王曉曦

（遼寧省環(huán)境規(guī)劃院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110165）

1 引言

環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度是我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重要法律制度。根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例（修訂）》（國(guó)務(wù)院令第682 號(hào)）、《關(guān)于強(qiáng)化建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)事中事后監(jiān)管的實(shí)施意見》（環(huán)環(huán)評(píng)〔2018〕11 號(hào)）等文件，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中應(yīng)“重點(diǎn)審查建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響分析預(yù)測(cè)評(píng)估的可靠性”［1-2］，預(yù)測(cè)評(píng)估的可靠性直接影響到環(huán)境影響評(píng)估結(jié)論是否可行。

地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)是環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系的重要組成部分。自HJ 610—2011《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》頒布實(shí)施以來(lái)，眾多重點(diǎn)行業(yè)高污染項(xiàng)目開展了等級(jí)較高（一級(jí)、二級(jí)）的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)，進(jìn)行地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)工作。根據(jù)導(dǎo)則要求，一級(jí)采用數(shù)值法，二級(jí)可根據(jù)水文地質(zhì)條件選取數(shù)值法或解析法。2016 年地下水導(dǎo)則修訂，編號(hào)更新為HJ 610—2016。盡管進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化，但對(duì)預(yù)測(cè)方法并未進(jìn)行更改。據(jù)調(diào)查各生態(tài)環(huán)境管理部門公示的環(huán)評(píng)報(bào)告資料，在各地開展的地下水影響預(yù)測(cè)工作中，由于不重視水文地質(zhì)條件的分析，導(dǎo)致對(duì)水文地質(zhì)概念模型設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性差。本文重點(diǎn)對(duì)地下水影響預(yù)測(cè)工作中遇到的常見問題進(jìn)行闡述，并提出在地下水影響預(yù)測(cè)工作中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。

2 地下水環(huán)評(píng)常見問題及討論

通過(guò)收集國(guó)內(nèi)公開的環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書，調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)內(nèi)容存在的問題具體表現(xiàn)為：（1）二級(jí)評(píng)價(jià)不分析適用條件直接選用解析法；（2）水文地質(zhì)參數(shù)、邊界條件不合理；（3）地下水水流數(shù)學(xué)模型錯(cuò)誤；（4）地下水水流數(shù)值模型未經(jīng)充分識(shí)別直接進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 解析法的適用條件

HJ 610—2016 文件中針對(duì)地下水溶質(zhì)運(yùn)移提供了4 個(gè)解析解模型，分別適用于一維穩(wěn)定流一維水動(dòng)力彌散問題及一維穩(wěn)定流二維水動(dòng)力彌散問題，具體的公式詳見HJ 610—2016 附錄D，本文不再列出。

由解析解模型的名稱可以得知，其適用的前提條件之一即一維穩(wěn)定流，因此，在建設(shè)項(xiàng)目選擇適用解析法時(shí)，應(yīng)分析水文地質(zhì)條件是否適合概化為一維穩(wěn)定流。

在HJ 610—2016“9.7.4”小節(jié)中明確提出［3］：“a）污染物的排放對(duì)地下水流場(chǎng)沒有明顯的影響；b）評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)含水層的基本參數(shù)（如滲透系數(shù)、有效孔隙度等）不變或變化很小”。第2 條即對(duì)水文地質(zhì)條件的分析，用于判斷評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)含水層是否適合概化為一維穩(wěn)定流。在調(diào)查的眾多環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告中均未見到對(duì)水文地質(zhì)條件的合理性分析，而直接選用解析解作為地下水二級(jí)評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)方法。

如建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)分布基巖裂隙水、第四系松散孔隙水兩個(gè)不同的水文地質(zhì)單元，而技術(shù)評(píng)價(jià)單位對(duì)此情況視而不見，也不進(jìn)行說(shuō)明，直接選擇解析法進(jìn)行預(yù)測(cè)，故而得到的預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)法作為地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論評(píng)估依據(jù)。

