朱明奕，肖傳寧

(1.天津市環(huán)境工程評估中心，天津 300000；2.天津市勘察院，天津 300000)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天津市濱海新區(qū)天津港。天津港地處渤海灣西端，位于海河下游及其入?？谔帲黔h(huán)渤海且與華北、西北等內(nèi)陸地區(qū)距離最短的港口，是首都北京的海上門戶，也是亞歐大陸橋最短的東端起點。

企業(yè)庫區(qū)占地面積396 413.9 m2，共有各類儲罐62個，總罐容為96.03 萬 m3，年中轉(zhuǎn)量約為818萬 t。由于市場的變化，該企業(yè)根據(jù)實際需求情況增加作業(yè)產(chǎn)品，并對現(xiàn)有儲罐的存儲情況進(jìn)行部分調(diào)整，調(diào)整后作業(yè)產(chǎn)品的種類將由現(xiàn)在的35種增至53種。作業(yè)產(chǎn)品涉及大量石油化工品，如原油、甲苯、二甲苯、丙酮、二氯乙烷、苯乙烯、鄰苯二甲酸二辛酯等。上述物品一旦泄露，會對地下水及土壤造成及其嚴(yán)重的影響。因此，對該石化倉儲企業(yè)作業(yè)產(chǎn)品增項工程在開發(fā)、建設(shè)、運營過程中可能影響范圍和深度內(nèi)的地下水環(huán)境進(jìn)行研究，采用解析法和數(shù)值法預(yù)測污染物在潛水含水層中的運移情況，分析該工程在不同狀況下對地下水可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，并提出切實可行的環(huán)境保護(hù)措施是十分必要的。

2 地下水影響預(yù)測與評價

考慮到地下水環(huán)境污染的隱蔽性和難恢復(fù)性，遵循環(huán)境安全性原則，預(yù)測評價將提供環(huán)境安全和保護(hù)措施的合理性依據(jù)。

預(yù)測的范圍、時段和內(nèi)容根據(jù)評價等級、工程特征與環(huán)境特征，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境功能和環(huán)保要求確定，企業(yè)庫區(qū)包含成品油罐組(一)、原油(燃料油)罐組(一)，化工品罐組(一)，化工品罐組(二)，化工品罐組(三)，化工品罐組(四)，化工品罐組(五)，化工品罐組(六)，成品油罐組(二)，原油(燃料油)罐組(二)，儲存柴油汽油混合芳烴等物品，新增儲存石蠟油、丁醇、混二甲苯、甲苯、二氯乙烷、甲醇、乙醇等50多種化學(xué)物品，以新增的液體物料成分可能對下游區(qū)域地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響為重點進(jìn)行模擬預(yù)測。

2.1 預(yù)測因子及預(yù)測方法

企業(yè)庫區(qū)主要儲存柴油汽油混合芳烴等物品，考慮所儲存物料的儲量、毒性等因素及新增儲存的物料確定預(yù)測因子。儲存物料中，甲苯、丙酮毒性較大且儲存罐儲量較大，原油儲量也較大，考慮泄露情況，選取丙酮、甲苯、原油(石油類)作為預(yù)測因子。物料全部貯藏于罐內(nèi)，甲苯、丙酮單罐儲存5 000 m3，原油單罐儲存10 000 m3，甲苯、丙酮儲罐底面積為346.4 m2，原油儲罐底面積為5 026.5 m2，甲苯物料密度為0.866 g/cm3，丙酮物料密度為0.788 g/cm3，原油物料密度0.880 g/cm3。

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-地下水環(huán)境》(HJ610-2016)的規(guī)定，確定地下水環(huán)境影響評價級別為二級，預(yù)測方法可以采用數(shù)值法或解析法進(jìn)行[1]。該研究區(qū)有較多鉆孔資料及水文地質(zhì)報告資料，基本查清了研究區(qū)含水層結(jié)構(gòu)、地下水分布、地下水補(bǔ)徑排特征、邊界條件和水文地質(zhì)參數(shù)，具備了地下水流數(shù)值模擬的基本條件。因此，同時采用解析法和數(shù)值法進(jìn)行預(yù)測，滿足二級評價的要求。

2.2 預(yù)測情景設(shè)置及參數(shù)選取

綜合考慮上述情況并根據(jù)導(dǎo)則推薦，參照《給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗收規(guī)范》(GB50141-2008)中關(guān)于滿水試驗驗收的要求，鋼筋混凝土水池的滿水試驗標(biāo)準(zhǔn)為2.0 L/m2·d。非正常狀況下，儲罐防滲層破裂引起物料泄漏滲入地下水，詳細(xì)計算見表1。

結(jié)合區(qū)域勘察、試驗資料及研究區(qū)潛水含水層抽水試驗，確定滲透系數(shù)為0.29 m/d。據(jù)調(diào)查，儲罐區(qū)域位置地下水流向為由北向南，平均水力坡度取較大值為6‰。參考Gelhar等人關(guān)于縱向彌散度與觀測尺度關(guān)系的理論，確定縱向彌散度為10 m，橫向彌散度為2 m[2]。另根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)勘察資料，確定本區(qū)潛水含水層平均厚度M約為19.0 m。

