某電廠擴建項目地下水環境影響評價研究

王有林，許曉霞，趙中強

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

地下水作為地球上重要的水體，與人類社會有著密切的關系。地下水以其穩定的供水條件、良好的水質，而成為農業灌溉、工礦企業以及城市生活用水的重要水源。受氣候變化和人類活動影響，近年來一些地區地下水資源發生變化，甚至出現了嚴重的超采和污染問題[1-4]。為保護地下水環境，防治污染，避免建設項目造成或加劇地下水環境污染，需科學合理的評價建設項目對地下水環境的影響。

國內地下水環境影響評價方面的研究始于20世紀70年代，有關學者對國內部分城市的地下水環境進行了評價和預測[5-9]。國家環保部于2011年2月正式出臺了《環境影響評價技術導則—地下水環境》(HJ610-2011)，并于6月1日正式實施。2016年對導則進行了修訂，并于2016年1月7日發布實施[10]。導則規定了地下水環境影響評價的原則、工作程序、內容、方法和具體要求，規范了地下水環境影響評價的相關工作，給相關從業者提供了技術依據。

華亭某電廠擴建工程屬于電力項目，在施工期、運營期可能會對地下水環境產生一定影響。因此，本次評價目的是查清建設項目所在區域的水文地質條件、地下水環境現狀，根據該項目的工程特征和污染特點，分析項目建設對當地地下水環境可能造成的不良影響，查明影響程度和范圍，從而制定避免、減少地下水污染的對策，為項目實現合理布局、最佳設計提供科學依據。

1 工程概況與地下水環境影響識別

1.1 工程概況

某電廠擴建工程擬建設2×1 000 MW超超臨界燃煤空冷發電機組，同步建設煙氣脫硫、脫硝裝置，建設場地為一期預留擴建場地。本期工程生產主水源為污水處理廠的再生水，不足部分和備用水源為王峽口水庫地表水，生活、消防水源為市政自來水。廠區設廢水處理系統，工業廢水處理后回用至全廠回用水系統，生活廢水處理后作為廠區綠化用水。正常工況下，產生的廢污水經處理后全部回用，退水量為零。

1.2 地下水環境影響識別

電廠對地下水水質的影響主要表現在其排放的工業廢水滲漏的污染物對地下水水質造成污染，此外還應考慮到干煤、灰淋溶對地下水水質的污染情況。

電廠的工藝系統及污水排放情況表明，由于電廠工藝、設備等技術的不斷完善，電廠污廢水達到“零排放”標準，所有的污廢水都被高效的回收再利用，酸堿廢水、脫硫水、冷卻排放水及沖洗廢水經過處理后污水大部分進入循環再利用系統，對外界水質影響不大。然而綠化、沖洗廠房地面、輸煤系統、汽車、道路等，大部分下滲外排，其成分和酸堿度還是會對地下水造成一定程度的污染。因此，在對電廠污廢水排放量界定時，應該綜合考慮所有可能對地下水造成影響的水，而不是單單考慮到工藝中的污廢水排放問題。此外貯煤區降雨入滲，淋濾會對地下水產生影響。

2 場地水文地質特征

2.1 地下水賦存條件及分布規律

主廠區位于關山東側侵蝕洪積扇和紅崖河二級階地上，總體地勢西高東低，由西南向東北緩傾。根據本次的水文地質鉆探成果，結合二期巖土工程鉆探、周邊坑探、水源井等資料，區內主要巖性為卵礫石層、含卵礫石粉砂土等。廠址區內第四系沉積物厚度為9.2～24.2 m。表層分布有0.4～6.7 m的填土層(多小于2 m，場地西北邊緣地段較厚)，透水而不含水；其下部為卵礫石層，層厚約7.9～22.9 m，局部夾有粗砂、砂礫石層透鏡體，其分布連續穩定，局部夾砂類土透鏡體，具有較好的儲水條件，是廠址區的主要含水層；最下部為新近系甘肅群泥巖，為隔水層，具水平層理。總體來看，地下水主要賦存于卵礫石層中，地下水流向與地形地勢較為一致，總體流向從西南至東北方向，主要以大氣降水和南汭河側向補給。

