天津市某鋼管加工廠地下水環境影響評價

史俊鈴，姚 旭，房 靖

(天津華勘商品檢驗有限公司，天津 300181)

生態環境是人類社會生存和發展的基礎，而地下水則是生態環境中重要組成部分。隨著經濟建設發展，人類大量開展的建設項目、工農業活動、礦山開采等，已對地下水環境造成不同程度的改變或破壞，影響了國民經濟可持續、穩定和綠色發展[1-2]。為防止地下水環境污染，保護生態環境，地下水環評工作已經得到國家環保部門、地方政府以及企業的重視[3-4]。2016年，環保部頒布實施了《HJ 610-2016環境影響評價技術導則 地下水環境》[5](以下簡稱《導則》)。《導則》在評價范圍、現狀調查與評價、環境影響預測及地下水污染防控措施等方面均做了詳細的要求，優化了評價工作方法，提高了環評工作的科學性和可操作性[6-8]，對地下水環境影響評價工作起到很好的指導作用[9-11]。本文以天津市某鋼管加工廠為例，依據《導則》，詳細描述和分析了地下水環評的具體實施過程，為類似項目地下水環境影響評價提供參考。

1 項目區概況

項目區地理上位于天津市津南區東部，地形地貌屬海積沖積低平原，由近代海侵層和河流沖積形成，海相層分布廣，場地現為工廠廠房等人工地貌，周邊以公路、企業廠房等為主，地形簡單，地勢平坦。項目區氣候屬暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候，光照充足，季風顯著，四季分明，雨熱同期。項目區周邊主要的河流有月牙河、雙橋河，河水主要依靠大氣降水及汛期雨洪排水補給。

2 水文地質條件

項目區所處地下水系統為海河沖積海積地下水系統子區，第四系含水層系統可劃分為Ⅰ～Ⅳ四個含水巖組。本次主要調查對象為第Ⅰ含水組上部的潛水含水層。

根據水文地質勘察可知，項目區潛水含水層巖性以粉質粘土為主，夾粉土，底界埋深在15.2m左右，厚度約13.0m，分布較為連續且穩定。水位埋深在1.87～2.28m，平均水位埋深2.05m，水位標高-1.056～-0.558m，平均水位標高-0.771m。地下水徑流方向總體為由北西西向南東東流動，水力坡度約為1.67‰(圖1)。

3 評價等級

對照《導則》中“附表A地下水環境影響評價行業分類表”，本項目屬于“G 黑色金屬—46、壓延加工—其他”，地下水環境影響評價項目類別為Ⅲ類。

項目場地下賦存第四系松散巖類孔隙水，其中淺層地下水屬沖海積平原淺層微咸水及咸水區，地下水無開采情況，不作為居民生活飲用水使用。項目場地及周邊無集中式飲用水水源準保護區等要求的敏感區，無農村分散式飲水水源井等要求的較敏感區。項目場地地下水敏感程度應為不敏感。

因此，根據《導則》中關于地下水環境影響評價工作分級的依據，本項目類別為Ⅲ類項目，地下水環境敏感程度為不敏感，地下水環境影響評價工作等級為三級。

4 評價范圍

項目位于天津南部平原區，所處地下水系統為海河沖積海積地下水系統子區，水文地質條件相對簡單。根據《導則》對其下游遷移距離進行計算，公式計算法公式如下：

L=a×K×I×T/ne

(1)

式中：L—下游遷移距離，m；α—變化系數，α≥1，一般取2；K—滲透系數，m/d；I—水力坡度，無量綱；T—質點遷移天數，取值不小于5000d；ne—有效孔隙度，無量綱。

項目潛水含水層巖性主要為粉質粘土，局部夾粉土，參照《導則》附錄表B.1，結合場地水文地質特征，滲透系數K取值0.2m/d；根據區域水文及周邊場區資料，水力坡度I取值1.5‰；質點遷移天數T取值5500d；參照《導則》附錄表B.2，ne取值0.07；α取值2。經計算下游遷移距離L= 47.14m，計算值L小，無法反映該項目與周圍環境的關系，因此在公式法計算結果基礎上充分考慮附近地下水敏感點及水文地質特征，確定本次項目調查評價區范圍以鋼管加工廠為界線，以地下水流向為主方向，向北東延伸50m，向南西延伸50m，向北西延伸80m，向南東延伸140m，調查評價區范圍約0.22km2(圖1)。

