地下水环境影响一级评价水文地质调查的工作内容和方法

梁 静 徐铁兵

（河北省环境科学研究院，石家庄 050037）

1．引言

地下水是水资源的重要组成部分。随着城市规模的扩大、人口的增加和社会经济的快速发展，地下水供水比例越来越高，已成为生活和工农业用水最主要的供水水源之一。因此，保护地下水水源不受污染、保证地下水资源的合理利用，引起了国家和整个社会的重视。2011年，国家环境保护部制定了《环境影响评价技术导则—地下水环境》（以下简称导则）［1］，这表明今后的地下水环境影响评价将更加严格和规范。自导则实施以来，地下水环境影响评价就成为整个建设项目环境影响评价中的难点［2］，其主要原因有：（1） 地下水环境影响的隐蔽性：由于地下水环境受污染隐于地下，人们不能直接观察到，即使污染程度已经很严重，还是很难被发现；（2） 地下水环境影响的滞后性：从地下水环境污染发生到显现危害需要经历漫长的历程，有可能建设项目已经结束，地下水的危害才突显出来；（3） 地下水环境影响评价任务的艰巨性：查清地下水环境耗资大、专业性强、技术复杂，在项目论证阶段实施难度大。

《导则》将地下水环境影响评价划分为三个工作等级。其中，一级评价对水文地质调查的要求最高。本文详细介绍地下水环境影响一级评价需要进行的工作，二级评价和三级评价可在此要求的基础上简化［1］。

2．水文地质调查内容及方法

结合项目评价范围，按1∶1万开展调查工作，调查内容包括： 收集评价区内水文地质、工程地质、环境地质等环境背景有关资料，调查评价区内地下水质量现状和开发利用情况；详查评价区水文地质条件；调查环境水文地质问题和地下水污染源特征；开展环境水文地质钻探，以了解工作区地层结构、含水层与隔水层分布、包气带岩性空间分布；进行抽水实验、弥散实验，确定地下水环境影响预测所需要的水文地质参数。工作思路详见图 1。

图1 地下水污染预测与评价的一般步骤

2.1 收集资料

在工作开始阶段，首先要收集现有的研究区相关资料，包括：该地区区域水文地质调查报告及水文地质图；地下水资源评价报告；综合水文地质普查报告；供水水文地质勘察报告；地下水资源普查报告；地下水资源量调查评价报告（也可收集项目周边地区已有项目工程的水文地质勘察报告）；地下水水源保护区建立相关政府文件；第四系潜水动态监测数据、曲线，动态报告，和同期大气降水、蒸发资料：评价区河流、渠系及其支流上、下游断面多年流量资料；区内农田分布面积与灌溉定额（均衡计算用）；项目工程可行性研究报告和工程地质勘察报告等。以上这些资料，对于了解和掌握研究区基本的水文地质和环境地质条件及建设项目的基本情况是有帮助的，要尽量收集。一般来说，在此阶段收集的资料直接影响后面野外调查的工作量。

2.2 野外调查

为详细掌握建设项目场地的环境水文地质条件（给出的环境水文地质资料的调查精度应大于或等于1∶1 万）及评价区域的环境水文地质条件（调查精度应大于或等于1∶5 万），对评价区域（具体范围根据《导则》确定）进行1∶1 万水文地质条件调查。调查的主要内容包括：评价区分布的地下水类型，含水层和隔水层的岩性组成、厚度、渗透系数及含水层的富水程度；地下水的补给、径流和排泄条件；地下水动态，包括水位、水质、水量、水温等因素；地下水的开发利用现状，包括供水水源地和水源井的分布情况（包括开采层的成井密度、水井结构、深度及开采历史）；地下水的现状监测（要掌握现状监测井的深度、结构、成井历史及使用功能）；原生环境水文地质问题、地下水开采过程中水质、水量、水位的变化情况及引起的环境水文地质问题 ；与地下水有关的其他人类活动情况调查，入保护区划分情况等。具体工作包括：

