某项目地下水环境影响评价预测工况设定及预测结果对比分析

顾正聪，黄 倩，李 芳

（1.云南湖柏环保科技有限公司，云南 昆明 650228；2.绍兴文理学院土木工程学院，浙江 绍兴 312000）

0 引言

在项目建成运营过程中，存在污染物因防渗措施老化或腐蚀、储罐爆炸等状况下发生渗漏或泄漏的情况出现，渗漏或泄漏的污染物会对项目区及其下游的地下水环境产生不同程度的影响。因此本文选取某项目作为案例，在项目区及其周边的地下水类型、含水层岩性、地下水监测井水位等水文地质条件调查的基础上，建立数值模型，并对非正常状况、风险事故状况下的污染物进行模拟预测，之后对预测结果进行对比分析，分析污染物对地下水环境及敏感点的影响程度。

1 项目区概况

2 项目区水文地质条件调查分析

2.1 项目区地下水类型及含水层岩性

根据区域水文地质条件、地质勘察资料和现场调查，项目区地层自上而下依次为新生界第四系人工填土层（Q4ml）杂填土、第四系残坡积层（Q4el+dl）粉质黏土、古生界泥盆系上统宰格组（D3zg）灰岩。项目区及其附近地下水类型自上而下依次为孔隙水和岩溶水，孔隙水含水层岩性主要为杂填土和粉质黏土，其富水性低，主要为上层滞水；岩溶水含水层岩性主要为灰岩，其富水性中等，是项目区的主要地下水类型，主要接受大气降雨补给及上覆孔隙水的渗流补给。水文地质图见图1。

图1 水文地质图及水井、地下水监测井分布图

2.2 项目区周边水井、地下水监测井及其使用功能现状调查

根据现场调查，项目区东侧分布1个村庄水井，其为村庄的居民饮用水，抽水量约为200m3/d；在项目区及其周边调查发现了7个地下水监测井，分别为1#监测井、2#监测井、3#监测井、4#监测井、5#监测井、6#监测井、7#监测井。水井和地下水监测井分布图见图1，水井和地下水监测井现状调查信息见表1。

表1 水井和地下水监测井现状调查信息表

2.3 项目区及其附近地下水类型及地下水补给、径流、排泄条件

根据区域水文地质条件和现场调查，项目区及其附近地下水类型自上而下依次为孔隙水和岩溶水，孔隙水含水层岩性主要为杂填土和粉质黏土，其富水性低，主要为上层滞水。岩溶水含水层岩性主要为灰岩，富水性中等，是项目区的主要地下水类型，主要接受大气降雨补给及上覆孔隙水的渗流补给，其总体上由西向东径流，向螳螂川径流排泄。地下水流向分析图见图1。

3 预测工况设定及预测模型的建立

3.1 预测工况设定和主要评价因子

根据《HJ 610-2016环境影响评价技术导则-地下水环境》要求，预测工况可分为正常状况、非正常状况、风险事故状况三种类型，其中正常状况时假设厂区做好防渗措施，废水发生渗漏的可能性较小，对地下水环境的影响较小，不进行进一步的预测，主要对非正常状况、风险事故状况进行预测分析。

非正常状况指防渗措施发生老化或腐蚀等情况时，废水发生渗漏的工况。发生渗漏的废水会对地下水环境造成持续影响，因此将污染源概化为连续稳定释放的点源。风险事故状况是指各储罐等发生爆炸情况时，储存的溶液瞬时泄漏至地面并下渗污染地下水环境的工况，泄漏的溶液会对地下水环境造成瞬时影响，因此将污染源概化为瞬时释放的点源。

根据工程概况和工程性质，非正常状况主要考虑废水池发生老化或腐蚀等状况时，暂存的生产废水发生渗漏对地下水环境的影响，生产废水中的污染物主要为氟化物，其浓度约为147.8 mg/L；风险事故状况主要考虑氢氟酸储罐全破裂，围堰的地面防渗层失效的情况下，储存的氢氟酸发生瞬时泄漏对地下水环境的影响，氢氟酸中的污染物主要为氟化物，其浓度约为107350 mg/L，并假设泄漏至地面的污染物在1 d内清理完毕。

根据《GB/T 14848-2017地下水质量标准》中氟化物的Ⅲ类标准值确定污染物外包络线。非正常状况、风险事故状况下污染物泄漏点、源强、预测时间及包络线限值见表2。

