地下水環境影響評價工作常見問題及思考

王曉曦

（遼寧省環境規劃院有限公司，遼寧沈陽 110165）

1 引言

環境影響評價制度是我國生態文明建設的一項重要法律制度。根據《建設項目環境保護管理條例（修訂）》（國務院令第682 號）、《關于強化建設項目環境影響評價事中事后監管的實施意見》（環環評〔2018〕11 號）等文件，在環境影響評價工作中應“重點審查建設項目環境影響分析預測評估的可靠性”［1-2］，預測評估的可靠性直接影響到環境影響評估結論是否可行。

地下水環境影響評價是環境影響評價體系的重要組成部分。自HJ 610—2011《環境影響評價技術導則地下水環境》頒布實施以來，眾多重點行業高污染項目開展了等級較高（一級、二級）的地下水環境影響評價，進行地下水環境影響預測工作。根據導則要求，一級采用數值法，二級可根據水文地質條件選取數值法或解析法。2016 年地下水導則修訂，編號更新為HJ 610—2016。盡管進行了部分簡化，但對預測方法并未進行更改。據調查各生態環境管理部門公示的環評報告資料，在各地開展的地下水影響預測工作中，由于不重視水文地質條件的分析，導致對水文地質概念模型設計錯誤，預測結果可靠性差。本文重點對地下水影響預測工作中遇到的常見問題進行闡述，并提出在地下水影響預測工作中應關注的重點。

2 地下水環評常見問題及討論

通過收集國內公開的環境影響評價報告書，調查發現地下水環境影響預測內容存在的問題具體表現為：（1）二級評價不分析適用條件直接選用解析法；（2）水文地質參數、邊界條件不合理；（3）地下水水流數學模型錯誤；（4）地下水水流數值模型未經充分識別直接進行預測。

2.1 解析法的適用條件

HJ 610—2016 文件中針對地下水溶質運移提供了4 個解析解模型，分別適用于一維穩定流一維水動力彌散問題及一維穩定流二維水動力彌散問題，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定流，因此，在建設項目選擇適用解析法時，應分析水文地質條件是否適合概化為一維穩定流。

在HJ 610—2016“9.7.4”小節中明確提出［3］：“a）污染物的排放對地下水流場沒有明顯的影響；b）評價區內含水層的基本參數（如滲透系數、有效孔隙度等）不變或變化很小”。第2 條即對水文地質條件的分析，用于判斷評價區內含水層是否適合概化為一維穩定流。在調查的眾多環境影響評價報告中均未見到對水文地質條件的合理性分析，而直接選用解析解作為地下水二級評價的預測方法。

如建設項目評價區內分布基巖裂隙水、第四系松散孔隙水兩個不同的水文地質單元，而技術評價單位對此情況視而不見，也不進行說明，直接選擇解析法進行預測，故而得到的預測結果無法作為地下水環境影響評價結論評估依據。

此外，根據HJ 610—2016“9.7.1”規定，二級評價中水文地質條件復雜且適宜采用數值法時，建議優先采用數值法。

2.2 水文地質條件概化

地下水預測是一項專業性非常強的技術工作。多數老一輩水文地質專家學者一致認為，地下水預測的核心在于提高仿真性，尤其在數值模型領域，更應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概念模型設計，要重視水文地質條件和流動機理的分析。

HJ 610—2016 針對地下水環境影響評價的一級、二級評價提出了水文地質調查內容，可為地下水影響預測提供較為可靠精度的水文地質資料。水文地質條件概化可參考GWI－D8《水文地質概念模型概化導則》，具體可從下面幾個方面開展。

2.2.1 邊界條件概化

水文地質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。評價區一般選用自然邊界作為滲漏計算區域邊界。

自然環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、斷層則應根據地表水體與含水層的水力聯系、斷層兩側的巖層性質來判斷是屬于一類或是二類邊界［4］。

2.2.2 含水層結構概化

根據水文地質資料，確定隔水層、含水層在垂向、水平向的分布特征，即明確預測模型最終要劃分幾層、建立二維還是三維的問題；同時應明確含（隔）水層介質巖性，判斷概化為均質還是非均質、各向同性還是各向異性。

2.2.3 水文地質參數

水文地質參數是巖性介質的固有屬性，在一定時期和外部條件下可以視為恒定不變的參數。常見的水文地質參數包括滲透系數、儲水系數、給水度等。水文地質參數的概化是指參數分區的劃定，即根據掌握的水文地質條件，給出水文地質參數初步分區及各分區的經驗取值區間。

2.2.4 源匯項

根據評價區實際存在的地下水補給、排泄情況，分析評價區內存在源匯項目。常見的源匯項有降雨入滲、水面蒸發、灌溉入滲、間歇式河流下滲、排水溝、開采井等。

2.3 地下水流數學模型

根據HJ 610—2016，地下水環境影響評價重點關注的為潛水含水層，部分項目可能會涉及可能受影響且具有飲用水開發利用價值的下部含水層，這類項目主要為地下水井礦開采類。實際地下水環評工作中，多數環評報告將潛水含水層概化為二維平面流，有些為穩定流，有些為非穩定流。其中二級評價使用二維潛水穩定流占多數，一級評價兩者均有使用。