此外，根據(jù)HJ 610—2016“9.7.1”規(guī)定，二級(jí)評(píng)價(jià)中水文地質(zhì)條件復(fù)雜且適宜采用數(shù)值法時(shí)，建議優(yōu)先采用數(shù)值法。

2.2 水文地質(zhì)條件概化

地下水預(yù)測(cè)是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的技術(shù)工作。多數(shù)老一輩水文地質(zhì)專家學(xué)者一致認(rèn)為，地下水預(yù)測(cè)的核心在于提高仿真性，尤其在數(shù)值模型領(lǐng)域，更應(yīng)該重視其模擬仿真性。而提高模型仿真性的核心即水文地質(zhì)概念模型設(shè)計(jì)，要重視水文地質(zhì)條件和流動(dòng)機(jī)理的分析。

HJ 610—2016 針對(duì)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的一級(jí)、二級(jí)評(píng)價(jià)提出了水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容，可為地下水影響預(yù)測(cè)提供較為可靠精度的水文地質(zhì)資料。水文地質(zhì)條件概化可參考GWI－D8《水文地質(zhì)概念模型概化導(dǎo)則》，具體可從下面幾個(gè)方面開展。

2.2.1 邊界條件概化

水文地質(zhì)模型的邊界一般包括一類給定水頭邊界、二類流量邊界條件。評(píng)價(jià)區(qū)一般選用自然邊界作為滲漏計(jì)算區(qū)域邊界。

自然環(huán)境中常見的邊界有地表水體、斷層、巖層接觸邊界、分水嶺、泉等。一般巖層接觸邊界、分水嶺、泉概化為二類流量邊界，而地表水體、斷層則應(yīng)根據(jù)地表水體與含水層的水力聯(lián)系、斷層兩側(cè)的巖層性質(zhì)來(lái)判斷是屬于一類或是二類邊界［4］。

2.2.2 含水層結(jié)構(gòu)概化

根據(jù)水文地質(zhì)資料，確定隔水層、含水層在垂向、水平向的分布特征，即明確預(yù)測(cè)模型最終要?jiǎng)澐謳讓?、建立二維還是三維的問題；同時(shí)應(yīng)明確含（隔）水層介質(zhì)巖性，判斷概化為均質(zhì)還是非均質(zhì)、各向同性還是各向異性。

2.2.3 水文地質(zhì)參數(shù)

水文地質(zhì)參數(shù)是巖性介質(zhì)的固有屬性，在一定時(shí)期和外部條件下可以視為恒定不變的參數(shù)。常見的水文地質(zhì)參數(shù)包括滲透系數(shù)、儲(chǔ)水系數(shù)、給水度等。水文地質(zhì)參數(shù)的概化是指參數(shù)分區(qū)的劃定，即根據(jù)掌握的水文地質(zhì)條件，給出水文地質(zhì)參數(shù)初步分區(qū)及各分區(qū)的經(jīng)驗(yàn)取值區(qū)間。

2.2.4 源匯項(xiàng)

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)實(shí)際存在的地下水補(bǔ)給、排泄情況，分析評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)存在源匯項(xiàng)目。常見的源匯項(xiàng)有降雨入滲、水面蒸發(fā)、灌溉入滲、間歇式河流下滲、排水溝、開采井等。

2.3 地下水流數(shù)學(xué)模型

根據(jù)HJ 610—2016，地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)重點(diǎn)關(guān)注的為潛水含水層，部分項(xiàng)目可能會(huì)涉及可能受影響且具有飲用水開發(fā)利用價(jià)值的下部含水層，這類項(xiàng)目主要為地下水井礦開采類。實(shí)際地下水環(huán)評(píng)工作中，多數(shù)環(huán)評(píng)報(bào)告將潛水含水層概化為二維平面流，有些為穩(wěn)定流，有些為非穩(wěn)定流。其中二級(jí)評(píng)價(jià)使用二維潛水穩(wěn)定流占多數(shù)，一級(jí)評(píng)價(jià)兩者均有使用。