2.2.1 野外试验

（1）水文地质钻探

为查明工作区地层结构以及含水层的分布特征，对建设项目评价区开展水文地质勘察钻探工作，根据评价区钻探所取得的地层、地下水位数据，并结合该区域地形地貌条件，编制水文地质钻孔柱状图和评价区水文地质剖面图。基于此，能较清楚的认识评价区分布的地层岩性、地下水类型、含水层和隔水层的岩性组成、厚度。

（2）抽水试验

水文地质参数是研究地下水运动问题非常重要的参数。根据现场抽水试验资料确定含水层水文地质参数是野外水文地质工作中经常采用的较为行之有效的方法之一[3]。根据试验目的，选择合适的抽水试验类型，并选用相应的公式对涌水量、水位降深和时间进行相应的计算，得到水文地质参数，掌握评价区含水层和隔水层的渗透系数及含水层的富水程度。

（3）渗水试验

渗水试验用来测定包气带非饱和岩土层渗透系数。从渗水试验结果可知，评价区包气带垂向渗透系数，用于判断建设场地的包气带的防污性能。

2.2.2 地下水环境现状监测

地下水环境现状监测主要通过对地下水水位、水质的动态监测，了解和查明地下水水流与地下水化学组分的空间分布现状和发展趋势，地下水与地表水、不同含水层之间的补给、排泄关系，为地下水环境现状评价和环境影响预测提供基础资料。

（1）地下水水位监测

为查明评价区的地下水埋深地下水流向及开发利用情况，在满足《导则》要求的情况下，尽量选择评价区域现有的地下水水井（包括民用井、农用井、泉等）进行水位监测，若不满足要求，在水文地质钻探阶段要增设地下水水位观测井。分别在评价区域的枯、平、丰三期进行一次测量。

（2）水准测量

水准测量目的在于确定各类水文地质点、物探点、地表水监测断面的地面标高，据此确定地下水流场。测量对象包括全部水位统测点及河流监测断面。通过野外地下水水位和地面标高的监测，采用计算机结合监测数据、地形特点，绘制地下水等水位线及埋深图。

（3）地表水流量监测

其目的在于通过对研究区内河流及其主要支渠上下游断面流量监测、水准测量，确定地下水与地表水补排关系，调查其地下水与地表水转换量。

（4）地下水均衡调查

其目的在于通过地下水开采量调查、地表水流量监测，对评价区地下水资源进行均衡计算。调查内容包括地下水开采井数、日开采量、井深、开采层位（孔隙水、裂隙水）、地下水水位、井孔类型（大口井、机井）；统计分散式农户自备水源井分布、井深、开采层位、地下水埋深、平均单井开采量及全区地下水总开采量；通过对区内河流及其支渠上、下游河流断面的监测，分别了解各断面间地表水的增、减量，地下水与地表水补排关系；调查了解评价区农田灌溉定额，确定评价区边界类型；计算评价区大气降水入渗补给量、农田灌溉补给量、河流（人工渠）入渗补给量、地下径流补给量；地下水分散开采量、地下径流流出量、河流（泉）排泄量、地面蒸发排泄量，据此编制地下水开采现状图、地下水开采强度分区图。

（5）地下水水质监测

地下水水质监测的成果主要用于对评价区域的地下水环境质量现状进行评价，并为建设项目的特征污染物的环境影响预测提供基础数据。监测频率、样品采集和测定的具体要求见《导则》和《地下水环境监测技术规范》[4]。

2.2.3 地下水污染源调查

目的在于了解评价区内地下水污染源的基本情况，其中包括各厂污染源名称、主要污染物的浓度、排放去向、等标污染负荷等内容。一般可通过搜集现有资料解决，对于没有污染源调查资料，或已有部分调查资料，尚需补充调查的地区，可与环境水文地质问题同步进行。

