某热电联产工程地下水环境影响分析

2018-05-22彭军

西部探矿工程 2018年5期

彭军

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建漳州363000）

随着我国经济建设的飞跃，电力工业有了飞速的发展，全国装机容量和发电量居世界第二。热电联产的蒸汽由于没有冷源损失，所以能将热效率提高到85%，比传统大型凝汽式机组(热效率达40%)还要高得多。可以说，大型电站热电联产化将是未来大型火电站发展的一种趋势。为了满足某石化工业园区内拟建及规划的石化企业热负荷需求，以及城市化建设对电力快速增长的需求，大力推进石化工业区的建设，促进地方经济持续发展，进一步加强地方工业发展带的基础设施建设，发展热电联产集中供热，发展循环经济，按照“以热定电”原则，建设本热电联产项目。然而石油化工、电力工业属污染较重行业，在前期规划中一定做好环境影响评价工作，其中污染物对地下水环境影响分析是不可或缺的一项。

1 区域概况

本区位于湄洲湾西南部的滨海岸，地处戴云山隆起带和台湾海峡沉降带之间的过渡带内，湾的走向受控于新华夏系北东-南西及北西-南东向构造线，周围陆地为低山丘陵及台地，地形起伏较大，地势西北高东南低，呈波状起伏，自西向东阶梯状下降，构成向东部、东南部开口的马蹄形地貌。本区原为滨海滩涂盐场区，地势平坦，区内自西向东主要由侵蚀剥蚀地貌和堆积地貌构成，地貌形态单元分为圆缓低丘陵、红土台地、冲洪积河流阶地、漫滩及冲海积阶地海滩5种类型。

本区出露地层主要为人工填层、第四系全新统海积层、更新统残积层及基岩，结合本项目评价区场地及临近地质资料，本区地层岩性比较简单，地层由新到老有：人工回填层、第四系全新统海积层、第四系更新统残积层及燕山晚期侵入的花岗岩。

2 水文地质条件

2.1 建设项目分类及评价工作等级划分

依据《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ610-2011)（以下简称《导则》）的建设分类要求，结合本工程规划、项目的特点以及本区的水文地质条件、水资源开发利用规划等确定工程所属类别。

由工程场地垂向渗水试验结果，场地包气带素填土层垂向渗透系数大于10-4cm/s，根据《导则》对包气带防污性能分级要求，本工程包气带防污性确定为较弱。建设场地包气带岩性渗透性能较强，场地地下水与海水存在一定水力联系，建设场地的含水层易污染特征表现为易受污染。场地为填海区，场地及周边区域环境水文地质条件简单，所在区域无集中式饮用水水源保护区分布。场地周边村庄均已通自来水，不取用地下水，区域地下水环境不敏感。项目工业废水和生活污水处理达标后基本可全部回用，不外排，污水排放强度小；项目污染物类型为常规指标为主，水质复杂程度简单，项目废水不会对区域地下水环境产生不良影响。综上各种因素，由《导则》相关规定，本次评价等级定为二级，详见表1。

2.2 地下水类型及富水性

表1 项目地下水评价等级判定表

根据地层含水介质类型可以划分为基岩孔隙裂隙水以及松散岩类孔隙水2种类型。以潜水为主，一般为无压状态，局部表现为微承压。

松散岩类孔隙水主要分布于本区内岸边滩涂区，含水层岩性主要为中砂，厚度1.0～5.0m。地下水富水性中等—较好，单井涌水量大于30～100m3/d。地下水主要接受大气降水补给，和围堰内的地表水（海水）联系密切，两者呈互补关系。地下水质类型为Cl-Na型，溶解性总固体变化之大与拟建地原为盐场有关。

本区风化带孔隙裂隙水水量贫乏，富水程度与微地形、风化壳厚度、母岩岩性等密切关系。局部地区单井涌水量1～10m3/d，属地下水极贫乏区；部分地区可达30～50m3/d，属地下水贫乏区。

2.3 场地包气带特征

地下水包气带的调查主要以地表岩性调查、剖面岩性描述和钻孔（民井）岩性分析以及包气带渗透试验为主。包气带渗透试验分为：现场包气带原位单环入渗试验和室内原状土渗透试验，当包气带岩性以砂性土或砾质类土时进行现场包气带原位入渗试验。

现场包气带原位入渗试验采用单环入渗试验进行，具体方法为首先埋置入渗仪，向环内注水，然后定时观测环内的入渗流量，并计算水流入渗速度，实时绘制水流入渗速度随时间的变化曲线，当水流入渗速度达到稳定后试验结束，并求取稳定入渗系数值。

