油氣終端登陸管線的地下水環(huán)境影響評價

鄧兵杰 閆文娟 陳袁袁

(中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司)

0 引 言

油氣終端是指建造在陸地上的處理海上油氣田(群)開采出來的油、氣、水或其混合物的油氣初加工廠。作為海洋石油開發(fā)重要配套設(shè)施，為了便于接收海上油氣，多選址于濱海區(qū)域，以油氣管線連接海上油田群的生產(chǎn)物流。

油氣登陸管線途經(jīng)的濱海地區(qū)由于地勢低緩，是水分鹽分的匯集區(qū)，加之濱海灘涂復(fù)雜的土壤環(huán)境和地下水環(huán)境，其物理因素、化學(xué)因素和生物因素均可導(dǎo)致油氣管道發(fā)生腐蝕。一旦發(fā)生油品泄漏污染地下水，隨著地下水的流向遷移，不可避免出現(xiàn)石油類對近岸海洋環(huán)境造成影響，且地下水污染具有隱蔽性和難逆轉(zhuǎn)性的特點(diǎn)，地下水流速緩慢，自然循環(huán)更新周期長，一旦污染就難以修復(fù)[1]。加之濱海地區(qū)地下水、地表水以及海水之間的水力聯(lián)系密切，海陸相互作用研究已成為目前地學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題；濱海地區(qū)地下水環(huán)境一旦被污染，將對濱海地下水環(huán)境保護(hù)和污染修復(fù)造成嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2-3]。

針對建設(shè)項(xiàng)目的地下水環(huán)境影響預(yù)測評價，能預(yù)先評估可能造成的地下水污染的程度、范圍和遷移規(guī)律，對污染預(yù)防和修復(fù)具有重要意義。

本文選定HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》[4]實(shí)施以來，某新建油氣終端廠的地下水環(huán)境影響評價為例，針對油氣混輸?shù)顷懝芫€發(fā)生原油泄漏的狀況，開展地下水環(huán)境影響分析。

1 工程概況

某終端廠擬建于雷州半島某工業(yè)園區(qū)內(nèi)。項(xiàng)目登陸油氣混輸管道為雙層保溫鋼管，內(nèi)管16″，外管20″，采用API(美國石油協(xié)會)5L X65 HFW(高頻電阻焊)管線，保溫層厚度50 mm，設(shè)置3LPE(三層聚乙烯復(fù)合結(jié)構(gòu))外防腐涂層。管道采用直埋方式敷設(shè)，埋深1.2 m，總長900 m，輸送的原油密度為844 kg/m3。在油氣終端的近廠區(qū)域有3個拐點(diǎn)，原油登陸管線示意見圖1。

圖1 原油登陸管線示意

2 區(qū)域概況

終端場地位于海積平臺上，東部為火山臺地(海蝕階地)及少量現(xiàn)代河流沉積地貌。

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)總體地勢為東高西低略向北部灣傾斜的趨勢，自然標(biāo)高在0～20 m，海岸線走向呈北西向。發(fā)育有海積和海蝕階地、砂堤砂地和海漫灘，局部有海汊相隔。

2.1.1 構(gòu)造特征

本區(qū)在區(qū)域新構(gòu)造位置上，處于中新生代雷瓊斷陷盆地中部。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，且繼承性活動明顯；區(qū)內(nèi)盆地(凹陷)眾多，且斷塊差異運(yùn)動顯著。區(qū)內(nèi)絕大部分地區(qū)地表被第四紀(jì)火山巖風(fēng)化土及松散沉積物覆蓋，斷裂構(gòu)造形跡出露少，僅在火山口和局部海岸帶或陸地沖溝內(nèi)有零星出露。區(qū)內(nèi)的基底斷裂發(fā)育，主要有北東向、北西向和東西向三組斷裂，形成網(wǎng)狀的構(gòu)造格架。

