某項目地下水環境影響評價預測工況設定及預測結果對比分析

顧正聰，黃 倩，李 芳

（1.云南湖柏環保科技有限公司，云南 昆明 650228；2.紹興文理學院土木工程學院，浙江 紹興 312000）

0 引言

在項目建成運營過程中，存在污染物因防滲措施老化或腐蝕、儲罐爆炸等狀況下發生滲漏或泄漏的情況出現，滲漏或泄漏的污染物會對項目區及其下游的地下水環境產生不同程度的影響。因此本文選取某項目作為案例，在項目區及其周邊的地下水類型、含水層巖性、地下水監測井水位等水文地質條件調查的基礎上，建立數值模型，并對非正常狀況、風險事故狀況下的污染物進行模擬預測，之后對預測結果進行對比分析，分析污染物對地下水環境及敏感點的影響程度。

1 項目區概況

2 項目區水文地質條件調查分析

2.1 項目區地下水類型及含水層巖性

根據區域水文地質條件、地質勘察資料和現場調查，項目區地層自上而下依次為新生界第四系人工填土層（Q4ml）雜填土、第四系殘坡積層（Q4el+dl）粉質黏土、古生界泥盆系上統宰格組（D3zg）灰巖。項目區及其附近地下水類型自上而下依次為孔隙水和巖溶水，孔隙水含水層巖性主要為雜填土和粉質黏土，其富水性低，主要為上層滯水；巖溶水含水層巖性主要為灰巖，其富水性中等，是項目區的主要地下水類型，主要接受大氣降雨補給及上覆孔隙水的滲流補給。水文地質圖見圖1。

圖1 水文地質圖及水井、地下水監測井分布圖

2.2 項目區周邊水井、地下水監測井及其使用功能現狀調查

根據現場調查，項目區東側分布1個村莊水井，其為村莊的居民飲用水，抽水量約為200m3/d；在項目區及其周邊調查發現了7個地下水監測井，分別為1#監測井、2#監測井、3#監測井、4#監測井、5#監測井、6#監測井、7#監測井。水井和地下水監測井分布圖見圖1，水井和地下水監測井現狀調查信息見表1。

表1 水井和地下水監測井現狀調查信息表

2.3 項目區及其附近地下水類型及地下水補給、徑流、排泄條件

根據區域水文地質條件和現場調查，項目區及其附近地下水類型自上而下依次為孔隙水和巖溶水，孔隙水含水層巖性主要為雜填土和粉質黏土，其富水性低，主要為上層滯水。巖溶水含水層巖性主要為灰巖，富水性中等，是項目區的主要地下水類型，主要接受大氣降雨補給及上覆孔隙水的滲流補給，其總體上由西向東徑流，向螳螂川徑流排泄。地下水流向分析圖見圖1。

3 預測工況設定及預測模型的建立

3.1 預測工況設定和主要評價因子

根據《HJ 610-2016環境影響評價技術導則-地下水環境》要求，預測工況可分為正常狀況、非正常狀況、風險事故狀況三種類型，其中正常狀況時假設廠區做好防滲措施，廢水發生滲漏的可能性較小，對地下水環境的影響較小，不進行進一步的預測，主要對非正常狀況、風險事故狀況進行預測分析。

非正常狀況指防滲措施發生老化或腐蝕等情況時，廢水發生滲漏的工況。發生滲漏的廢水會對地下水環境造成持續影響，因此將污染源概化為連續穩定釋放的點源。風險事故狀況是指各儲罐等發生爆炸情況時，儲存的溶液瞬時泄漏至地面并下滲污染地下水環境的工況，泄漏的溶液會對地下水環境造成瞬時影響，因此將污染源概化為瞬時釋放的點源。

根據工程概況和工程性質，非正常狀況主要考慮廢水池發生老化或腐蝕等狀況時，暫存的生產廢水發生滲漏對地下水環境的影響，生產廢水中的污染物主要為氟化物，其濃度約為147.8 mg/L；風險事故狀況主要考慮氫氟酸儲罐全破裂，圍堰的地面防滲層失效的情況下，儲存的氫氟酸發生瞬時泄漏對地下水環境的影響，氫氟酸中的污染物主要為氟化物，其濃度約為107350 mg/L，并假設泄漏至地面的污染物在1 d內清理完畢。

根據《GB/T 14848-2017地下水質量標準》中氟化物的Ⅲ類標準值確定污染物外包絡線。非正常狀況、風險事故狀況下污染物泄漏點、源強、預測時間及包絡線限值見表2。

