刘亚南　王天英　冯一帆

摘 要：在油气田的开发和处理过程中，将会产生大量的污水，在正常工况下，这些污水都会经过处理安全地回注地层，不会对地下水形成污染，但在非正常工况下，污水产生泄漏将会对地下水产生污染。该文以苏里格气田第六天然气处理厂工程实例，用所建立的地下水溶质数学模型，预测和分析了天然气处理厂污水污泥池中污水泄漏后对地下水的污染，并对地下水遭受污染后的自修复能力和人工修复能力进行了分析和评价。结果表明，在非正常工况下，污水污泥池中的污染物发生泄漏时，会造成一定范围内地下水的污染，污染面积与泄漏时间及泄漏量密切相关。同时预测表明，地下水一旦遭受污染，即使在污染源终止后，依靠地下水系统自身修复能力，地下水环境很难恢复到污染前状态，但通过人工修复，基本可以恢复到污染前的地下水环境状态。

关键词：污水 泄漏 预测评价 修复能力

中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0100-04

在油气田的开发和处理过程中，将会产生大量的污水，在正常工况下，这些污水都会经过处理安全地回注地层，不会对地下水形成污染，但在非正常工况下，污水污泥池中的污水泄漏将会对地下水产生污染。针对油气田开发和处理过程中产生的污水可能对地下水环境的影响，前人曾做过一定的分析和研究[1-3]。该文以苏里格气田第六处理厂为例，假定在污水污泥池发生泄漏情况下，预测和分析了对地下水的污染，并对地下水遭受污染后的自修复能力和人工修复能力进行了分析，可为地下水的污染防治措施提供技术依据。

1 研究区概况

苏里格气田第六天然气处理厂地处内蒙古自治区乌审旗巴彦柴达木东南（图1），距乌审旗直线距离27km，距巴彦柴达木直线距离3km，距海流图河支流2km，距陕蒙界2km。

研究区位于海流图河中游地区，毛乌素沙地腹地。地表多为风积砂覆盖，地形起伏很小，微地貌以滩地为主，滩地间夹有沙丘，沙丘高度2～4m。海流图河是区内唯一的河流，自西北向东南流经研究区南部，多年平均径流量0.82亿m3/a，多年平均降水量346mm。

研究区含水层主要包括第四系萨拉乌素组含水层与白垩系含水层。两个含水层上下叠置，其间无有效隔水层，构成了一个统一含水层。第四系与白垩系含水层富水性好，厚度大，是区内重要供水层位。包气带岩性主要为渗透性较强的风积砂与萨拉乌素组，地下水位埋藏浅（1～3m），包气带防污性能弱，含水层易受污染。地下水主要接受大气降水补给，开采、蒸发及向海流图河溢出为主要排泄方式，总体上由东北向西南径流[4-5]。

2 地下水数值模型的建立

模拟软件选择使用美国Briham Young University 开发的GMS（Groundwater Model System），利用MODFLOW模块来建立水流数值模型，在此基础上，利用MT3D模块建立溶质数值模型。

研究区模型东北部以1 216m水位等值线为界，西南部以1 200m水位等值线为边界，东南、西北部以地下水流线为边界。模型边界性质见图2。东北部、西南部边界为定水头边界，东南部、西北部为隔水边界。模拟区面积8.28km2。

综合考虑模拟区面积、计算精度和计算速度，网格剖分为：东西方向上，共剖分为107列，南北方向上，分别剖分为110行。单元格规格32.8×40.9m，整个研究区计剖分为6 313个单元格。在边界条件、汇源项概化、模型离散基础上，建立地下水流数值模型，并以此为平台，建立溶质数值模型。

3 地下水污染预测

第六天然气处理厂在非正常工况下，可能对地下水产生污染的设施和装置有脱油脱水装置、甲醇回收装置、污水处理装置、污水回注管线和污水回注井等。这里假定生产污水处理装置中的污水污泥池在事故状态下发生泄漏，采用数值法来对其可能造成的地下水环境影响进行预测和评价。

污水污泥池中污染组分有COD、SS、石油类等，这里选择石油类为预测评价因子。生产污水总量864.65m3/d，考虑到出现渗漏时，渗漏量有不确定性，因此这里虚拟10%、30%两种不同的渗漏量级，并概化为连续恒定排放的点源。《苏里格气田第六天然气处理厂工程初步设计》中，生产污水处理工艺要求的进水水质含油控制指标为≤500mg/L，因此将500mg/L作为污染因子预测的源强。

