(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

1 項(xiàng)目概況

該擬建廠(chǎng)址位于某工業(yè)區(qū)附近，占地 11.99 hm2。項(xiàng)目所處地貌形態(tài)類(lèi)型屬于山前沖洪積微傾斜平原地貌，總的趨勢(shì)是自西北向東南緩傾，地勢(shì)開(kāi)闊平坦，地貌類(lèi)型單一，地面標(biāo)高32～38 m。項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水，不存在農(nóng)村分散式飲用水源、集中式生活飲用水水源，項(xiàng)目每年的污水產(chǎn)生量為1 460 m3/d，項(xiàng)目廢水主要有生活污水、含油廢水，主要污染因子為COD、石油類(lèi)等。

2 場(chǎng)址區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地層巖性特征

場(chǎng)地及附近地層在勘探深度12.0 m范圍內(nèi)主要為第四系沖洪積成因的粉土、粉質(zhì)粘土，無(wú)不良地質(zhì)作用，工程地質(zhì)條件良好。各層巖土性特征見(jiàn)表1。

表1 主要土層特征分述表 m

2.2 場(chǎng)址地下水類(lèi)型及賦存特征

2.2.1 地下水水文地質(zhì)特征

項(xiàng)目選址場(chǎng)地地下水類(lèi)型為第四系松散巖類(lèi)孔隙水。依據(jù)擬建廠(chǎng)址場(chǎng)地地下水埋藏特征，松散巖類(lèi)孔隙淺層地下水是本次評(píng)價(jià)的主要評(píng)價(jià)層位，其地下水賦存特征敘述如下：

項(xiàng)目選址場(chǎng)地下賦存第四系松散巖類(lèi)孔隙水，位于沖洪積扇孔隙水區(qū)的中等富水性亞區(qū)，該地區(qū)第四系孔隙水含水層單位涌水為10～20 m3/h·m。

場(chǎng)址靠近沖積扇的頂端，其第四系含水層位為多層結(jié)構(gòu)，主要含水層巖性為卵石、卵石含砂、卵石含粘性土等，含水層厚度在5～13 m之間。

場(chǎng)址區(qū)內(nèi)第Ⅰ含水巖組底界埋深10 m，有0～1個(gè)含水層，含水層總厚度1～5 m。此含水層巖性為中砂、細(xì)砂，經(jīng)多年的開(kāi)采，該含水層地下水已經(jīng)被疏干。

場(chǎng)地內(nèi)第四系厚度在130 m左右，主要賦存為區(qū)域的第II含水組即上更新統(tǒng)地層，巖性以粘性土為主，分布連續(xù)穩(wěn)定，局部夾有細(xì)砂薄層，厚度在1～3 m之間，第Ⅱ含水層巖組底界埋深130 m左右，有4～5個(gè)含水層，單層厚度一般5～13 m，局部厚度達(dá)到20 m，含水層總厚度50 m左右。含水層巖性主要為砂礫石、卵石、卵礫石含砂、卵石含粘性土為主，隔水層以粉質(zhì)粘土為主，第Ⅱ含水巖組底部砂礫石卵石層局部有膠結(jié)。此含水巖組是水源地主要開(kāi)采層，含水層滲透系數(shù)50～100 m/d；含水巖組為潛水。

第Ⅱ含水巖組的隔水底板埋深130 m左右，厚度在20 m左右，為分布連續(xù)穩(wěn)定的粉質(zhì)粘土層，為單層結(jié)構(gòu)，巖性單一，與下部基巖裂隙水水力聯(lián)系不密切。

2.2.2 富水性及水文地質(zhì)參數(shù)

本次工作在調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)潛水含水層進(jìn)行3組淺層水簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)揭示區(qū)內(nèi)潛水含水層滲透系數(shù)分布18.658～23.533 m/d之間，平均滲透系數(shù)21.09 m/d，其中廠(chǎng)區(qū)內(nèi)滲透系數(shù)為23.533 m/d。