表1 預(yù)測源強(qiáng)

2.3 污染物在地下水中的運移預(yù)測

2.3.1 解析法

考慮污染隱患點在非正常狀況時發(fā)生瞬時泄漏，不考慮包氣帶防污性能帶來的吸附作用和時間滯后問題，污染隱患點附近區(qū)域地下水位動態(tài)穩(wěn)定，取污染物隨污水沿垂直方向直接進(jìn)入到含水層進(jìn)行預(yù)測，事故狀態(tài)下可概化為示蹤劑瞬時注入的一維穩(wěn)定流動二維水動力彌散問題，取沿地下水流方向為x軸正方向，垂直于地下水流方向為y方向，求取污染物濃度分布的模型公式如下[3]：

式中：x、y為計算點處的位置坐標(biāo)，m；T為時間，d；C(x，y，t)為t時刻點x，y處的污染物濃度，g/L；M為含水層厚度，m；mM為長度為M的線源瞬時注入的污染物的質(zhì)量，kg；u為水流速度，m/d；n為有效孔隙度，無量綱；DL為縱向彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d。

各階段丙酮、甲苯、石油類在含水層中運移距離見表2。

表2 解析法預(yù)測結(jié)果 m

2.3.2 數(shù)值法

本次評價采用美國Brigham Young大學(xué)環(huán)境模型研究實驗室和美國軍隊排水工程試驗工作站開發(fā)的三維地下水?dāng)?shù)值模擬系統(tǒng)GMS (Groundwater Modeling System)軟件，該軟件除包括MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTSHEM等主要計算模塊外，還包括PEST、UCODE、MAP、BoreholeData、TINs、Solid等輔助模塊，是迄今為止功能最齊全的地下水模擬軟件包之一，它具有良好的使用界面，強(qiáng)大的前處理、后處理功能及優(yōu)良的三維可視效果。

1)建立地下水水流模型及溶質(zhì)運移模型

(1)水流數(shù)學(xué)模型

(2)溶質(zhì)運移模型

圖1 滲漏事故發(fā)生后丙酮污染物影響范圍示意圖

圖2 滲漏事故發(fā)生后甲苯污染物影響示意圖

圖3 滲漏事故發(fā)生后石油類污染物影響示意圖

3 污染物在地下水中的運移預(yù)測

污染物進(jìn)入潛層含水層后，分別預(yù)測污染物自開始滲漏起第100 d、1 000 d及服務(wù)期滿(30 a)或超標(biāo)范圍消失時的含水層中上述各情景丙酮、甲苯、石油類污染物超標(biāo)范圍。

表3 數(shù)值法預(yù)測結(jié)果

通過以上對丙酮、甲苯、原油的滲漏預(yù)測可知，三種污染物均運移超出廠界，不滿足《導(dǎo)則》要求，故需要采取進(jìn)一步的處理措施。根據(jù)擬建物性質(zhì)、場地區(qū)域地質(zhì)情況和水文地質(zhì)條件，需要重點在儲罐區(qū)域周邊及底部進(jìn)行防滲處理，處理技術(shù)要求達(dá)到等效黏土層厚度大于6.0 m，滲透系數(shù)小于等于1×10-7cm/s。經(jīng)處理后，對石油類污染物運移情況進(jìn)行重新預(yù)測，經(jīng)計算，在非正常狀況下，石油類入滲到潛水含水層1 000 d時，超標(biāo)范圍61.1 m2，影響范圍91.6 m2，最大運移距離5.16 m，超標(biāo)距離4.34 m；石油類入滲到潛水含水層30 a時，污染物最大超標(biāo)距離為9.69 m，超標(biāo)范圍僅為0.000 3 km2，不會對廠界以外地下水產(chǎn)生影響，可以滿足要求(見圖1～圖3)。

4 結(jié)語

本文同時采用解析法和數(shù)值法預(yù)測評價天津港某石化倉儲企業(yè)產(chǎn)品增項工程對地下水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果提出相應(yīng)的處理措施。由預(yù)測評價結(jié)果可知，兩種方法計算的污染物最大超標(biāo)距離接近，在非正常狀況下，儲罐泄露的污染物能運移至廠界以外，會對廠外地下水產(chǎn)生污染，不滿足《導(dǎo)則》要求，需要進(jìn)行一定的處理。在采取相應(yīng)的處理措施后，污染物未對廠界以外產(chǎn)生不利影響，可以滿足要求。

[1] 環(huán)境保護(hù)部．環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境(HJ610—2016)．中國環(huán)境科學(xué)出版社．2016．

[2] Gelhar，Wilson，MA Collins．Discussion of “Radial Dispersion in Ground-water Flow″．Journal of the Engineering Mechanics Division，1975，101 (EM5)：718-720．

[3] 王洪濤．多孔介質(zhì)污染物遷移動力學(xué)．高等教育出版社．2008．