2.1.2 地層巖性

調(diào)查評價區(qū)地表未見第三系地層，但在深孔中有揭露。本區(qū)第四系覆蓋全區(qū)地表，且發(fā)育較全。采用兩分法把第四系劃分為更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，并根據(jù)區(qū)內(nèi)巖性、巖相特征和成因、地貌等資料，進(jìn)一步劃分出六個地層組，即更新世湛江組、石茆嶺組、徐聞組；全新世北海組、新寮組、曲界組。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)調(diào)查評價區(qū)地層建造特征，火山活動規(guī)律，含水層巖性特征，地下水賦存條件及水動力特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為松散巖類孔隙水和火山巖類孔洞(隙)裂隙水兩大類。根據(jù)賦存特征，又可將松散巖類孔隙水劃分為淺層潛水-微承壓水和中深層承壓水。

依據(jù)水文地質(zhì)勘探成果和收集的相關(guān)勘探資料可知，淺層潛水-微承壓水下部存在粉質(zhì)黏土層，其分布連續(xù)穩(wěn)定，厚度大于5.0 m，是區(qū)內(nèi)淺層和中、深層地下水之間良好的隔水層；深層承壓水指埋深30 m以下的松散巖類孔隙水，其水量豐富，是區(qū)內(nèi)生活飲用水的主要開采層，開采深度在200 m左右；區(qū)域水文地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 水文地質(zhì)剖面

因區(qū)內(nèi)沒有工業(yè)和農(nóng)業(yè)開采地下水的問題，而生活飲用水開采量相對十分有限，因此中深層承壓水水動力場基本處于天然狀態(tài)。

從地下水環(huán)境影響評價工作的目的出發(fā)，該項(xiàng)目地下水研究目標(biāo)含水層為火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水、松散巖類孔隙潛水和松散巖類微承壓水。

2.3 地下水補(bǔ)徑排特征

2.3.1 火山巖類孔洞(隙)裂隙水

項(xiàng)目區(qū)域大氣降雨為火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水的唯一補(bǔ)給來源。

2.3.2 松散巖類孔隙水

在調(diào)查評價區(qū)西南部北海組地層沉積區(qū)，上部的松散巖類孔隙潛水和下部的火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水水力聯(lián)系密切，兩者之間雖然有粉質(zhì)黏土存在，但在咸淡水分界線附近該層逐漸殲滅，而在咸水分布區(qū)內(nèi)，該層粉質(zhì)黏土因沖蝕等作用亦不連續(xù)。因此該區(qū)的松散巖類孔隙潛水既接受養(yǎng)殖、曬鹽水體的垂直入滲補(bǔ)給，又接受東北側(cè)火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

受區(qū)內(nèi)地形地貌和玄武巖底板形態(tài)控制，區(qū)內(nèi)火山巖和松散巖類潛水由東北向西南方向徑流，最終排入北部灣海水。

3 地下水污染預(yù)測

3.1 工況分析

海洋油氣登陸管線作為海上油氣生產(chǎn)物流進(jìn)入油氣終端的輸送末端，多有埋深高程和壓力的變化，此段管道鋪設(shè)受終端廠區(qū)地理位置制約，常在較短距離內(nèi)發(fā)生較多拐點(diǎn)，因此會有更多焊縫產(chǎn)生，導(dǎo)致腐蝕概率增加。這些點(diǎn)位相對容易發(fā)生泄漏，造成非正常狀況下的地下水潛在污染因素。

本油氣終端的登陸管道在近廠區(qū)域有3個拐點(diǎn)，假定2#拐點(diǎn)發(fā)生泄漏，原油密度為844 kg/m3。

輸油管道滲漏量采用中國石油天然氣集團(tuán)有限公司王新等的估算方法進(jìn)行計(jì)算[5]。

上游站場到泄漏點(diǎn)壓力損失計(jì)算：

(1)

式中：Ps為壓力損失，Pa；Pup為上游站場壓力，Pa；Pdown為下游站場壓力，Pa；l1為上游站場距滲漏點(diǎn)距離，m；l2為下游站場距滲漏點(diǎn)距離，m；ρl為輸送介質(zhì)密度，kg/m3；g為重力加速度，取值9.8；Hup為上游站場相對下游站場高程差，m。計(jì)算所需參數(shù)見表1。

表1 管道計(jì)算相關(guān)參數(shù)

泄漏點(diǎn)處管道內(nèi)壓計(jì)算：

Pl=Pup-Ps+ρlg(Hup-Hx)

(2)