2.2.3 場(chǎng)區(qū)地下水補(bǔ)徑排

場(chǎng)地內(nèi)淺層地下水補(bǔ)給主要以大氣降水入滲補(bǔ)給(包括降水入滲、灌溉回歸、河水入滲、渠系及渠灌入滲等)為其主，其次為側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流方向由西北向東南流動(dòng)，與地形相一致，廠(chǎng)區(qū)內(nèi)平均水力坡度為1.66‰(枯水期)。淺層地下水的排泄主要以人工開(kāi)采(農(nóng)灌用水)、向下游側(cè)向流出為主。

3 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)

結(jié)合擬建工程特征，地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)因子如下：pH、氟化物、總硬度、溶解性總固體、氯化物、汞、鉻(六價(jià))、鎘、砷、鉛、揮發(fā)酚、硫酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、石油類(lèi)、硫化物等共計(jì)18項(xiàng)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各監(jiān)測(cè)因子均符合《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求，由此可見(jiàn)，場(chǎng)地及周邊地下水質(zhì)量良好。

4 地下水污染預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

項(xiàng)目選址位于沖洪積傾斜平原上，淺層地下水為附近農(nóng)村的生活、生產(chǎn)、農(nóng)灌用水，本節(jié)在分析不同工況下對(duì)地下水的影響后，著重分析在發(fā)生事故工況下，對(duì)地下水的影響情況。

4.1 地下水污染途徑分析

1) 正常工況地下水污染途徑。正常工況下，由于在可能產(chǎn)生滴漏的生產(chǎn)車(chē)間、原輔材料/廢水管網(wǎng)、污水處理區(qū)等地面進(jìn)行了防滲處理，即使有少量的污染物泄漏，也很難通過(guò)防滲層滲入包氣帶，污染物滲入污染地下水的情況不會(huì)發(fā)生。

2)事故情況下地下水污染途徑。主要考慮設(shè)置為地下或半地下的各類(lèi)污水池、管道等出現(xiàn)防滲層大面積損壞出現(xiàn)防滲失效的情形，污染物通過(guò)事故造成的通道，穿透包氣帶，進(jìn)入淺層含水層中。

4.2 預(yù)測(cè)情景設(shè)定

項(xiàng)目設(shè)置有污水處理站等，因此可將污染源概化，同時(shí)在預(yù)測(cè)中忽略了包氣帶的保護(hù)，假定污染物泄漏后進(jìn)入含水層，對(duì)含水層進(jìn)行模擬計(jì)算。分析出現(xiàn)事故情形下，對(duì)周邊影響的范圍及程度，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行地下水水質(zhì)影響預(yù)測(cè)。

1) 預(yù)測(cè)方法。場(chǎng)址內(nèi)水文地質(zhì)條件相對(duì)較為簡(jiǎn)單，根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》( HJ 610-2011)要求，采用解析法對(duì)地下水環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2)預(yù)測(cè)范圍?？紤]到項(xiàng)目需要預(yù)測(cè)的淺層含水層(水質(zhì)預(yù)測(cè))，為了說(shuō)明建設(shè)項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境的影響，將預(yù)測(cè)范圍設(shè)置在項(xiàng)目廠(chǎng)區(qū)周邊3km范圍內(nèi) ，通過(guò)不同情境對(duì)可能產(chǎn)生的地下水污染進(jìn)行預(yù)測(cè)分析評(píng)價(jià)。

3) 預(yù)測(cè)時(shí)段識(shí)別。根據(jù)本項(xiàng)目工程分析，其地下水影響預(yù)測(cè)時(shí)段主要在于生產(chǎn)運(yùn)行階段可能對(duì)地下水環(huán)境造成影響。依據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-總綱(HJ 2.1-2011)》要求本項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境的影響應(yīng)從正常工況、事故工況兩種情形進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