三是合理分配收益。灌溉工程所得收益，一是提取工程折旧和维修费，这些灌溉工程都按照一定的比例提取工程折旧费，工程在运行中如出现损坏，通过在收益中提取的工程维修费由管理者对损坏工程及时修复，保证工程能够正常运转；二是除去工程折旧维修费后在剩余费用中按事先确定的比例提取一部分作为工资支付给项目具体管理人员；三是去除上述两项费用后剩余收益再由工程建设管理者按照投资比例进行分配，保证投资人的收益。

表2 非正常状况、风险事故状况下污染物泄漏点及源强一览表

3.2 预测模型的建立

3.2.1 水文地质概念模型

根据水文地质图中的地下水类型、水文地质单元分界线和实际地形确定模拟范围，其北侧、西侧、南侧以泥盆系海口组（D2h）的地层界线为界，东侧以螳螂川为界，面积约为3.06 km2。将模拟区北侧、西侧、南侧概化为隔水边界，东侧概化为水头边界，项目厂区东侧分布的村庄水井概化为井边界，抽水量约为200 m3/d。模拟区水文地质概念模型图见图1。

3. 2 .2 区域离散

模拟区以项目所在地中心位置为坐标原点，正北方向为y轴正向，正东方向为x轴正向，垂直向上为z轴正向，垂向上考虑4层，将模拟区域离散为46875个节点，74328个单元，区域剖分图见图2。

图2 模拟区有限单元网格剖分图

3.2.3 初始水位及水文地质参数赋值

项目区及其附近分布的孔隙水含水层富水性低，主要为上层滞水；岩溶水含水层富水性中等，是项目区的主要地下水类型，在建立数值模型时主要考虑污染物对岩溶水的污染影响。

根据1#监测井、2#监测井、3#监测井、4#监测井、5#监测井、6#监测井、7#监测井的地下水水位，获得初始的地下水等水头线分布图（图3）。根据地下水监测井现场试验，获得模拟区的渗透系数、弥散度等水文地质参数，其中灰岩的渗透系数取为0.42～5.58 m/d，灰岩层的纵向弥散度取为15 m，横向弥散度取为3 m。

图3 模拟区初始水位等水头线分布图

4 各工况下污染物对地下水环境影响的对比分析

4.1 污染物迁移扩散图对比分析

根据建立的数值模型，将非正常状况、风险事故状况下的污染物源强分别导入数值模型进行预测，预测时间均为100 d、1a、1000 d、5 a、10 a、15 a。根据预测结果，将非正常状况和风险事故状况下的污染物迁移扩散图进行对比，以分析两种预测工况下迁移扩散的变化情况，对比分析结果见图4。

从图4中可看出，非正常状况下，废水池内暂存的生产废水发生持续渗漏，污染源位置不发生变动，中心点氟化物浓度保持不变，氟化物在地下水径流和弥散作用下向下游迁移扩散，随着时间的增加，氟化物的扩散距离和扩散范围会越来越大。

图4 非正常状况和风险事故状况下的污染物预测结果图

风险事故状况下，储存的氢氟酸发生瞬时泄漏，待泄漏的氢氟酸清理完毕后将不在渗入地下水环境中，渗入地下水中的氢氟酸为瞬时源，随着时间的增加，氢氟酸中的氟化物在地下水径流和弥散作用下向下游迁移扩散的过程中，中心点浓度会逐渐降低，扩散距离会越来越大，但扩散范围呈现先增大后减小的趋势。

4.2 中心点浓度变化对比分析

根据预测结果，将非正常状况和风险事故状况下的中心点氟化物浓度变化进行对比，以分析两种预测工况下中心点氟化物浓度的变化情况，对比分析结果见图5。

从图5中可看出，非正常状况下，废水池内暂存的生产废水发生持续渗漏，渗漏进入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，中心点氟化物浓度均为147.8 mg/L，与污染源强浓度保持一致。

图5 非正常状况和风险事故状况下中心点氟化物浓度变化对比分析图

风险事故状况下，瞬时渗入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 d、10 d、15 d后，中心点氟化物浓度分别约为229.05 mg/L、35.75 mg/L、10.53 mg/L、6.03 mg/L、3.19 mg/L、1.39 mg/L，即随着时间的增加，中心点最大浓度值呈减小趋势，在1 a内中心点最大浓度降低较快，之后降低较慢，但一直呈减小趋势，运移15 a后中心点氟化物的最大浓度值降为1.39 mg/L，趋近于地下水Ⅲ类标准值。