從垂向上來看，廠址區地下水埋藏較淺，豐水期地下水埋深0.6～5.5 m。水平方向上含水層分布均勻穩定，潛水水位由西南向東北遞減(圖1)。

圖1 廠區地下水等水位、等埋深圖

2.2 地下水補、徑、排特征

主廠區為地下水的補給徑流區，地下水的補給來源是地表水的入滲和大氣降水。由于地形相對平坦，砂礫卵石及漂石裸露地表，對大氣降水及地表水滲入有利，且年降雨量在600 mm以上，補給較充足。西南側山前季節性溪流于豐水期形成地表徑流，除沿途少量蒸發損耗外，絕大部分水量垂向入滲轉化為地下水后向下游側向徑流；此外，紅崖河對地下潛水形成側向補給。地下水由西南向東北徑流，流向與地形地勢基本一致，同時與紅崖河的流向近平行。潛水主要以泉的形式排泄，其次為徑流流出、陸面蒸發及人工排導等排泄方式。

2.3 場地地下水資源量計算

場地地下水資源計算是以本次評價區水文地質調查及水文地質鉆探工作為基礎。根據前期調查工作成果，確定廠區50 m深度范圍內地下水含水層為單一結構的潛水含水層。廠區處于水量富水區，礦化度均小于1 g/L。

根據調查結果，主廠區潛水含水層為本次計算評價的重點。廠區水位埋深較淺。該區主要受上游地下水徑流的側向補給，紅崖河的側向補給影響較小。因此從廠區的實際情況考慮，本次工作采用補給量法(式1)，即斷面法計算廠區的地下水補給資源量。

Q=K·I·B·H·T

(1)

式中：Q為地下水徑流補給量(m3/d)；K為滲透系數(m/d)；I為水力坡度；B為計算斷面寬度(m)；H為含水層厚度(m)；T為均衡計算時間(d)，T=365 d。

正確、合理地選擇地下水資源計算公式及參數，是保證和提高地下水資源計算精度的基礎，只有在正確計算參數的前提下，所計算的地下水資源才能反映客觀情況。然而計算參數又受到諸多因素的制約，因此，計算參數的確定具有十分重要的意義。

依據確定的計算公式，需計算的水文地質參數有：(1)含水層滲透系數(K)，根據廠址區ZK01、ZK03鉆孔抽水試驗成果及水文地質手冊經驗值，廠區含水層為含碎石砂卵礫石層，滲透系數(K)值取均值44.41 m/d；(2)水力坡度(I)，根據本次調查水點，采用實測的方法確定，為提高其精度，本次工作對該區的水點進行實測，并編制綜合水文地質圖，由圖上的等水位線，求得水力坡度(I)均值為30.1‰。30 m深度范圍內砂卵礫石層厚8～22.9 m，故含水層厚度平均取15 m，計算斷面寬度B由圖上量取值為550 m。

本次工作對廠區內有供水意義的潛水進行地下水資源計算，采用補給量法，即斷面法計算工作區地下水補給資源。計算成果如表1所示，廠區潛水側向流入補給量為402.5×104m3/a。

表1 地下水補給量計算表

2.4 地下水環境現狀監測

因為評價區近三年內均無地下水監測資料，因此本次評價期為一個連續水文年，對枯、豐水期的地下水水位、水質各監測一次。項目場地上游和兩側的地下水水質監測點各不少于1個點/層；建設項目場地及其下游影響區的地下水水質監測點不少于3個點/層，共設置監測點10個。

水質監測共選取了41個指標進行監測，監測項目包括：K+和Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3-、NO2-、礦化度、溶解性固體、電導率ms/cm、高錳酸鹽指數、可溶性SiO2、游離CO2、HBO2、Br-、I-、石油類、總硬度、暫硬度、永久硬度、pH、細菌總數、大腸菌群、揮發酚、氰化物、F-、As、Cr6+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Mn、Cu、Zn、Se、Co、Ni。

水質單項評價參數以《地下水質量標準(GB/T14848-2017》中的分類指標為參考標準[11]，整體評價方法采用內梅羅指數法[12-13]，將地下水質量分為5種類別，不同類別的標準值相同時，遵從從優不從劣的原則。然后在對各項評價指標的評價結果進行綜合比較時，一般采用就高不就低原則來確定地下水的質量類別，即當有某一參數含量較高時，則它所屬的類別即為地下水的類別，最后的歸類取決于各單項參數評價的最高值。