因項(xiàng)目對(duì)各類(lèi)污染源場(chǎng)地及設(shè)施應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的防滲措施，在正常工況下，地面經(jīng)防滲處理，污染物從源頭和末端均得到控制，沒(méi)有污染地下水的通道，污染物滲入污染地下水不會(huì)發(fā)生。因此，正常工況下地下水不會(huì)直接受到污染，可不予考慮，最終選取本項(xiàng)目事故情形下地下水的影響進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

事故情況的選擇，選取底部防滲等級(jí)不合標(biāo)準(zhǔn)或其他原因從而使防滲層失效，污染物通過(guò)事故造成的通道，直接進(jìn)入含水層中，由于逐漸積累，使淺水層成為二次污染源的情況。

4) 預(yù)測(cè)因子選取。本次模擬計(jì)算根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)地下水的水質(zhì)現(xiàn)狀、以及項(xiàng)目污染源的分布及類(lèi)型，選取本項(xiàng)目特征污染物以及國(guó)家和地方十二五嚴(yán)格總量控制的污染物作為預(yù)測(cè)因子；本次選擇CODMn、氨氮等總量控制指標(biāo)進(jìn)行地下水溶質(zhì)模擬預(yù)測(cè)。

4.3 概化模型建立

基于以上原則，根據(jù)預(yù)測(cè)的情形，設(shè)定本次預(yù)測(cè)為事故工況的情景，并建立相應(yīng)的概念模型。在事故工況下，主要針對(duì)由于泄露污水、儲(chǔ)油區(qū)等由于發(fā)生防滲層失效或儲(chǔ)罐體爆裂等極端事故，污染物直接進(jìn)入潛水含水層，預(yù)測(cè)污染物在項(xiàng)目場(chǎng)地含水層中的運(yùn)移情況。

模型可概化為一維穩(wěn)定流動(dòng)二維水動(dòng)力彌散問(wèn)題的瞬時(shí)注入示蹤劑—平面瞬時(shí)點(diǎn)源的概念模型，其主要假設(shè)條件為：

1)假定潛水含水層等厚，均質(zhì)，并在平面無(wú)限分布，含水層的厚度一起寬度和長(zhǎng)度相比可忽略。2)假定定量的定濃度且濃度均勻的污水，在極短時(shí)間內(nèi)段塞式注入整個(gè)含水層的厚度范圍。3)污水的注入對(duì)含水層內(nèi)的天然流場(chǎng)不產(chǎn)生影響。

4.4 數(shù)學(xué)模型的建立與參數(shù)的確定

4.4.1 事故工況下數(shù)學(xué)模型

按照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-地下水環(huán)境(HJ610-2011)》要求，一維穩(wěn)定流動(dòng)二維水動(dòng)力彌散問(wèn)題的瞬時(shí)注入示蹤劑—平面瞬時(shí)點(diǎn)源邊界，可采用的預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型為：

(1)

式中：x，y為計(jì)算點(diǎn)處的位置坐標(biāo)；T為時(shí)間，d；C(x,y,t)為t時(shí)刻點(diǎn)x,y處的污染物濃度，mg/L；M為含水層厚度，m；mM為長(zhǎng)度為M的線(xiàn)源瞬時(shí)注入示蹤劑的質(zhì)量，mg；U為地下水流速度，m/d；N為有效孔隙度，無(wú)量綱；DL為縱向x方向的彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d；π為圓周率。

4.4.2 事故工況下數(shù)學(xué)模型相關(guān)參數(shù)確定

由式(1)可知，模型需要的參數(shù)有：

1)含水層的厚度M。根據(jù)以上分析，事故情況下受到污染的層位為第四系潛水含水層。據(jù)本次調(diào)查工作可知，將本次調(diào)查結(jié)果第四系潛水含水層厚度的平均數(shù)20.3 m作為計(jì)算參數(shù)。

