地下水环境影响评价工作常见问题及思考

2021-05-19王晓曦

环境保护与循环经济 2021年3期

王晓曦

（辽宁省环境规划院有限公司，辽宁沈阳 110165）

1 引言

环境影响评价制度是我国生态文明建设的一项重要法律制度。根据《建设项目环境保护管理条例（修订）》（国务院令第682 号）、《关于强化建设项目环境影响评价事中事后监管的实施意见》（环环评〔2018〕11 号）等文件，在环境影响评价工作中应“重点审查建设项目环境影响分析预测评估的可靠性”［1-2］，预测评估的可靠性直接影响到环境影响评估结论是否可行。

地下水环境影响评价是环境影响评价体系的重要组成部分。自HJ 610—2011《环境影响评价技术导则地下水环境》颁布实施以来，众多重点行业高污染项目开展了等级较高（一级、二级）的地下水环境影响评价，进行地下水环境影响预测工作。根据导则要求，一级采用数值法，二级可根据水文地质条件选取数值法或解析法。2016 年地下水导则修订，编号更新为HJ 610—2016。尽管进行了部分简化，但对预测方法并未进行更改。据调查各生态环境管理部门公示的环评报告资料，在各地开展的地下水影响预测工作中，由于不重视水文地质条件的分析，导致对水文地质概念模型设计错误，预测结果可靠性差。本文重点对地下水影响预测工作中遇到的常见问题进行阐述，并提出在地下水影响预测工作中应关注的重点。

2 地下水环评常见问题及讨论

通过收集国内公开的环境影响评价报告书，调查发现地下水环境影响预测内容存在的问题具体表现为：（1）二级评价不分析适用条件直接选用解析法；（2）水文地质参数、边界条件不合理；（3）地下水水流数学模型错误；（4）地下水水流数值模型未经充分识别直接进行预测。

2.1 解析法的适用条件

HJ 610—2016 文件中针对地下水溶质运移提供了4 个解析解模型，分别适用于一维稳定流一维水动力弥散问题及一维稳定流二维水动力弥散问题，具体的公式详见HJ 610—2016 附录D，本文不再列出。

由解析解模型的名称可以得知，其适用的前提条件之一即一维稳定流，因此，在建设项目选择适用解析法时，应分析水文地质条件是否适合概化为一维稳定流。

在HJ 610—2016“9.7.4”小节中明确提出［3］：“a）污染物的排放对地下水流场没有明显的影响；b）评价区内含水层的基本参数（如渗透系数、有效孔隙度等）不变或变化很小”。第2 条即对水文地质条件的分析，用于判断评价区内含水层是否适合概化为一维稳定流。在调查的众多环境影响评价报告中均未见到对水文地质条件的合理性分析，而直接选用解析解作为地下水二级评价的预测方法。

如建设项目评价区内分布基岩裂隙水、第四系松散孔隙水两个不同的水文地质单元，而技术评价单位对此情况视而不见，也不进行说明，直接选择解析法进行预测，故而得到的预测结果无法作为地下水环境影响评价结论评估依据。

此外，根据HJ 610—2016“9.7.1”规定，二级评价中水文地质条件复杂且适宜采用数值法时，建议优先采用数值法。

2.2 水文地质条件概化

地下水预测是一项专业性非常强的技术工作。多数老一辈水文地质专家学者一致认为，地下水预测的核心在于提高仿真性，尤其在数值模型领域，更应该重视其模拟仿真性。而提高模型仿真性的核心即水文地质概念模型设计，要重视水文地质条件和流动机理的分析。

HJ 610—2016 针对地下水环境影响评价的一级、二级评价提出了水文地质调查内容，可为地下水影响预测提供较为可靠精度的水文地质资料。水文地质条件概化可参考GWI－D8《水文地质概念模型概化导则》，具体可从下面几个方面开展。

2.2.1 边界条件概化

水文地质模型的边界一般包括一类给定水头边界、二类流量边界条件。评价区一般选用自然边界作为渗漏计算区域边界。

自然环境中常见的边界有地表水体、断层、岩层接触边界、分水岭、泉等。一般岩层接触边界、分水岭、泉概化为二类流量边界，而地表水体、断层则应根据地表水体与含水层的水力联系、断层两侧的岩层性质来判断是属于一类或是二类边界［4］。

2.2.2 含水层结构概化

根据水文地质资料，确定隔水层、含水层在垂向、水平向的分布特征，即明确预测模型最终要划分几层、建立二维还是三维的问题；同时应明确含（隔）水层介质岩性，判断概化为均质还是非均质、各向同性还是各向异性。

2.2.3 水文地质参数

水文地质参数是岩性介质的固有属性，在一定时期和外部条件下可以视为恒定不变的参数。常见的水文地质参数包括渗透系数、储水系数、给水度等。水文地质参数的概化是指参数分区的划定，即根据掌握的水文地质条件，给出水文地质参数初步分区及各分区的经验取值区间。