基于确定的评价因子和源强，在研究区水流模型基础上，采用MT3D对污水污泥池的泄漏对地下水的污染进行预测和分析。预测分短期（60d）和长期（730d）两种时段。

3.1 发生少量泄漏对地下水污染预测评价

设定工业污水在污水污泥池发生10%的渗漏（渗漏量86.47m3/d），短期（60d）及长期730d形成的污染晕预测结果见表1、图3、图4。

由预测结果可以看出：工业污水在污水污泥池发生10%的渗漏，无论长期（730d4）还是短期（60d），均会在地下水中形成污染晕。短期形成的污染晕范围不是很大，顺地下水径流方向扩展距离不超过150m，长期污染晕的扩展范围相对较大，但不超过300m。

3.2 发生大量泄漏对地下水污染预测评价

设定工业污水在污水污泥池发生30%的渗漏（渗漏量259.40m3/d），短期（60d）及长期730d形成的污染晕预测结果见图5、图6及表2。

很明显，工业污水在污水污泥池发生大量（30%）泄漏时，短期形成的污染晕范围不超过150m，长期不超过350m。与少量渗漏形成的污染晕相比，形成的污染晕不但面积较少量泄漏时要大，且污染晕内污染物浓度相对也较高。

由此可见，污水污泥池中工业污水一旦在非正常工况下发生泄漏，将会对地下水产生污染，而且泄漏时间越长，污染面积越大；泄漏量越大，污染面积也越大。

4 地下水污染修复能力

4.1 地下水污染自修复能力

假定污水污泥池中工业污水在大量泄漏60d后不再泄漏，污染源终止，这样以前面预测的工业污水大量渗漏60d形成的污染晕（图5）为初始浓度场，以研究区水流数值模型为平台，采用MT3D对污染晕的迁移、扩散及演化进行预测，预测结果见图7。

由预测结果可见，污水污泥池发生大量工业污水渗漏，60d形成的污染晕，在污染源终止后，如果仅靠含水层自修复能力，就是历时20年，也难以完全消除；污染晕演化过程中，中心区污染物深度虽有很大程度降低，但污染晕面积在不断扩大；依靠地下水系统自身修复能力，使地下水环境恢复到污染前状态，将是一个极其慢长的过程。由此说明：在污水污泥池发生大量工业污水渗漏后，必须人为干预，才有可能使地下水环境得到改善和恢复。

4.2 地下水污染人工修复能力

人工修复受污含水层的效果与具体修复方案有关，通过不同布井与抽水方案比较，最终确定在污染晕下游布置3口应急抽水井，每口抽水量为500m3/d，是较为适宜的人工修复方案（图8）。依该方案对受污含水层进行修复预测，修复效果预测结果见图9。

由图9可以看出：采用施工3口应急抽水井，每口抽水量500m3/d的污染晕修复方案，需连续抽水550d，可以使地下水环境中的石油类浓度恢复到符合《生活饮用水卫生标准》中的限值要求（石油类限值0.3mg/L），这在地质技术和经济技术上都是可行的。

5 结语

在非正常工况下，污水污泥池中的工业污水发生泄漏时，会造成有限范围内地下水的污染，而且这种污染依靠含水层自修复能力很难恢复到污染前环境，但通过人工修复，基本可以恢复到污染前的地下水环境状态。

参考文献

[1] 王玉梅，党俊芳.油气田地区的地下水污染分析[J].地质灾害与环境保护，2000，11（3）：271-273.

[2] 姬园，黄健.苏里格气田回注水污染防治措施[J].油气田环境保护，2012，22（5）：41-44.

[3] 岳勇，邓皓.地下水中石油类污染物运移模拟研究[J].油气田环境保护，2009，19（4）：17-21.

[4] 陈家军，王红旗.大庆油田开发中石油类污染物对地下水环境影响模拟分析[J].应用生态学报，2001，12（1）：113-116.

[5] 卢文喜，李海杰.扶余油田开发过程中地下水水质评价与预测[J].水文，2007，27（4）：45-49.