式中：Pl為泄漏點(diǎn)處壓力，Pa；Hx為泄漏點(diǎn)相對下游站場高程差，m。

本次計(jì)算中Hx=0。

泄漏點(diǎn)泄漏速率計(jì)算：

(3)

(4)

式中：qs為關(guān)閥前油品泄漏速率，kg/s；Cd為泄漏系數(shù)，取值0.65；Ah為泄漏孔的橫截面積，m2；Pa為外部環(huán)境壓力，取值101 325 Pa。

計(jì)算中取泄漏孔徑為0.002 m。

通過計(jì)算，qs為0.09 kg/s。

3.2 預(yù)測模型

結(jié)合該區(qū)域的地形地貌特征、水文地質(zhì)條件，此狀況下管道發(fā)生漏油對該區(qū)域地下水流場沒有明顯的影響，評價區(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，依據(jù)HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》的要求，地下水環(huán)境影響預(yù)測采用一維穩(wěn)定流二維平面連續(xù)點(diǎn)源模型，公式[4]如下：

(5)

(6)

式中：x，y為計(jì)算點(diǎn)處的位置坐標(biāo)；t為時間，d；C(x，y，t)為t時刻點(diǎn)x，y處的示蹤劑質(zhì)量濃度，mg/L；M為承壓含水層的厚度，m；mt為單位時間注入示蹤劑的質(zhì)量，kg/d；u為水流速度，m/d；n為有效孔隙度，量綱為1；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；K0(β)為第二類零階修正貝塞爾函數(shù)；W(u2t/4DL，β)為第一類越流系數(shù)井函數(shù)。

3.3 計(jì)算參數(shù)

地質(zhì)介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移主要受滲透系數(shù)在空間上變化的制約，即地質(zhì)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)影響。這一空間變化影響地下水流速，從而影響到溶質(zhì)的對流與彌散。通常空隙介質(zhì)中的彌散度隨著溶質(zhì)運(yùn)移距離的增加而加大，這種現(xiàn)象為水動力彌散尺度效應(yīng)[6]。水動力彌散系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.5 m2/d。

本場地地下水實(shí)際流速計(jì)算公式如下：

U=K·I/n

(7)

式中：U為地下水實(shí)際流速，m/d；K為滲透系數(shù)，m/d；I為水力坡度；n為有效孔隙度。

本評價中收集及實(shí)測的水文地質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 地下水實(shí)際流速計(jì)算參數(shù)

3.4 預(yù)測結(jié)果

以石油類為污染物，其標(biāo)準(zhǔn)參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體規(guī)定限值，標(biāo)準(zhǔn)限值為0.05 mg/L，檢出下限為0.01 mg/L。預(yù)測在非正常狀況情景下，石油類在地下水中的遷移過程，明確石油類運(yùn)移至海岸線時間和超標(biāo)的時間。

陸管拐點(diǎn)2#位于廠區(qū)邊界，距離南側(cè)海岸線300 m。當(dāng)陸管拐點(diǎn)2#油氣滲漏污染地下水時，100 d內(nèi)地下水中石油類污染縱向(x方向)擴(kuò)散距離為52 m，1 000 d內(nèi)地下水中石油類污染縱向(x方向)擴(kuò)散距離為170 m，第2 944 d地下水中石油類污染物擴(kuò)散至海岸線，出現(xiàn)檢出濃度，第3 291 d海岸線污染物出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。登陸管線泄漏原油在地下水中不同時間運(yùn)移預(yù)測結(jié)果見圖3。

圖3 登陸管線泄漏原油在地下水中不同時間運(yùn)移預(yù)測結(jié)果

4 結(jié)束語

通過對濱海油氣終端油氣登陸管線所經(jīng)地區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等水文地質(zhì)條件的調(diào)查和綜合分析，針對海洋油氣終端中的原油登陸管線泄漏情景，結(jié)合HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》的相關(guān)要求，進(jìn)行了地下水環(huán)境影響分析。重點(diǎn)分析了石油類在地下水中運(yùn)移至海岸線和超標(biāo)的時間，對濱海地區(qū)地下水環(huán)境管理和污染預(yù)防具有重要指示意義，亦為濱海地區(qū)地下水環(huán)境影響評價的開展提供了良好的實(shí)踐案例。