2.2.4 源汇项

根据评价区实际存在的地下水补给、排泄情况，分析评价区内存在源汇项目。常见的源汇项有降雨入渗、水面蒸发、灌溉入渗、间歇式河流下渗、排水沟、开采井等。

2.3 地下水流数学模型

根据HJ 610—2016，地下水环境影响评价重点关注的为潜水含水层，部分项目可能会涉及可能受影响且具有饮用水开发利用价值的下部含水层，这类项目主要为地下水井矿开采类。实际地下水环评工作中，多数环评报告将潜水含水层概化为二维平面流，有些为稳定流，有些为非稳定流。其中二级评价使用二维潜水稳定流占多数，一级评价两者均有使用。

当然不管是二维、三维、稳态、非稳态水流数学模型，均应建立符合实际水文地质概念模型的数学方程。而公开的多数环评报告中的地下水预测内容有的直接抄袭其他项目的公式，有的不区分二维还是三维数学模型直接套用，有的甚至直接忽略数学模型内容不予介绍。

环评中地下水数值法存在的两种常见问题：地下水水流数学模型不符合水文地质条件实际情况以及一级评价使用稳定流进行预测。

2.3.1 一级评价的地下水运动状态问题

地下水运动状态是水文地质条件概化的重要内容之一，已在2.2 小节进行描述。本处只对实际工作中地下水一级评价应该选择哪种运动状态进行讨论。

根据HJ 610—2016，地下水环境现状调查时应开展水位监测，监测频次要求为：若掌握近3 年内至少1 个连续水文年的枯平丰水期地下水位动态监测资料，评价期内至少开展一期水位监测；若无上述资料，依据表1 开展水位监测。

表1 地下水环境现状监测频率参照

由HJ 610—2016 可知，地下水一级评价至少具有二期及以上的地下水水位数据，可以为非稳定地下水流模型提供识别和验证的水位数据。因此，地下水一级评价应建立地下水非稳定流数学模型。

2.3.2 地下水数学模型的选择问题

自然界的地下水流动基本都属于三维流，是水文地质学界的共识。特别对于潜水含水层，降雨、河流及灌溉入渗等补给以及水面蒸发、抽水井等排泄途径均发生在潜水面上，因此，理论上所有的地下水模型均应建立地下水流动三维模型。鉴于地下水环境影响评价中多关注的为污染物的水平迁移情况，在某些水文地质条件下可以概化为二维模型。

地下水的数学模型包括地下水水流基本微分方程以及定解条件。

2.3.2.1 地下水三维潜水非稳定流数学模型

该数学模型适用于潜水含水层的三维非稳定流模型。具体模型方程如下：

式中，H 为水头函数；Kxx，Kyy，Kzz分别为各向异性含水层x，y，z 方向的渗透系数；K 为边界上的渗透系数；μd为重力给水系数；H0为初始时刻水头分布；φ为第一类边界B1上的已知水头函数；q 为第二类边界B2处的渗透速度；Ω 为渗流区域；n 为B2边界的外法线单位向量；zwt为潜水面水位；W 为潜水面单位水平面积的入渗量；ε 为垂向补给强度。

若模型概化为稳定流，即地下水流状态不随时间变化而变化，则只需将右端取0。

2.3.2.2 地下水二维潜水非稳定流数学模型

当不考虑地下水流垂向变化时，三维流可概化为二维平面流。针对潜水含水层，即水文地质学中著名的Boussinesq 方程，数学模型方程如下：

式中，H 为水头函数；Kxx，Kyy分别为各向异性含水层x，y 的渗透系数；K 为边界上的渗透系数；μd为重力给水系数；H0为初始时刻水头分布；φ 为第一类边界B1上的已知水头函数；q 为第二类边界B2处的渗透速度；Ω 为渗流区域；n 为B2边界的外法线单位向量；ε 为垂向补给强度。

地下水环境影响评价工作中的数值模型主要就是上述两种，相关技术工作者应选择合适的数学模型，用以表达项目评价区的水文地质条件。

2.4 地下水数值模型的识别和验证

HJ 610—2016 明确提出，采用数值法预测前，应先进行参数识别和模型验证，而在实际地下水环境影响预测工作中，如水文地质参数未经识别或识别不充分即进行下一步预测工作，会严重影响地下水预测结果的可靠性。

模型识别过程通过掌握的水文地质条件来调整有关参数和分区，同时模型识别过程也是对研究区水文地质条件再认识。通过科学合理的模型识别，获得符合水文地质条件的数值模型，从而保证预测结果的可靠性。

模型的识别应遵循以下原则［5］：（1）模拟的地下水流场与实际地下水流场基本一致，即模拟的等值线与实测的等值线形状相似；（2）模拟的地下水动态过程与实测的动态过程基本相似，即模拟水位过程线与实际地下水水位过程线形状相似；（3）从均衡角度分析，模拟的地下水均衡变化与实际基本相符；（4）识别的水文地质参数、边界条件等要符合实际水文地质条件。

上述4 条原则中第（2）（4）条尤为重要，由于实测的地下水流场是通过不同的数学插值方法插值而得，不能代表实际地下水流场情况，也忽略了水文地质条件。因此，地下水模型识别要尤其重视水位监测点的动态拟合、水文地质参数和边界条件是否符合实际水文地质条件的分析［6］。