郭 華，周紅衛(wèi)，胡 超

(江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院，江蘇 南京 211102)

0 前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，石化產(chǎn)業(yè)建設(shè)項目也逐漸增多，各類石油化工企業(yè)對地下水造成的污染問題也越來越突出，因此，準(zhǔn)確把握項目建設(shè)及規(guī)劃實施對區(qū)域地下水的影響，對建設(shè)項目進行科學(xué)規(guī)劃已成為當(dāng)務(wù)之急。本文以連云港石化產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃環(huán)評地下水環(huán)境影響評價項目為例，在概化出評價區(qū)水文地質(zhì)概念模型的基礎(chǔ)上，建立地下水滲流和溶質(zhì)運移三維概念模型[1-3]，選取石油類為特征污染物，模擬不同時段石油類對周圍環(huán)境的影響程度，為項目建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[4-6]。

連云港石化產(chǎn)業(yè)基地位于連云港市徐圩新區(qū)，主要承接江蘇沿江石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，統(tǒng)籌兼顧長三角地區(qū)需求增長。規(guī)劃區(qū)東部緊臨海濱大道，北至蘇海路及疏港大道，西至242省道，南至善后河及南復(fù)堆河北岸，總規(guī)劃面積 84 km2?；匾?guī)劃八個產(chǎn)業(yè)分區(qū)，包括煉化一區(qū)、煉化二區(qū)、多元化原料加工區(qū)、聚酯產(chǎn)業(yè)區(qū)、化工新材料和精細化工區(qū)、石化后加工區(qū)、預(yù)留煉化區(qū)及搬遷項目區(qū)，為全國七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一。

1 水文地質(zhì)條件

評價區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)條件較簡單，主要分布孔隙潛水、微承壓含水層、第Ⅰ承壓和第Ⅱ承壓含水層(組)。

(1)潛水含水層巖性主要有粘土、淤泥質(zhì)粘土、亞粘土組成。厚度15 m左右，單井涌水量小于10 m3/d，水位隨微地貌形態(tài)而異，一般在1.73～2.87 m之間，隨季節(jié)變化，雨季水位上升旱季水位下降，年變幅0.6 m左右。

(2)微承壓含水層(組)由粉砂、亞砂土夾粉砂組成，根據(jù)場區(qū)鉆孔資料顯示，微承壓含水層頂板埋深16.5～24.5 m之間，含水層巖性為亞砂土夾粉砂以及粉砂層，含水層厚度2.5～6.0，富水性差，單井涌水量一般小于300 m3/d。

(3)第Ⅰ承壓含水層(組)由粉細砂組成，頂板埋深55～58 m之間，厚度9 m左右，單井涌水量500 m3/d左右。

(4)Ⅱ承壓含水層巖性主要為亞砂土、砂、砂礫石組成。含水層厚度變化較大，一般達40 m以上，單井涌水量一般500～2 000 m3/d左右。

評價區(qū)基底分布片麻巖、花崗片麻巖，富水性較差，可視作為相對隔水層，形成評價區(qū)的隔水底板。

2 水文地質(zhì)概念模型

本項目預(yù)測評價范圍以規(guī)劃區(qū)為中心，南至善后河、埒子河，北至嚴(yán)港河，東瀕黃海，西至燒香支河。南北長約11.5 km，東西寬約12.7 km，面積約97.3 km2。根據(jù)評價區(qū)水文地質(zhì)條件，潛水含水層和微承壓含水層廣泛分布于整個評價區(qū)，為可能受到污染的含水層，因此本次評價將潛水含水層和微承壓含水層作為預(yù)測的目標(biāo)含水層，從上至下分布為潛水含水層、粘性土弱含水層和微承壓含水層。評價區(qū)南邊界為善后河、埒子河，北邊界為嚴(yán)港河，東邊界為黃海，西邊界為燒香支河，故將潛水含水層邊界概化為定水頭邊界，其余均為通用水頭邊界。評價區(qū)頂部邊界一方面接受大氣降雨及農(nóng)業(yè)灌溉入滲補給，是補給邊界，另一方面地下水又通過其蒸發(fā)，又是排泄邊界。評價區(qū)基底為新近系粉質(zhì)粘土層，透水性差，可視作為相對隔水層，形成評價區(qū)的隔水底板。

綜上所述，評價區(qū)地下水系統(tǒng)的概念模型可概化成非均質(zhì)各向異性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)。

3 地下水滲流和溶質(zhì)運移三維數(shù)值模型

3.1 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)概化的地下水滲流與溶質(zhì)運移概念模型， 取坐標(biāo)軸方向與各向異性介質(zhì)主方向一致，不考慮土體吸附及阻滯作用對滲濾液污染物運移的影響， 建立下列與之相適應(yīng)的地下水滲流與溶質(zhì)運移三維耦合數(shù)學(xué)模型[6-8]。