单环试坑渗水试验计算公式：K′=Q/F

式中：K′——垂向渗透系数，cm/s；Q——稳定的渗入水量，mL/s；F——试坑渗水面积，cm2。

各层渗透系数及参数见表2及表3。

2.4 地下水补给、径流、排泄及流场

区内地形波状起伏，地势总体由南西向北东逐渐降低。区内无大的水系发育，仅发育季节性的溪沟，大气降水是本区的主要补给源，地下水总体由南西向东北方向径流，最终排泄入海。

表2 填土层渗坑水文参数计算一览表

表3 室内原状土渗透试验结果一览表

本区除了天然的地下水径流排泄外还有分散的少量民井开采，主要用于卫生清洁和少量灌溉用水。由于本区地下水赋水性差，开发利用程度不高，随着集镇和农村自来水改造工程的建设，目前周边各居民点均已经开通自来水，地下水开发利用程度在逐渐降低。

根据钻孔地下水水位观测资料绘制的地下水等水位线图可知，本地区地下水流场的总体特征为自西南向东北，由陆域向湄洲湾径流排泄。局部地段受微地形地貌影响，表现为分散汇集—径流排泄的流场特征。地下水主要来自丘陵岗地大气降雨的入渗补给，然后向湄洲湾分散排泄，主要特点是地下水的流程短、影响范围小、径流方向分散、流向多变。

3 地下水环境质量现状评价

3.1 环境保护目标及敏感点

项目场地应做好地下水污染防渗措施，严防污染，确保不改变目前地下水使用功能，防止与地下水存在水力联系的湄洲湾海域受到污染。项目场地位于填海区，最近居民点位于场地边界以南2.5km，厂址周边居民点均已接通市政供水管道，不饮用地下水。厂址地下水径流方向下游为海域，无集中或分散地下水取水设施，根据区域地下水功能区划及项目场地周边居民点用水情况，本项目关注的地下水敏感点为厂界周边3km以内的村落。

3.2 评价标准、方法与指标监测

地下水环境质量现状执行《地下水环境质量标准》（GB/T 4848-1993）中的Ⅲ类标准值，硫化物和石油类参考《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）III类标准值。地下水水质评价采用单因子指数法。

结合项目污水特征，地下水监测指标包括pH、总硬度、CODMn、Pb、As、Fe、Mn、Hg、Ni、Cd、Cr6+、溶解性总固体、Cl-、NO3-N、NO2-N、NH3-N、SO42-、挥发酚、F-、氰化物、硫化物、总大肠菌群、苯、甲苯、二甲苯、石油类、MTBE，同时记录水位埋深。

3.3 监测结果与评价

由监测结果可知，pH、挥发酚及石油类指标枯水期和丰水期监测结果均优于地下水质量标准III类限值；重金属指标除Pb超标外，其它指标也均达到地下水质量标准Ⅲ类限值要求，表明本区未受工业环境污染。

总硬度、氯化物、硫酸盐及溶解性总固体指标超标较严重，主要表现为海水特征。其中总硬度、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体枯水期超标率分别为80%、80%、60%、80%，最大超标倍数分别为15.44、62.60、6.48、27.47倍；丰水期超标率分别为60%、80%、60%、80%，最大超标倍数分别为11.44、65.12、8.52、28.54倍。

从超标项目来看，除海积成因影响外，近岸海水养殖、人类生活污水排放活动以及人工填海等也对区域地下水质产生一定影响。高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐指标枯水期超标率分别为20%、20%、0、0，最大超标倍数分别为0.56、10.70、0、0倍；丰水期超标率分别为60%、20%、20%、40%，最大超标倍数分别为5.67、26.40、1.19、47.9倍，主要考虑是受近岸海水养殖和周边生活污水排放影响。氟化物指标仅丰水期于2#检出超标，超标率为20%，最大超标倍数0.2，考虑主要是该点位局部填土土质氟化物浓度偏高影响。

4 地下水环境影响预测评价

4.1 定性分析与评价

正常工况项目生产、生活污水经厂区污水处理系统分部处理达标后全部回用。各蓄污水池池体和涉污管线均采取了相应的防渗措施，项目废水产排不会对区域地下水环境产生不良影响。

项目采用灰渣分除系统，即采用干式除渣与气力干除灰、粗细灰混排系统，厂内设封闭应急灰库，厂外采用汽车运灰渣方式，最终外卖综合利用处理；来自吸收塔的石膏浆经脱水系统脱水后收集运至石膏浆仓库临时堆存，最终外卖综合利用处理；污水处理设施产生的污泥，收集后进入污泥浓缩池，经污泥脱水机处理后，干泥收集统一外运；一般固废临时堆存场地严格按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）要求采取防渗措施。

事故情景下，生产废水发生泄漏，在整个模拟期内，污染物扩散范围逐渐增大，但受地下水流场的限制，地下水水力坡度小，流速较慢，污染范围并不大。只要及时采取有效应急措施，防治污染源持续泄漏，污染范围基本可控制在厂界之内。