首先，根據表2對各組分進行單項評價，給予每個組分賦予不同的評價分值。

表2 地下水質量評分表

然后根據綜合評價分值F公式進行綜合計算。公式如下：

(2)

(3)

最后，根據上述公式計算F值，按照表3確定地下水質量類別。

表3 地下水質量分級表

按照內梅羅指數評價方法，對地下水質量進行評價，從表4看出，華亭電廠區地下水監測井共有10眼，其中8眼監測井的水質類別為Ⅱ類，其個數是監測井總數的80%；Ⅳ類有1眼，其個數是監測井總數的10%；Ⅴ類有1眼，其個數是監測井總數的10%。由于J13和TJ3這2眼井處于西華鎮周圍，這一帶是生活居住區和農業區，由于人類活動產生的大量含有“三氮”污染物的廢水肆意排放，其中的污染物進入地下水，導致NO3-和NO2-超過了Ⅲ類標準的上限，在進行單項組分評分時其值會偏高，所以在計算綜合分值時會影響最后的計算結果，使得這2眼監測井的水質類別變差。Ⅱ類監測井是監測井總數的80%，整個研究區內的地下水水質狀況良好。

表4 地下水質量評價結果

3 地下水環境影響預測與評價

3.1 預測原則、范圍與時段

考慮到地下水環境污染的隱蔽性和難恢復性，還應遵循環境安全性原則，預測評價能為地下水污染的防治和地下水環境保護提供科學依據。

預測的范圍、時段和內容根據建設項目類別為Ⅰ類，評價等級Ⅰ類一級、工藝特征和環境特征，結合環境功能和環境保護要求確定，以項目的工藝流程產生的工業廢水在林濾作用下造成的地下水污染、污水處理站滲漏對地下水水質可能造成的動態影響為重點，綜合分析在建設期和運營期的正常工況和事故工況下，這些特征污染物對地下水環境影響的預測結果。

參照現狀調查范圍，預測范圍為：主廠區以南汭河、紅崖河分水嶺為界，面積約為10.4 km2。該項目地下水影響預測時段包括建設項目建設期、生產運營期兩個階段。其中項目建設期擬定為2年；生產運營期為電場開始投入至服務期滿，擬定為2017-2036年，共20 a。

3.2 預測因子

預測因子為擬建項目產生的污染物有關的因子。該項目主要污染物為煤與煤灰堆積經淋濾作用形成的滲濾液，因此預測因子的選取只要依據煤與煤灰所含化學物質及國家地方要求控制的污染物來確定。

結合主廠區水質監測資料，確定主廠區的評價預測因子：SO42-、TDS、NO32-。其中所選取的預測因子分別代表了反應性污染物(SO42-、NO32-和氟化物)和保守性污染物(TDS)，其在含水層介質中的降解、遷移、反應機理差別不同，反應性污染物在遷移過正中容易與環境發生氧化反應，污染數量會隨年限的增長而降低，保守性污染物則一般不會與含水層介質或地下水發生化學反應。

3.3 數值模擬模型

污染物對地下水的影響因素主要為兩類，一類是與入滲量有關的因素，包括降雨量、降雨強度、降雨歷時、蒸發量、周邊地形等；另一類是與包氣帶及含水層性質有關的因素，這主要包括包氣帶厚度、包氣帶和含水層的滲透性能、地下水徑流強度以及隨地下水的遷移距離等水文地質和地球化學因素。根據污染物的遷移途徑，該項目地下水預測分析為非飽和帶(包氣帶)污染物遷移和飽和帶污染物遷移預測。評價等級為一級，采用地下水數值模型法對正常工況和非正常工況下污染物影響范圍及距離、污染物濃度動態變化進行預測分析。

根據實際水井調查情況，第四系松散孔隙含水層、基巖風化裂隙含水層為研究區當地居民主要水井取水層位，且兩層含水層之間存在水力互補聯系，因此可將兩層含水層作為同一個溶質運移模擬的目標含水層，該含水層可概化為非均質各向同性、連續分布、底板近似水平的含水層，其下部為25.5～40.5 m厚的弱透水層可視為隔水層。包氣帶巖性為全更新世粉土、粉質粘土，可視為透水或弱透水的上部邊界。