4.3 迁移扩散距离预测结果对比分析

根据预测结果，将非正常状况和风险事故状况下的迁移扩散距离进行对比，以分析两种预测工况下迁移扩散距离的变化情况，对比分析结果见图6。

从图6中可看出，非正常状况下，持续渗入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水环境受氟化物影响的最大距离分别约为69.0 m、131.6 m、244.8 m、389.2 m、689.0 m、998.8 m，即随着时间的增加，地下水环境受污染物影响的距离会越来越大。

图6 非正常状况和风险事故状况下迁移扩散距离变化对比分析图

风险事故状况下，瞬时渗入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水环境受氟化物影响的最大距离分别约为106.6 m、217.4 m、415.5 m、636.4 m、1013.7 m、1285.1 m，即随着时间的增加，地下水环境受污染物影响的距离会越来越大。

4.4 最大污染扩散范围预测结果对比分析

根据预测结果，将非正常状况和风险事故状况下的最大污染扩散范围进行对比，以分析两种预测工况下最大污染扩散范围的变化情况，对比分析结果见图7。

从图7中可看出，非正常状况下，持续渗入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水环境受氟化物影响的最大污染扩散范围分别约为4830.87 m2、11272.03 m2、 25764.63 m2、46698.39 m2、103058.52 m2、161028.94 m2，即随着时间的增加，地下水环境受污染物影响的范围会越来越大。

图7 非正常状况和风险事故状况下最大污染扩散范围变化对比分析图

风险事故状况下，瞬时渗入地下水环境中的氟化物运移100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，地下水环境受氟化物影响的最大污染扩散范围分别约为14753.06 m2、36882.66 m2、66388.78 m2、93436.07 m2、94665.49 m2、24588.44 m2，即随着时间的增加，地下水环境受污染物影响的范围呈现先增大后减小的趋势，最大污染扩散范围约为94665.49 m2，出现在第10 a。

4.5 敏感点污染物浓度变化对比分析

根据预测结果，将非正常状况和风险事故状况下敏感点（村庄水井）中的污染物浓度变化进行对比，以分析两种预测工况下污染物对敏感点的影响状况，对比分析结果见图8。

从图8中可看出，非正常状况下，氟化物持续渗入地下水环境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村庄水井中氟化物的浓度分别约为0 mg/L、0 mg/L、0 mg/L、0.000350 mg/L、0.131 mg/L、0.865 mg/L，即随着时间的增加，村庄水井中的污染物浓度会逐渐增大，在第15 a的时候，污染物浓度会接近于地下水Ⅲ类标准值。

图8 非正常状况和风险事故状况下村庄水井中氟化物浓度变化对比分析图

风险事故状况下，氟化物瞬时渗入地下水环境中100 d、1 a、1000 d、5 a、10 a、15 a后，村庄水井中氟化物的浓度分别约为0 mg/L、0 mg/L、 0 mg/L、0.0067 mg/L、2.295 mg/L、0.331 mg/L，即随着时间的增加，村庄水井中的污染物浓度会呈现先增大后减小的趋势，在第10 a的时候，污染物浓度出现最大值，为2.295 mg/L，其超过地下水Ⅲ类标准值，此时村庄水井会出现超标现象；其余时间的污染物浓度均未超过地下水Ⅲ类标准值，村庄水井不会出现超标现象。

5 结论

本文以某化工厂项目为例，在水文地质资料收集和现场调查的基础上，建立数值模拟模型，并对非正常状况、风险事故状况下的污染物进行模拟预测，之后对预测结果进行对比分析。通过对比分析可得出的主要结论如下：

（1）在非正常状况下，废水池内暂存的生产废水发生持续渗漏，污染源位置不发生变动，随着时间的增加，渗漏进入含水层中的氟化物在地下水径流和弥散作用下向下游迁移扩散的过程中，中心点氟化物浓度保持不变，氟化物的扩散距离和扩散范围会越来越大，敏感点（村庄水井）中的污染物浓度会逐渐增大。

（2）在风险事故状况下，储存的氢氟酸发生瞬时泄漏，待泄漏的氢氟酸清理完毕后将不再渗入地下水环境中，渗入地下水中的氢氟酸为瞬时源，随着时间的增加，氢氟酸中的氟化物在地下水径流和弥散作用下向下游迁移扩散的过程中，中心点氟化物浓度会逐渐降低，扩散距离会越来越大，但扩散范围呈现先增大后减小的趋势，敏感点（村庄水井）中的污染物浓度呈现先增大后减小的趋势。