三是合理分配收益。灌溉工程所得收益，一是提取工程折舊和維修費，這些灌溉工程都按照一定的比例提取工程折舊費，工程在運行中如出現損壞，通過在收益中提取的工程維修費由管理者對損壞工程及時修復，保證工程能夠正常運轉；二是除去工程折舊維修費后在剩余費用中按事先確定的比例提取一部分作為工資支付給項目具體管理人員；三是去除上述兩項費用后剩余收益再由工程建設管理者按照投資比例進行分配，保證投資人的收益。

表2 非正常狀況、風險事故狀況下污染物泄漏點及源強一覽表

3.2 預測模型的建立

3.2.1 水文地質概念模型

根據水文地質圖中的地下水類型、水文地質單元分界線和實際地形確定模擬范圍，其北側、西側、南側以泥盆系海口組（D2h）的地層界線為界，東側以螳螂川為界，面積約為3.06 km2。將模擬區北側、西側、南側概化為隔水邊界，東側概化為水頭邊界，項目廠區東側分布的村莊水井概化為井邊界，抽水量約為200 m3/d。模擬區水文地質概念模型圖見圖1。

3. 2 .2 區域離散

模擬區以項目所在地中心位置為坐標原點，正北方向為y軸正向，正東方向為x軸正向，垂直向上為z軸正向，垂向上考慮4層，將模擬區域離散為46875個節點，74328個單元，區域剖分圖見圖2。

圖2 模擬區有限單元網格剖分圖

3.2.3 初始水位及水文地質參數賦值

項目區及其附近分布的孔隙水含水層富水性低，主要為上層滯水；巖溶水含水層富水性中等，是項目區的主要地下水類型，在建立數值模型時主要考慮污染物對巖溶水的污染影響。

根據1#監測井、2#監測井、3#監測井、4#監測井、5#監測井、6#監測井、7#監測井的地下水水位，獲得初始的地下水等水頭線分布圖（圖3）。根據地下水監測井現場試驗，獲得模擬區的滲透系數、彌散度等水文地質參數，其中灰巖的滲透系數取為0.42～5.58 m/d，灰巖層的縱向彌散度取為15 m，橫向彌散度取為3 m。

圖3 模擬區初始水位等水頭線分布圖

4 各工況下污染物對地下水環境影響的對比分析

4.1 污染物遷移擴散圖對比分析

根據建立的數值模型，將非正常狀況、風險事故狀況下的污染物源強分別導入數值模型進行預測，預測時間均為100 d、1a、1000 d、5 a、10 a、15 a。根據預測結果，將非正常狀況和風險事故狀況下的污染物遷移擴散圖進行對比，以分析兩種預測工況下遷移擴散的變化情況，對比分析結果見圖4。

從圖4中可看出，非正常狀況下，廢水池內暫存的生產廢水發生持續滲漏，污染源位置不發生變動，中心點氟化物濃度保持不變，氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴散，隨著時間的增加，氟化物的擴散距離和擴散范圍會越來越大。

圖4 非正常狀況和風險事故狀況下的污染物預測結果圖

風險事故狀況下，儲存的氫氟酸發生瞬時泄漏，待泄漏的氫氟酸清理完畢后將不在滲入地下水環境中，滲入地下水中的氫氟酸為瞬時源，隨著時間的增加，氫氟酸中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴散的過程中，中心點濃度會逐漸降低，擴散距離會越來越大，但擴散范圍呈現先增大后減小的趨勢。

4.2 中心點濃度變化對比分析

根據預測結果，將非正常狀況和風險事故狀況下的中心點氟化物濃度變化進行對比，以分析兩種預測工況下中心點氟化物濃度的變化情況，對比分析結果見圖5。

從圖5中可看出，非正常狀況下，廢水池內暫存的生產廢水發生持續滲漏，滲漏進入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，中心點氟化物濃度均為147.8 mg/L，與污染源強濃度保持一致。

圖5 非正常狀況和風險事故狀況下中心點氟化物濃度變化對比分析圖

風險事故狀況下，瞬時滲入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 d、10 d、15 d后，中心點氟化物濃度分別約為229.05 mg/L、35.75 mg/L、10.53 mg/L、6.03 mg/L、3.19 mg/L、1.39 mg/L，即隨著時間的增加，中心點最大濃度值呈減小趨勢，在1 a內中心點最大濃度降低較快，之后降低較慢，但一直呈減小趨勢，運移15 a后中心點氟化物的最大濃度值降為1.39 mg/L，趨近于地下水Ⅲ類標準值。