綜合研究區水文地質條件和地下水系統的獨立性、完整性來確定本研究區的地下水流場模擬范圍。根據廠址的水文地質條件，模擬區范圍內基本構成了地下水補、徑、排的完整的地下水流體系。模型的南、西邊界屬于山區與平原的沖洪積扇過渡帶，可概化為山前側向補給邊界，該邊界處理為定流量邊界；主廠區北面以南汭河、紅崖河分水嶺為界，可概化成流量邊界，模擬區面積約為10.4 km2。

3.4 主廠污染物遷移模擬

按照前述的數值模型、邊界條件和計算參數，以非穩定流方式運行模型，擬合計算得到初始滲流場等水位線見圖2。

圖2 初始滲流場等水位線圖

為查明研究區周圍污染物遷移特征，對污染物污染暈的現狀進行模擬。對研究區污染物的運移進行了20 a的預測，采用假設研究區內地下水流為穩定流時計算的地下水流場為初始水頭，對SO42-、NO32-、TDS的污染情況進行了預測。

對SO42-污染進行模擬，模擬結果見圖3。

圖3 不同時期SO42-污染暈分布圖

對TDS污染進行模擬，模擬結果見圖4。

圖4 不同時期TDS污染暈分布圖

根據對SO42-、NO32-、TDS的污染運移模擬成果(表5)，可得以下規律：(1)由于主廠所在位置有發育第四系的沖洪積層，堆積物以顆粒為主，或含少量泥巖碎石，有利于污染物運移;(2)SO42-比NO32-和TDS的污染暈面積大，水平運移速度也偏大，這和硫酸根離子濃度較高有關；(3)隨著時間的推移，污染物的污染暈的范圍增大，逐漸呈羽狀，濃度向兩軸方向逐次遞減，滲濾液污染程度與距污染源的距離有關，距離污染源越遠，污染物濃度越低；(4)在污染物濃度平面分布圖中，同一位置污染物的濃度隨時間逐漸增大。

表5 污染物模擬期內運移距離及影響范圍

3.5 地下水影響綜合評價

根據模擬結果，污染物在地下水含水層中向各個方向均有運移，這和溶質運移的彌散性有關，但主要以水平運移為主。污染物運移形成的污染暈大致為長軸沿流線方向的近似橢圓。表明水力梯度最大的地方污染物的運移速度最快，水力梯度較小的地方污染物的運移速度較慢，水力梯度是影響污染物運移的主要因素。

污染物滲流主要隨水流運移，表明污染物主要是受地下水水流方向的影響。雖然污染物的運移最終是與地下水的流向相同，但是污染物溶解在水中，也有其一定的擴散范圍，而且隨著時間的變化受外界因素影響。但由于研究區所在位置低洼，水流的匯水作用較明顯，因此在研究區污染源處溶質的彌散性不易被模擬出來，只在局部污染暈的邊緣有所體現。但在地下水流的下游方向上，污染暈基本呈現出以水流方向流線為對稱軸對稱分布，這是溶質運移中對流—彌散作用的結果，說明污染物在運移過程中對流和彌散作用起主要作用。

電廠主廠擴建項目所在區域位于西華鎮的上游，距離華亭縣較遠，除西華鎮以外居住居民稀少，當地飲用水源地位于電廠上游3 km處，而污染物是隨水流方向運移，且污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。華亭電廠灰場項目距城鎮較遠，下游1 500 m處才有居住居民，由于污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。

4 結語

(1)通過污染物解析法預測模擬，施工期污、廢水對評價區地下水環境影響不大。根據可研報告的防滲、監測、改造措施后，并結合已監測的地下水化學成分分析結果可知，項目正常運營將不會對地下水環境造成明顯影響。

(2)污染物運移形成的污染暈大致為長軸沿流線方向的近似橢圓。污染物滲流主要隨水流運移，污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。

(3)為確保電廠主廠擴建項目不對周圍環境造成危害，檢查主廠區及灰場區是否按設計要求正常運行，確保符合所有管理標準，故在電廠主廠擴建項目設置環境監測系統。