1)地下水流數(shù)學(xué)模型：

對于非穩(wěn)定流三維地下水流系統(tǒng)，可用下列微分方程的定解問題來描述：

(1)

2)溶質(zhì)運移數(shù)學(xué)模型：

(2)

3.2 模型識別和驗證

采用GMS數(shù)值模擬軟件對評價區(qū)進行了網(wǎng)格剖分，平面上劃分為60×60 m等距網(wǎng)格單元，圖1所示，垂向上剖分為潛水含水層、粘性土弱含水層和微承壓含水層共3層，圖2所示，單元數(shù)共計81 336個。潛水含水層、微承壓含水層初始水位由實測水位觀測給出，粘性土弱含水層初始水位由上、下含水層水位插值給出。根據(jù)含水層巖性特征及富水性條件，將整個含水層系統(tǒng)分為10個分區(qū)，其中潛水含水層5個分區(qū)，粘性土弱含水層2個分區(qū)，微承壓含水層3個分區(qū)，圖3、圖4分別列舉了模型第1層(潛水含水層)和第3層(微承壓含水層)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖。

圖1 評價區(qū)平面圖網(wǎng)格剖分圖 圖2 評價區(qū)垂向網(wǎng)格剖分圖(第105行)

圖3 潛水含水層參數(shù)分區(qū)圖 圖4 微承壓含水層參數(shù)分區(qū)圖

表1 識別后各分區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)參數(shù)表

根據(jù)評價區(qū)水文地質(zhì)資料，對水文地質(zhì)參數(shù)的多次試算，使計算流場與實測流場相擬合，求得各分區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)(表1)，評價區(qū)地下水位擬合精度見圖5和圖6。

4 地下水環(huán)境影響評價預(yù)測

4.1 地下水污染情景預(yù)測設(shè)定

情景設(shè)定：本次模擬預(yù)測情景設(shè)定對特征污染物在非正常工況，發(fā)生風(fēng)險事故，防滲失效情景預(yù)測；

預(yù)測因子：選取石油類作為預(yù)測因子。

源強設(shè)定：假設(shè)發(fā)生風(fēng)險事故，防滲失效，泄漏的污水通過防滲層進入到地下水中，泄漏量按園區(qū)內(nèi)企業(yè)平均污水產(chǎn)生量(3 562.5 m3/d)的5%考慮，從開始泄漏到發(fā)現(xiàn)泄漏并修復(fù)所需時間為30 d，則非正正常工況預(yù)測源強滲漏量178.1 m3/d。濃度10 mg/L。

圖5 潛水含水層流場擬合圖

圖6 微承壓含水層流場擬合圖

表2 石油類污染預(yù)測范圍

圖7 石油類滲漏100 d后污染影響范圍圖 圖8 石油類滲漏1 000 d后污染影響范圍圖

4.2 地下水污染情景預(yù)測

在非正常工況、防滲失效措施的情景下，石油類的污染模擬結(jié)果見圖7～圖10和表2所示，模擬結(jié)果顯示，滲漏發(fā)生100 d后，石油類污染影響范圍擴大到50 853 m2，超標(biāo)范圍為24 238 m2，最大運移距離為133 m；1 000 d后石油類污染的影響范圍為 74 000 m2，超標(biāo)范圍為40 398 m2，最大運移距離為191 m；10 a后石油類污染的影響范圍為112 311 m2，超標(biāo)范圍為69 715 m2，最大運移距離為369 m；20 a后石油類污染的影響范圍為167 588 m2，超標(biāo)范圍為 88 359 m2，最大運移距離為559 m。

圖9 石油類滲漏10 a后污染影響范圍圖 圖10 石油類滲漏20 a后污染影響范圍圖

5 結(jié)語

(1)非正常工況下，污染物通過介質(zhì)體從污染源不斷向四周擴散、運移，濃度變化趨勢是越靠近污染源位置濃度越高，越運離污染源位置濃度越低；事故發(fā)生10 a后，污染物殘余濃度隨著時間的推移在對流—彌散作用下逐漸消散。

(2)在非正常工況、防滲失效措施的情景下，20 a后由于包氣帶的厚度較薄，污染物經(jīng)垂直入滲已經(jīng)影響到潛水孔隙含水層底部；但由于石油類污染的影響范圍為 167 588 m2，超標(biāo)范圍為88 359 m2，最大運移距離為559 m。

(3)結(jié)合評價區(qū)水文地質(zhì)條件、地下水保護目標(biāo)及敏感點分布情況，本次評價采用GMS軟件對本項目可能造成地下水環(huán)境影響做出預(yù)測，預(yù)測結(jié)果表明：項目在非正常工況下會對地下水環(huán)境產(chǎn)生一定影響。在對工業(yè)園區(qū)實施嚴(yán)格的防滲措施，建立完善的地下水監(jiān)測系統(tǒng)，強化地下水應(yīng)急防范措施的前提下，項目對地下水環(huán)境的影響將大大減弱，從地下水環(huán)境保護角度看，其影響是可以接受的。