當(dāng)然不管是二維、三維、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)水流數(shù)學(xué)模型，均應(yīng)建立符合實(shí)際水文地質(zhì)概念模型的數(shù)學(xué)方程。而公開的多數(shù)環(huán)評(píng)報(bào)告中的地下水預(yù)測(cè)內(nèi)容有的直接抄襲其他項(xiàng)目的公式，有的不區(qū)分二維還是三維數(shù)學(xué)模型直接套用，有的甚至直接忽略數(shù)學(xué)模型內(nèi)容不予介紹。

環(huán)評(píng)中地下水?dāng)?shù)值法存在的兩種常見問題：地下水水流數(shù)學(xué)模型不符合水文地質(zhì)條件實(shí)際情況以及一級(jí)評(píng)價(jià)使用穩(wěn)定流進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.3.1 一級(jí)評(píng)價(jià)的地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)問題

地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是水文地質(zhì)條件概化的重要內(nèi)容之一，已在2.2 小節(jié)進(jìn)行描述。本處只對(duì)實(shí)際工作中地下水一級(jí)評(píng)價(jià)應(yīng)該選擇哪種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行討論。

根據(jù)HJ 610—2016，地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查時(shí)應(yīng)開展水位監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻次要求為：若掌握近3 年內(nèi)至少1 個(gè)連續(xù)水文年的枯平豐水期地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，評(píng)價(jià)期內(nèi)至少開展一期水位監(jiān)測(cè)；若無(wú)上述資料，依據(jù)表1 開展水位監(jiān)測(cè)。

表1 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)頻率參照

由HJ 610—2016 可知，地下水一級(jí)評(píng)價(jià)至少具有二期及以上的地下水水位數(shù)據(jù)，可以為非穩(wěn)定地下水流模型提供識(shí)別和驗(yàn)證的水位數(shù)據(jù)。因此，地下水一級(jí)評(píng)價(jià)應(yīng)建立地下水非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型。

2.3.2 地下水?dāng)?shù)學(xué)模型的選擇問題

自然界的地下水流動(dòng)基本都屬于三維流，是水文地質(zhì)學(xué)界的共識(shí)。特別對(duì)于潛水含水層，降雨、河流及灌溉入滲等補(bǔ)給以及水面蒸發(fā)、抽水井等排泄途徑均發(fā)生在潛水面上，因此，理論上所有的地下水模型均應(yīng)建立地下水流動(dòng)三維模型。鑒于地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中多關(guān)注的為污染物的水平遷移情況，在某些水文地質(zhì)條件下可以概化為二維模型。

地下水的數(shù)學(xué)模型包括地下水水流基本微分方程以及定解條件。

2.3.2.1 地下水三維潛水非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型

該數(shù)學(xué)模型適用于潛水含水層的三維非穩(wěn)定流模型。具體模型方程如下：

式中，H 為水頭函數(shù)；Kxx，Kyy，Kzz分別為各向異性含水層x，y，z 方向的滲透系數(shù)；K 為邊界上的滲透系數(shù)；μd為重力給水系數(shù)；H0為初始時(shí)刻水頭分布；φ為第一類邊界B1上的已知水頭函數(shù)；q 為第二類邊界B2處的滲透速度；Ω 為滲流區(qū)域；n 為B2邊界的外法線單位向量；zwt為潛水面水位；W 為潛水面單位水平面積的入滲量；ε 為垂向補(bǔ)給強(qiáng)度。

若模型概化為穩(wěn)定流，即地下水流狀態(tài)不隨時(shí)間變化而變化，則只需將右端取0。

2.3.2.2 地下水二維潛水非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型

當(dāng)不考慮地下水流垂向變化時(shí)，三維流可概化為二維平面流。針對(duì)潛水含水層，即水文地質(zhì)學(xué)中著名的Boussinesq 方程，數(shù)學(xué)模型方程如下：