5 地下水環境影響預測分析

5.1 地下水污染源

根據鋼管加工生產工藝和廢水處理工藝分析認為，項目潛在污染源考慮為地下集水池(既污水處理反應池)。集水池為生產加工車間酸洗及磷化水洗產生的生產廢水的集中存放地，該部分水pH值、磷濃度等較高。同時考慮該地區地下水水位埋深較淺，且集水池位于地下，一旦發生泄漏往往不能及時發現，在非正常狀況下，污染物將直接進入地下水環境，造成地下水污染。

5.2 預測因子

根據項目的工程分析可知，工藝生產廢水中的特征因子為CODCr、氨氮、總磷和鋅。集水池中污染物的濃度為工藝生產廢水的濃度。根據識別出的特征因子，按照《導則》要求，集水池預測因子的選取應采取標準指數排序確定。根據篩選表(表1)，本次選取污水排放池中的鋅和總磷作為預測評價因子。

表1 地下水環境影響預測因子篩選表

注：參照《導則》10.3.2要求，氨氮、鋅評價標準采用《GB/T 14848-2017地下水質量標準》Ⅲ 類標準[13]；總磷、CODCr因在GB/T 14848-2017未列出，故采用《GB 3838-2002地表水環境質量標準》Ⅲ類標準[12]。

5.3 預測時段

地下水影響預測時段主要為生產運行階段可能對地下水環境造成影響的時段。根據本項目工程分析，預測時段選取可能產生地下水污染的關鍵時段，包括污染發生后100d、1000d及服務年限。項目服務年限為15a(約5500d)。因此，本次預測時間段選取為100d，1000d和5500d。

5.4 污染途徑分析

通過工程分析，項目地下水污染源主要是集水池(污水處理反應池)。集水池一般不會發生泄漏，因此正常狀況下預測可以忽略對周邊地下水的影響，主要分析在非正常狀況下集水池底部破損污染源直接進入潛水含水層的影響。集水池出現非正常狀況時，污染物穿過損壞或不合格的防滲層，泄漏的污染物在重力作用下從地表逐步滲入地下，并造成局部的地下水環境受到污染，泄漏的污染物隨地下水的流動不斷擴散，最后導致地下水污染范圍不斷擴大。

5.5 評價標準

本次評價總磷的超標范圍以《GB3838-2002地表水環境質量標準》中Ⅲ類標準(0.2mg/L)作為限值，影響范圍以檢測方法檢出限(0.01mg/L)作為影響限值；鋅的超標范圍以《GB/T 14848-2017地下水質量標準》Ⅲ類標準(1.0mg/L)作為限值，影響范圍以檢測方法檢出限(0.00067mg/L)作為影響限值。

5.6 預測方法

本次預測集水池因位于地下，根據項目施工狀況，一般發生滲漏后難以在一定周期內發現。另外由于廠區潛水水位埋深較淺，假定地下水污染源泄漏后直接進入含水層，因此非正常狀況模型可概化為一維穩定流動一維水動力彌散問題的連續注入示蹤劑的概念模型。

結合場區水文地質條件，對含水層可做以下概化：

①研究域為一半無限長的多孔介質柱體，介質是均質和各向同性的；

②等速均勻流場，實際水流速度u為常數；

③初始時刻，研究域中無污染物；

④從初始時刻開始，在柱端連續注入濃度為C0的示蹤劑，示蹤劑是保守的，不發生吸附和衰變，其對流彌散是一維的。

按照《導則》要求，根據模型概化，一維穩定流動一維水動力彌散問題的連續注入示蹤劑數學模型為：

00

(2)

模型求解公式為：

(3)

式中：C—t時刻x處的污染物濃度(mg/L)；C0—注入的示蹤劑濃度(mg/L)；u—地下水流速(m/d)；x—距離注入點的距離(m)；DL—縱向彌散系數(m2/d)；t—時間(d)；erfc( )—余誤差函數。

(1)注入的污染物質量濃度C0

根據前期分析，集水池中鋅的初始濃度按進水水質88.93mg/L計算，總磷的初始濃度按進水水質37.73mg/L計算。

(2)潛水地下含水層的平均有效孔隙度ne

有效孔隙度是指含水層中流體運移的孔隙體積和含水層物質總體積的比值。依據前人研究成果，對于均值各向同性的水層，有效孔隙度數值上等于給水度。項目場地內潛水地下含水層均以粉質粘土為主，取值參考華北平原區域試驗成果及天津市水文地質條件的經驗參數值，確定潛水含水層給水度為0.07，本項目平均有效孔隙度ne為0.07。