當然不管是二維、三維、穩態、非穩態水流數學模型，均應建立符合實際水文地質概念模型的數學方程。而公開的多數環評報告中的地下水預測內容有的直接抄襲其他項目的公式，有的不區分二維還是三維數學模型直接套用，有的甚至直接忽略數學模型內容不予介紹。

環評中地下水數值法存在的兩種常見問題：地下水水流數學模型不符合水文地質條件實際情況以及一級評價使用穩定流進行預測。

2.3.1 一級評價的地下水運動狀態問題

地下水運動狀態是水文地質條件概化的重要內容之一，已在2.2 小節進行描述。本處只對實際工作中地下水一級評價應該選擇哪種運動狀態進行討論。

根據HJ 610—2016，地下水環境現狀調查時應開展水位監測，監測頻次要求為：若掌握近3 年內至少1 個連續水文年的枯平豐水期地下水位動態監測資料，評價期內至少開展一期水位監測；若無上述資料，依據表1 開展水位監測。

表1 地下水環境現狀監測頻率參照

由HJ 610—2016 可知，地下水一級評價至少具有二期及以上的地下水水位數據，可以為非穩定地下水流模型提供識別和驗證的水位數據。因此，地下水一級評價應建立地下水非穩定流數學模型。

2.3.2 地下水數學模型的選擇問題

自然界的地下水流動基本都屬于三維流，是水文地質學界的共識。特別對于潛水含水層，降雨、河流及灌溉入滲等補給以及水面蒸發、抽水井等排泄途徑均發生在潛水面上，因此，理論上所有的地下水模型均應建立地下水流動三維模型。鑒于地下水環境影響評價中多關注的為污染物的水平遷移情況，在某些水文地質條件下可以概化為二維模型。

地下水的數學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定流數學模型

該數學模型適用于潛水含水層的三維非穩定流模型。具體模型方程如下：

式中，H 為水頭函數；Kxx，Kyy，Kzz分別為各向異性含水層x，y，z 方向的滲透系數；K 為邊界上的滲透系數；μd為重力給水系數；H0為初始時刻水頭分布；φ為第一類邊界B1上的已知水頭函數；q 為第二類邊界B2處的滲透速度；Ω 為滲流區域；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 為垂向補給強度。

若模型概化為穩定流，即地下水流狀態不隨時間變化而變化，則只需將右端取0。

2.3.2.2 地下水二維潛水非穩定流數學模型

當不考慮地下水流垂向變化時，三維流可概化為二維平面流。針對潛水含水層，即水文地質學中著名的Boussinesq 方程，數學模型方程如下：

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

地下水環境影響評價工作中的數值模型主要就是上述兩種，相關技術工作者應選擇合適的數學模型，用以表達項目評價區的水文地質條件。

2.4 地下水數值模型的識別和驗證

HJ 610—2016 明確提出，采用數值法預測前，應先進行參數識別和模型驗證，而在實際地下水環境影響預測工作中，如水文地質參數未經識別或識別不充分即進行下一步預測工作，會嚴重影響地下水預測結果的可靠性。

模型識別過程通過掌握的水文地質條件來調整有關參數和分區，同時模型識別過程也是對研究區水文地質條件再認識。通過科學合理的模型識別，獲得符合水文地質條件的數值模型，從而保證預測結果的可靠性。

模型的識別應遵循以下原則［5］：（1）模擬的地下水流場與實際地下水流場基本一致，即模擬的等值線與實測的等值線形狀相似；（2）模擬的地下水動態過程與實測的動態過程基本相似，即模擬水位過程線與實際地下水水位過程線形狀相似；（3）從均衡角度分析，模擬的地下水均衡變化與實際基本相符；（4）識別的水文地質參數、邊界條件等要符合實際水文地質條件。

上述4 條原則中第（2）（4）條尤為重要，由于實測的地下水流場是通過不同的數學插值方法插值而得，不能代表實際地下水流場情況，也忽略了水文地質條件。因此，地下水模型識別要尤其重視水位監測點的動態擬合、水文地質參數和邊界條件是否符合實際水文地質條件的分析［6］。

3 結論及建議

（1）地下水二級評價解析法僅適用于水文地質條件簡單、含水層可概化為一維穩定流的地區，建議其他地區采用數值法進行預測，以提高預測結果的可靠性。

（2）利用地下水環境調查的水文地質資料，加強水文地質條件和地下水流動機理分析，確保預測參數符合評價區內的水文地質規律。

（3）地下水一級評價應建立地下水非穩定流數學模型，并構建正確的地下水水流數學模型。

（4）地下水數值模型應開展充分的識別和驗證，尤其關注地下水位監測點的動態擬合、水文地質參數和邊界條件擬合。