2)長(zhǎng)度為M的線(xiàn)源瞬時(shí)注入的示蹤劑質(zhì)量mM。根據(jù)項(xiàng)目的特征，本次評(píng)價(jià)將污染源設(shè)定在污水處理站污水、甲醇精餾塔排污水等處，分別進(jìn)行污染源強(qiáng)計(jì)算。(1) 假定化糞池的防滲層失效源強(qiáng)。根據(jù)工程分析，化糞池污水約38.4 m3/d，污水進(jìn)水COD350 mg/L、氨氮40 mg/L，設(shè)計(jì)在出現(xiàn)防滲措施失效后，約10%左右的污水進(jìn)入含水層，則長(zhǎng)度為M的線(xiàn)源瞬時(shí)注入的示蹤劑質(zhì)量mM分別為：COD: mM =13 440 g，氨氮: mM =1 536 g。(2) 假定氨水罐發(fā)生泄漏。根據(jù)工程分析，氨水罐中，儲(chǔ)存氨水為質(zhì)量濃度20%的氨水，其日用量約為10.2 t，假定罐體發(fā)生泄漏，泄漏時(shí)間為1 d，其中約1%的氨水穿透包氣帶進(jìn)入地下水中，質(zhì)量濃度20%的氨水密度為0.923 g/cm3，其泄漏氨氮的量為77.52 kg。

3)地下水平均流速u(mài)。項(xiàng)目場(chǎng)地淺層含水組平均滲透系數(shù)為23.53 m/d，場(chǎng)地內(nèi)地下水徑流方向主要是由北向南方向呈一維流動(dòng)，本次評(píng)價(jià)所取場(chǎng)區(qū)地下水流向水力坡度本次評(píng)價(jià)計(jì)算參數(shù)，場(chǎng)區(qū)附近平均水力坡度I為1.66‰，因此場(chǎng)區(qū)內(nèi)第四系含水層地下水流速u(mài)=K×I/n=25.53 m/d×1.66‰/0.30=0.141 m/d。

4)含水層的平均有效孔隙度n。有效孔隙度是指含水層中流體運(yùn)移的孔隙體積和含水層物質(zhì)總體積的比值。依據(jù)以往研究成果，對(duì)于均值各向同性的含水層，有效孔隙度數(shù)值上等于給水度(Jacob Bear,1983)。項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)上部潛水含水層均為卵礫石，確定有效孔隙度為0.30。

5)縱向彌散系數(shù)DL。在本次工作中結(jié)合地層巖性特征和尺度特征，參考Xu和Eckstein方程式(1995，基于海量彌散實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和分型數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)公式)確定其彌散度αm，進(jìn)而計(jì)算彌散系數(shù)DL。

Xu和Eckstein方程式為：

αm=0.83(logLs)2.414

(2)

式中：αm為彌散度；LS為污染物運(yùn)移的距離(m)，根據(jù)各工況預(yù)測(cè)要求，取污染物的運(yùn)移距離按1 000 m計(jì)算。按照上式計(jì)算可得潛水含水層彌散度αm=11.77 m。

由此計(jì)算項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)的縱向彌散系數(shù)：

DL=αm×u

(3)

式中：DL為土層中的彌散系數(shù)(m2/d)；αm為土層中的彌散度(m)；U為土層中的地下水的流速(m/d)。

按照上式計(jì)算可得場(chǎng)地的縱向彌散系數(shù)DL=1.663 m2/d。

6)橫向彌散系數(shù)DT。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般縱向彌散系數(shù)是橫向彌散系數(shù)的10倍，因此DT=0.166 3 m2/d。

4.5 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)及分析

本預(yù)測(cè)在選擇化糞池污水、氨水罐作為預(yù)測(cè)對(duì)象，模擬化糞池、氨水罐等防滲設(shè)施失效的情形下，污染物直接進(jìn)入含水層，引起的地下水污染情形，模型的預(yù)測(cè)場(chǎng)地長(zhǎng)度約為2 500 m，寬度600 m。

