分主要介绍了数值模型的概念及应用；第二部分主要综述了区域地质及水文地质概况；第三部分讲述了大沽河水源地地下水流数值模型的建立；第四部分讲述了大沽河水源地地下水水质模型的建立；第五部分利用所建数值模型对大沽河水源地水质进行了预测。 大沽河水源地范围北起古岘一朴木，南至青胶公路，面积为436.8km~2，在开采初期(1981年)水化学类型分布最广的是HCO_3·Cl-Ca型水，大沽河西岸局部地段地下水中F含量较高。开采以后水化学成分变化明显，水源地北部组份含量上升较快，水化学类型为HCO_3·SO_4、Cl·HCO_3及Cl·SO_4—Ca或CaMg型水，局部为NO_3型水；水源地中部水质变化缓慢，为HCO_3·SO_4、HCO_3·Cl—Ca型水；水源地南部污染离子含量逐年增加，水化学类型变为HCO_3·SO_4·Cl-Ca型，局部变为SO_4·Cl或SO_4—CaMg型水，该区过去受李哥庄开采漏斗影响，造成海水内侵，水质超标现象较严重，主要超标组分或指标有：SO_4~(2-)、Cl~-、矿化度、总硬度、NO_3~-，其中SO_4~(2-)基本呈逐年增长趋势。 本次建立水质数值模型采用水平二维流场中的对流—弥散型数值模型，模型的求解由两部分构成，分别求解渗流方程与对流—弥散方程的定解问题。数值模型研究面积为436.8km~2，水流模型根据1989年12月31日的统测水位资料，采用内插法形成地下水流场，作为模型识别的初始流场。计算区根据储水层岩性共分为三个大区12个块段，各块段的水文地质参数参考了大沽河水源地供水水文地质勘察总体报告并结合本次工作所取得资料综合选定。经多次调算，新建立的水文地质参数与原输入参数系列吻合；水质模型利用1995年6月区内水质分析资料，分别对Cl~-、No_3~-、SO_4~(2-)、NO_2~-经过Kriging内插、网格化后作为初始浓度输入模型。根据区内水文气象条件的分析，共划分10个时段进行调算。通过对大沽河水源地地下水水质动态分析、水质模型识别，大沽河水源地水质 (CI一、NO3一、N仇一等)污染，可分为面状污染和局部片状污染，分散面状污染主 要源自农业生产化肥过量施用、大沽河水质污染、农村、乡镇生活污水的不达 标排放，局部片状污染主要源自乡镇企业等小型工业废水排放。 应用该数值模型，对大沽河水源地2003一2012年水质预测结果如下: (l)NOZ一浓度预测 区内NO牙污染程度多出现减轻的趋势，在下游李哥庄镇附近Noz--污染程度 加重，尽管在模型中考虑了现状污染治理措施的作用，但地下水N仇一浓度还多 不能达到地下水m类标准，可见地下水污染仍需加大治理力度，一方面在水源 地范围内杜绝不达标排放的工业、乡村企业污染源，另一方面，改善农业种植 结构、肥料施用技术，减少化肥施用量。 (2)C1一浓度预测 在污染治理措施得到实施的条件下，区内Cl一污染程度多出现减轻的趋势 地下水，Cl一浓度多能达到地下水m类标准，在下游李哥庄镇附近C1一污染程度 加重，下游截渗墙的修建对下游李哥庄镇以南地段地海水入侵起到了较明显的 阻滞作用，但截渗墙上游附近仍有部分咸水，当在上游对地下水进行较强烈开 采时，截渗墙上游的咸水仍会有倒灌现象。 总之，在通过污染治理，进入地下水的污染物质浓度每年平均递减3%的情 况下，今后10年内，大沽河水源地地下水质大部分地段有变好的趋势，下游李 哥庄镇附近有变差的趋势。