4.2 定量预测与评价

4.2.1 水文地质概念模型及数学模型

建立水文地质概念模型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概化为便于进行数学与物理模拟的水文地质概念模型。在分析评价区实际水文地质条件的基础上，建立了三维地下水数学模型，其水文地质概念模型为非均质各向同性，而局部可视为均质处理。结合水文地质条件分析，场地孔隙水含水层较风化带孔隙裂隙含水层易于污染，是本次模拟的主要含水层。地下水水流三维数学模型可以用如下型式表示：

式中：Ω——模拟区域；

S1——模型的第一类边界；

S2——模型的第二类边界；

kxx、kyy、kzz—— x、y、z主方向的渗透系数，m/s；

w——源汇项，包括降水入渗补给、蒸发、开采和排泄量，m3/s；

μs——弹性释水系数，L/s；

H0(x,y,z)——初始地下水水头函数，m；

H1(x,y,z)——第一类边界已地下水水头函数，m；

q(x,y,z,t)——第二类边界单位面积流量函数，m3/s。

4.2.2 地下水环境污染预测评价

采用GMS软件将本区剖分成70m×55m的矩形网格，共计100行、100列，4676个有效计算单元，区域在垂向上和水平方向上按区域地质钻孔资料进行概化。基于所建立的地下水数值模型，结合项目平面布局、潜在污染风险识别和事故情景设置，对各类污染物进入地下水的情况进行预测。

结合预测模拟结果，可知模拟区污染物在各时刻的最大浓度值及超标影响面积大小（以地下水质量标准III类标准为限值，COD取3mg/L；氨氮取0.2mg/L；石油类取0.05mg/L；氟化物取1mg/L，对于超过上述限制的区域即影响范围）。

由于所假设情景为废水直接泄漏，未经处理的项目生产废水污染物浓度相对较高，因此事故废水渗漏会对项目场地地下水水质产生一定影响。从预测结果看，一旦发生事故泄漏，只要及时采取有效应急措施，防止污染源持续泄漏，污染范围基本可控制在厂界之内。

5 地下水污染防治措施

项目各生产装置、辅助设施及公用工程设施在布置上应该按照污染物渗漏的可能性进行区分，划分为污染区和非污染区。污染区根据可能发生泄漏的污染物性质进一步划分为一般污染防控区和重点污染防控区。

5.1 一般防控区污染防治措施

（1）贮煤仓：封闭煤仓，煤场基础应采用复合土工膜的防渗措施，防渗系数小于10-7cm/s。同时做好煤场地表水的疏排，地面设置足够排水坡度导向两侧排水沟，经排水沟收集后集中处理，不得随意外排。

（2）事故渣场严格按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）要求采取防渗措施，即“当处置场天然基础层的渗透系数大于1.0×10-7cm/s时，应采用天然或人工材料构筑防渗层，防渗层的厚度应相当于渗透系数1.0×10-7cm/s和厚度1.5m的粘土层的防渗性能”的要求。

（3）应急灰库基础防渗：全封闭，原土夯实，防渗措施应满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）要求。此外临海面防护堤及隔堤均应采取连续的防渗结构。

（4）生活垃圾临时堆存点、取水泵房等一般污染放置区可采用原土夯实并采取混凝土面层硬化防渗措施。

5.2 重点防控区污染防治措施

（1）液氨区、油罐区：从上至下依次采用“沥青砂绝缘层+砂垫层+长丝无纺土工布+2mm厚HDPE防渗膜+长丝无纺土工布+1.0m厚度粘土或原土夯实”的防渗方式，渗透系数不大于1.0×10-10cm/s。氨区及油罐区应设围堰，围堰基础同样应做防腐和防渗处理，围堰内设导流槽，围堰废水收集后排入污水处理系统进行处理。

（2）污水处理站、污水池防渗：污水处理站场地地面防渗可采用抗渗素混凝土、抗渗钢筋混凝土或抗渗钢纤维混凝土硬化防渗措施，防渗层强度等级不应小于C20，抗渗等级应大于P10。贮污水池应采用抗渗钢筋混凝土体结构，混凝土强度应不小于C30，池内壁采取防渗防腐处理，首先在池壁内壁铺设一层2mm厚的高密度聚乙烯（HDPE）膜（渗透系数K＜10-10cm/s），再涂刷3mm厚的环氧树脂合成剂进行防护。

（3）污水管网及物料管网铺设防渗：污水管道尽量明渠明沟敷设，如采用地下管道，应加强地下管道及设施的固化和密封，采用防腐蚀、防爆材料，防止发生沉降引起渗漏。所有管道系统均必须按有关标准进行良好设计、制作及安装。工程设计施工时，应严把设计和施工质量关，管道连接应多采用焊接，尽可能减少使用接合法兰，以降低泄漏几率。