4.3 遷移擴散距離預測結果對比分析

根據預測結果，將非正常狀況和風險事故狀況下的遷移擴散距離進行對比，以分析兩種預測工況下遷移擴散距離的變化情況，對比分析結果見圖6。

從圖6中可看出，非正常狀況下，持續滲入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環境受氟化物影響的最大距離分別約為69.0 m、131.6 m、244.8 m、389.2 m、689.0 m、998.8 m，即隨著時間的增加，地下水環境受污染物影響的距離會越來越大。

圖6 非正常狀況和風險事故狀況下遷移擴散距離變化對比分析圖

風險事故狀況下，瞬時滲入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環境受氟化物影響的最大距離分別約為106.6 m、217.4 m、415.5 m、636.4 m、1013.7 m、1285.1 m，即隨著時間的增加，地下水環境受污染物影響的距離會越來越大。

4.4 最大污染擴散范圍預測結果對比分析

根據預測結果，將非正常狀況和風險事故狀況下的最大污染擴散范圍進行對比，以分析兩種預測工況下最大污染擴散范圍的變化情況，對比分析結果見圖7。

從圖7中可看出，非正常狀況下，持續滲入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環境受氟化物影響的最大污染擴散范圍分別約為4830.87 m2、11272.03 m2、 25764.63 m2、46698.39 m2、103058.52 m2、161028.94 m2，即隨著時間的增加，地下水環境受污染物影響的范圍會越來越大。

圖7 非正常狀況和風險事故狀況下最大污染擴散范圍變化對比分析圖

風險事故狀況下，瞬時滲入地下水環境中的氟化物運移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水環境受氟化物影響的最大污染擴散范圍分別約為14753.06 m2、36882.66 m2、66388.78 m2、93436.07 m2、94665.49 m2、24588.44 m2，即隨著時間的增加，地下水環境受污染物影響的范圍呈現先增大后減小的趨勢，最大污染擴散范圍約為94665.49 m2，出現在第10 a。

4.5 敏感點污染物濃度變化對比分析

根據預測結果，將非正常狀況和風險事故狀況下敏感點（村莊水井）中的污染物濃度變化進行對比，以分析兩種預測工況下污染物對敏感點的影響狀況，對比分析結果見圖8。

從圖8中可看出，非正常狀況下，氟化物持續滲入地下水環境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村莊水井中氟化物的濃度分別約為0 mg/L、0 mg/L、0 mg/L、0.000350 mg/L、0.131 mg/L、0.865 mg/L，即隨著時間的增加，村莊水井中的污染物濃度會逐漸增大，在第15 a的時候，污染物濃度會接近于地下水Ⅲ類標準值。

圖8 非正常狀況和風險事故狀況下村莊水井中氟化物濃度變化對比分析圖

風險事故狀況下，氟化物瞬時滲入地下水環境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村莊水井中氟化物的濃度分別約為0 mg/L、0 mg/L、 0 mg/L、0.0067 mg/L、2.295 mg/L、0.331 mg/L，即隨著時間的增加，村莊水井中的污染物濃度會呈現先增大后減小的趨勢，在第10 a的時候，污染物濃度出現最大值，為2.295 mg/L，其超過地下水Ⅲ類標準值，此時村莊水井會出現超標現象；其余時間的污染物濃度均未超過地下水Ⅲ類標準值，村莊水井不會出現超標現象。

5 結論

本文以某化工廠項目為例，在水文地質資料收集和現場調查的基礎上，建立數值模擬模型，并對非正常狀況、風險事故狀況下的污染物進行模擬預測，之后對預測結果進行對比分析。通過對比分析可得出的主要結論如下：

（1）在非正常狀況下，廢水池內暫存的生產廢水發生持續滲漏，污染源位置不發生變動，隨著時間的增加，滲漏進入含水層中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴散的過程中，中心點氟化物濃度保持不變，氟化物的擴散距離和擴散范圍會越來越大，敏感點（村莊水井）中的污染物濃度會逐漸增大。

（2）在風險事故狀況下，儲存的氫氟酸發生瞬時泄漏，待泄漏的氫氟酸清理完畢后將不再滲入地下水環境中，滲入地下水中的氫氟酸為瞬時源，隨著時間的增加，氫氟酸中的氟化物在地下水徑流和彌散作用下向下游遷移擴散的過程中，中心點氟化物濃度會逐漸降低，擴散距離會越來越大，但擴散范圍呈現先增大后減小的趨勢，敏感點（村莊水井）中的污染物濃度呈現先增大后減小的趨勢。