式中，H 為水頭函數(shù)；Kxx，Kyy分別為各向異性含水層x，y 的滲透系數(shù)；K 為邊界上的滲透系數(shù)；μd為重力給水系數(shù)；H0為初始時(shí)刻水頭分布；φ 為第一類邊界B1上的已知水頭函數(shù)；q 為第二類邊界B2處的滲透速度；Ω 為滲流區(qū)域；n 為B2邊界的外法線單位向量；ε 為垂向補(bǔ)給強(qiáng)度。

地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作中的數(shù)值模型主要就是上述兩種，相關(guān)技術(shù)工作者應(yīng)選擇合適的數(shù)學(xué)模型，用以表達(dá)項(xiàng)目評(píng)價(jià)區(qū)的水文地質(zhì)條件。

2.4 地下水?dāng)?shù)值模型的識(shí)別和驗(yàn)證

HJ 610—2016 明確提出，采用數(shù)值法預(yù)測(cè)前，應(yīng)先進(jìn)行參數(shù)識(shí)別和模型驗(yàn)證，而在實(shí)際地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)工作中，如水文地質(zhì)參數(shù)未經(jīng)識(shí)別或識(shí)別不充分即進(jìn)行下一步預(yù)測(cè)工作，會(huì)嚴(yán)重影響地下水預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

模型識(shí)別過(guò)程通過(guò)掌握的水文地質(zhì)條件來(lái)調(diào)整有關(guān)參數(shù)和分區(qū)，同時(shí)模型識(shí)別過(guò)程也是對(duì)研究區(qū)水文地質(zhì)條件再認(rèn)識(shí)。通過(guò)科學(xué)合理的模型識(shí)別，獲得符合水文地質(zhì)條件的數(shù)值模型，從而保證預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

模型的識(shí)別應(yīng)遵循以下原則［5］：（1）模擬的地下水流場(chǎng)與實(shí)際地下水流場(chǎng)基本一致，即模擬的等值線與實(shí)測(cè)的等值線形狀相似；（2）模擬的地下水動(dòng)態(tài)過(guò)程與實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)過(guò)程基本相似，即模擬水位過(guò)程線與實(shí)際地下水水位過(guò)程線形狀相似；（3）從均衡角度分析，模擬的地下水均衡變化與實(shí)際基本相符；（4）識(shí)別的水文地質(zhì)參數(shù)、邊界條件等要符合實(shí)際水文地質(zhì)條件。

上述4 條原則中第（2）（4）條尤為重要，由于實(shí)測(cè)的地下水流場(chǎng)是通過(guò)不同的數(shù)學(xué)插值方法插值而得，不能代表實(shí)際地下水流場(chǎng)情況，也忽略了水文地質(zhì)條件。因此，地下水模型識(shí)別要尤其重視水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合、水文地質(zhì)參數(shù)和邊界條件是否符合實(shí)際水文地質(zhì)條件的分析［6］。

3 結(jié)論及建議

（1）地下水二級(jí)評(píng)價(jià)解析法僅適用于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、含水層可概化為一維穩(wěn)定流的地區(qū)，建議其他地區(qū)采用數(shù)值法進(jìn)行預(yù)測(cè)，以提高預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

（2）利用地下水環(huán)境調(diào)查的水文地質(zhì)資料，加強(qiáng)水文地質(zhì)條件和地下水流動(dòng)機(jī)理分析，確保預(yù)測(cè)參數(shù)符合評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)規(guī)律。

（3）地下水一級(jí)評(píng)價(jià)應(yīng)建立地下水非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型，并構(gòu)建正確的地下水水流數(shù)學(xué)模型。

（4）地下水?dāng)?shù)值模型應(yīng)開展充分的識(shí)別和驗(yàn)證，尤其關(guān)注地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)擬合、水文地質(zhì)參數(shù)和邊界條件擬合。