4.5.1 化糞池事故工地下水影響預(yù)測(cè)及分析

1)CODMn的影響。將CODMn帶入公式進(jìn)行計(jì)算，得出預(yù)測(cè)結(jié)果，本次模型計(jì)算分別對(duì)100 d、1 000 d、3 650 d、7 300 d進(jìn)行模擬計(jì)算，模型計(jì)算的主要成果見(jiàn)表2。

表2 CODMn在潛水含水層中運(yùn)移情況結(jié)果匯總表

由結(jié)果可知，項(xiàng)目在近期1 000 d內(nèi)，超標(biāo)現(xiàn)象已經(jīng)消失，超標(biāo)范圍局限在廠(chǎng)界內(nèi)。中期10 a左右，污染物影響范圍在635.75 m，遠(yuǎn)期看，在20 a后，污染物對(duì)周邊影響已經(jīng)很小。

2)氨氮的影響。將各參數(shù)帶入公式進(jìn)行計(jì)算，得出預(yù)測(cè)結(jié)果，本次模型計(jì)算分別對(duì)100 d、1 000 d、3 650 d、7 300 d進(jìn)行模擬計(jì)算，模型計(jì)算的主要成果見(jiàn)表3。

由結(jié)果可知，項(xiàng)目在近期1 000 d內(nèi)，超標(biāo)范圍已經(jīng)消失，超標(biāo)影響范圍局限在地下水流場(chǎng)下游35.01 m，未出廠(chǎng)界，中期10 a左右，氨氮無(wú)論超標(biāo)還是影響范圍均已經(jīng)不再檢出，可知項(xiàng)目泄漏污水中氨氮對(duì)周邊地下水已無(wú)影響，可見(jiàn)氨氮對(duì)地下水的影響較小。

4.5.2 氨水罐事故狀況下地下水影響預(yù)測(cè)

本次模型計(jì)算分別對(duì)100 d、1 000 d、3 650 d、7 300 d進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)預(yù)測(cè)地下水超標(biāo)范圍消失的時(shí)段，模型計(jì)算的主要成果見(jiàn)表4。

表3 氨氮在地下水中模擬結(jié)果匯總表

表4 氨氮在地下水中模擬結(jié)果匯總表

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，氨氮污染物對(duì)地下水環(huán)境的影響隨著時(shí)間的推移隨地下水流場(chǎng)不斷向下游擴(kuò)散，在近期1 000 d內(nèi)，超標(biāo)影響范圍在地下水流場(chǎng)下游259.38 m，尚未出廠(chǎng)界，但在中期10 a左右，污染物超標(biāo)影響范圍在654 m左右，超標(biāo)范圍已經(jīng)影響周邊地下水環(huán)境，遠(yuǎn)期看，在20 a后，污染物超標(biāo)影響范圍為1 099.03 m，地下水超標(biāo)的影響范圍逐步加大，直到23 a后，地下水才無(wú)超標(biāo)范圍出現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

因項(xiàng)目本身對(duì)其設(shè)計(jì)及施工過(guò)程有嚴(yán)格的防滲要求，并且項(xiàng)目對(duì)罐區(qū)及各類(lèi)地下水池底等設(shè)施進(jìn)行了嚴(yán)格防滲措施，在正常工況下，沒(méi)有污染地下水的通道，所以本次評(píng)價(jià)未考慮正常工況下的地下水影響，只對(duì)事故工況下污染物對(duì)潛水的影響進(jìn)行了預(yù)測(cè)。由預(yù)測(cè)可見(jiàn)，一旦發(fā)生事故工況，如果不采取必要的措施，污染物對(duì)地下水的影響是長(zhǎng)期的，因此必須嚴(yán)格對(duì)污染源進(jìn)行防滲，并設(shè)置地下水污染擴(kuò)散井或必要的防滲層檢漏措施，保障不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生影響。

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