(3)地下水平均流速u

根據本次在項目場地潛水地下含水層中進行的抽水實驗可知，潛水地下含水層平均滲透系數為0.14m/d，地下水徑流方向由北西西向南東東呈一維流動，地下水流向水力坡度I為1.67 ‰，因此場區內第四系潛水含水層地下水流速u=K×I/ne=0.14m/d×1.67‰/0.07=0.00334m/d。

(4)縱向彌散系數DL

彌散系數一般是通過野外彌散或室內土柱實驗確定，但是由于彌散系數的尺度效應，野外試驗和土柱實驗均不能較直觀地反應污染場地的彌散系數。在本次工作中結合地層巖性特征和尺度特征，參考Xu和Eckstein方程式(1995，基于海量彌散實驗測量數據和分型數學的統計公式)[14]確定其彌散度αm，進而計算彌散系數DL。

Xu和Eckstein方程式為：

αm=0.83(logLS)2.414

(4)

式中：αm—彌散度；LS—污染物運移的距離(m)，根據各狀況預測要求，以保守情況計算，取污染物的運移距離按200m計算。按照上式計算可得潛水含水層彌散度αm=6.205m。

由此計算項目場地內的縱向彌散系數：

DL=αm×u

(5)

式中：DL—土層中的縱向彌散系數(m2/d)；αm—土層中的彌散度(m)；u—土層中的地下水的流速(m/d)。

按照上式計算可得場地的縱向彌散系數DL=0.0207m2/d。

預測模型各參數匯總情況詳見表2。

5.7 預測結果

根據上述分析，將水文地質參數及污染源的源強，代入相應公式(2)、(3)進行模型計算，對污染物鋅和總磷在地下水環境中的分布、程度進行分析，從而對污染事故對地下水的影響進行定量的評價，給出預測點為集水池鋅和總磷的超標距離和影響距離。本次模型計算的結果見表3、圖2。

表2 預測模型參數表

表3 預測污染物鋅和總磷非正常狀況下擴散運移情況結果表

由預測結果可知：

(1)污染物鋅在泄漏100d達到超標范圍限值1mg/L，超標的最大運移距離為5.42m，泄漏1000d超標的最大運移距離為19.36m，泄漏5500d超標的最大運移距離為55.24m，隨著泄漏時間的增長，污染物超標運移范圍逐漸擴大。

污染物鋅在泄漏100d達到影響范圍限值0.00067mg/L，影響的最大運移距離為9.43m，泄漏1000d影響的最大運移距離為32.01m，泄漏5500d影響的最大運移距離為85.35m，隨著泄漏時間的增長，污染物影響運移范圍也逐漸擴大。

(2)污染物總磷在泄漏100d達到超標范圍限值0.2mg/L，超標的最大運移距離為6.79m，泄漏1000d超標的最大運移距離為23.6m，泄漏5500d超標的最大運移距離為65.5m，隨著泄漏時間的增長，污染物超標運移范圍逐漸擴大。

污染物總磷在泄漏100d達到影響范圍限值0.01mg/L，影響的最大運移距離為8.80m，泄漏1000d影響的最大運移距離為32.02m，泄漏5500d影響的最大運移距離為72.58m，隨著泄漏時間的增長，污染物影響運移范圍也逐漸擴大。

預測集水池中心點距東側廠界距離22m。非正常狀況下，預測污染物鋅和總磷超標(Ⅲ類)的最大運移距離和影響的最大運移距離均超出項目廠界。

6 結論

項目在發生非正常狀況情形下，由于項目地下水含水層徑流引起污染物彌散，對周邊地下水的影響會在一定時間內持續作用。在非正常狀況下根據預測結果可知，在服務期內(5500 d)，項目區鋅和總磷超標(Ⅲ類)的最大運移距離和影響的最大運移距離均超出項目廠界，非正常狀況下會對廠界以外地下水產生不利影響。

建議以建設單位為主體，按照國家相關規定與標準，建立地下水環境監控體系，制定企業地下水污染應急預案。明確防滲分區，參照標準防滲技術要求，核實和加強集水池、酸洗磷化池等潛在污染源的防滲措施。做好對集水池及周邊的檢漏檢查工作，定期清理和檢查，及時發現腐朽老化現象，杜絕非正常狀況的發生。在條件允許情況下，可進一步參考水力截獲、垂直防滲墻等相關防控工程經驗，最大限度地消除污染源。通過監控、防滲防控和檢漏等工作，減少污染對周邊地下水環境的影響。