2.3 地下水环境影响预测与评价

一级评价要求对地下水水质、水量采用数值法进行影响预测和评价。一般的步骤分为：建立地下水水流数值模型，识别和验证该模型和地下水污染预测。

2.3.1 地下水流数值模型建立

水文地质概念模型是把含水层实际的边界性质、内部结构、渗透性质、水力特征和补给排泄等条件进行概化，便于进行数学与物理模拟。地下水流数值模型建立具体步骤如下：

（1）模型概化

① 确定研究区：必须包括敏感目标，尽可能选择研究程度较高的地区，选择天然地下水边界（河流、断层、地层分界线等），尽量避免人为边界（行政区等）。

② 含水层概化：通过分析现有资料（地质、水文地质以及水资源开发利用报告等），获取含水层在均质性、各向同性和水流动态等方面的特征，根据含水层特征，将模型概化为相应的渗流系统（例如具有非均质、各向同性特点三维地下水非稳定渗流系统），为选择合适的地下水渗流模型提供基础资料。

③ 边界概化：包括垂向边界和侧向边界。模型在确定边界时遵循尽可能采用自然边界的原则，最好以完整的水文地质单元（一个流域：与其他流域没有水量交换）为计算区。例如，河流就是自然边界：当其与地下水有密切（联动：河流与地下水水位一致）的水力联系时，可作为水头边界；反之，可作为流量边界。

（2）建立地下水渗流数学模型

根据含水层的水力特征（均质性、各向同性、水流的稳定性等），结合边界条件，选择合适的地下水渗流偏微分方程，并给出初始条件。

（3）建立地下水渗流数值模型

目前，数值模拟最常用的软件有两种， Waterloo公司开发的三维地下水流及污染物运移模拟软件Visaul Modf low和由brigham yong university 的环境模型实验室与美国军工水道试验站合作开发的地下水模型系统Groundwater Model System（简称GMS）。

运行软件，再依次将地面高程、地下水水位、含水层底板高程等基础数据输入模型，将边界侧向流量、地下水开采量、大气降雨量边界置入模型。根据模拟区已有的水文地质资料，进行水文地质参数分区，并将抽水试验获得的渗透系数以及不同岩性的渗透系数经验值，带入各分区，作为初始水文地质参数。然后即可运行模型，得到各水位点的计算值，即为地下水水流数值模型。

2.3.2 识别和验证地下水流数值模型

模型的识别和验证是整个模拟中极为重要的一步工作，通常要进行反复地调整参数才能达到较为理想的拟合结果。通过各统测水位点的计算值与实测值进行比较，率定参数，校正构建的地下水渗流数值模型。经校正后，即可认为构建的模型能够客观反映研究区的水文地质条件。模型的识别验证主要遵循以下原则：① 模拟的地下水流场要与实际地下水流场基本一致；② 从均衡的角度出发，模拟的地下水均衡变化与实际要基本相符；③ 识别的水文地质条件要符合实际水文地质条件。

2.3.3 地下水流场预测和地下水污染预测

一般要预测正常工况和非正常工况两种情况。以识别和校正后的模型为基础，系统分析拟建工程在建设、生产运行和服务期满后的各个过程中，可能造成地下水水质污染的污染源和污染因子，联合求解水流方程和溶质运移方程就可得到污染质的时空分布。

3．小结

由于建设项目中产生的废、污水一般不直接排入地下水中，加上水文地质条件的复杂性，地下水环境影响评价是整个环境影响评价中的薄弱环节。但是要保证地下水环境保护措施的有效性和可操作性，保护措施的选择必然要依据地下水运动的基本原理，如何减缓携带污染物的地下水渗流速率，降低污染物迁移途径中含水介质的渗透系数和地下水的水力坡度等。地下水环评的重要性不言而喻。在此过程中需要注意以下问题：① 地下水环境现状调查应以收集现有资料为主, 必要时补充做些现场调查和试验。② 地下水的污染源调查应注重那些能使污染物进入地下水中的源的位置。③ 在建立地下水水流模型阶段，在确定边界时，尽可能采用自然边界的原则，最好以完整的水文地质单元（一个流域：与其他流域没有水量交换）为计算区。

[1] 环境影响评价技术导则：地下水环境[S]. 北京：国家环境保护部，2011.

[2] 朱学愚，钱孝星. 地下水环境影响评价的工作要点[J]. 水资源保护，1998（4） ：48-53.

[3] 薛禹群、朱学愚,地下水动力学[M].北京：地质出版社,1979：207-240.

[4] 地下水环境监测技术规范[S]. 北京：国家环境保护部，2004.