天津市某鋼管加工廠地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)

史俊鈴，姚 旭，房 靖

(天津華勘商品檢驗(yàn)有限公司，天津 300181)

生態(tài)環(huán)境是人類社會(huì)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，而地下水則是生態(tài)環(huán)境中重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，人類大量開(kāi)展的建設(shè)項(xiàng)目、工農(nóng)業(yè)活動(dòng)、礦山開(kāi)采等，已對(duì)地下水環(huán)境造成不同程度的改變或破壞，影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、穩(wěn)定和綠色發(fā)展[1-2]。為防止地下水環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，地下水環(huán)評(píng)工作已經(jīng)得到國(guó)家環(huán)保部門、地方政府以及企業(yè)的重視[3-4]。2016年，環(huán)保部頒布實(shí)施了《HJ 610-2016環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》[5](以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)?！秾?dǎo)則》在評(píng)價(jià)范圍、現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)、環(huán)境影響預(yù)測(cè)及地下水污染防控措施等方面均做了詳細(xì)的要求，優(yōu)化了評(píng)價(jià)工作方法，提高了環(huán)評(píng)工作的科學(xué)性和可操作性[6-8]，對(duì)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作起到很好的指導(dǎo)作用[9-11]。本文以天津市某鋼管加工廠為例，依據(jù)《導(dǎo)則》，詳細(xì)描述和分析了地下水環(huán)評(píng)的具體實(shí)施過(guò)程，為類似項(xiàng)目地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地理上位于天津市津南區(qū)東部，地形地貌屬海積沖積低平原，由近代海侵層和河流沖積形成，海相層分布廣，場(chǎng)地現(xiàn)為工廠廠房等人工地貌，周邊以公路、企業(yè)廠房等為主，地形簡(jiǎn)單，地勢(shì)平坦。項(xiàng)目區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)型大陸性氣候，光照充足，季風(fēng)顯著，四季分明，雨熱同期。項(xiàng)目區(qū)周邊主要的河流有月牙河、雙橋河，河水主要依靠大氣降水及汛期雨洪排水補(bǔ)給。

2 水文地質(zhì)條件

項(xiàng)目區(qū)所處地下水系統(tǒng)為海河沖積海積地下水系統(tǒng)子區(qū)，第四系含水層系統(tǒng)可劃分為Ⅰ～Ⅳ四個(gè)含水巖組。本次主要調(diào)查對(duì)象為第Ⅰ含水組上部的潛水含水層。

根據(jù)水文地質(zhì)勘察可知，項(xiàng)目區(qū)潛水含水層巖性以粉質(zhì)粘土為主，夾粉土，底界埋深在15.2m左右，厚度約13.0m，分布較為連續(xù)且穩(wěn)定。水位埋深在1.87～2.28m，平均水位埋深2.05m，水位標(biāo)高-1.056～-0.558m，平均水位標(biāo)高-0.771m。地下水徑流方向總體為由北西西向南東東流動(dòng)，水力坡度約為1.67‰(圖1)。

3 評(píng)價(jià)等級(jí)

對(duì)照《導(dǎo)則》中“附表A地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)行業(yè)分類表”，本項(xiàng)目屬于“G 黑色金屬—46、壓延加工—其他”，地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目類別為Ⅲ類。

項(xiàng)目場(chǎng)地下賦存第四系松散巖類孔隙水，其中淺層地下水屬?zèng)_海積平原淺層微咸水及咸水區(qū)，地下水無(wú)開(kāi)采情況，不作為居民生活飲用水使用。項(xiàng)目場(chǎng)地及周邊無(wú)集中式飲用水水源準(zhǔn)保護(hù)區(qū)等要求的敏感區(qū)，無(wú)農(nóng)村分散式飲水水源井等要求的較敏感區(qū)。項(xiàng)目場(chǎng)地地下水敏感程度應(yīng)為不敏感。

因此，根據(jù)《導(dǎo)則》中關(guān)于地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作分級(jí)的依據(jù)，本項(xiàng)目類別為Ⅲ類項(xiàng)目，地下水環(huán)境敏感程度為不敏感，地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)為三級(jí)。

4 評(píng)價(jià)范圍

項(xiàng)目位于天津南部平原區(qū)，所處地下水系統(tǒng)為海河沖積海積地下水系統(tǒng)子區(qū)，水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單。根據(jù)《導(dǎo)則》對(duì)其下游遷移距離進(jìn)行計(jì)算，公式計(jì)算法公式如下：

L=a×K×I×T/ne

(1)

式中：L—下游遷移距離，m；α—變化系數(shù)，α≥1，一般取2；K—滲透系數(shù)，m/d；I—水力坡度，無(wú)量綱；T—質(zhì)點(diǎn)遷移天數(shù)，取值不小于5000d；ne—有效孔隙度，無(wú)量綱。

項(xiàng)目潛水含水層巖性主要為粉質(zhì)粘土，局部夾粉土，參照《導(dǎo)則》附錄表B.1，結(jié)合場(chǎng)地水文地質(zhì)特征，滲透系數(shù)K取值0.2m/d；根據(jù)區(qū)域水文及周邊場(chǎng)區(qū)資料，水力坡度I取值1.5‰；質(zhì)點(diǎn)遷移天數(shù)T取值5500d；參照《導(dǎo)則》附錄表B.2，ne取值0.07；α取值2。經(jīng)計(jì)算下游遷移距離L= 47.14m，計(jì)算值L小，無(wú)法反映該項(xiàng)目與周圍環(huán)境的關(guān)系，因此在公式法計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上充分考慮附近地下水敏感點(diǎn)及水文地質(zhì)特征，確定本次項(xiàng)目調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)范圍以鋼管加工廠為界線，以地下水流向?yàn)橹鞣较颍虮睎|延伸50m，向南西延伸50m，向北西延伸80m，向南東延伸140m，調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)范圍約0.22km2(圖1)。

5 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)分析

5.1 地下水污染源

根據(jù)鋼管加工生產(chǎn)工藝和廢水處理工藝分析認(rèn)為，項(xiàng)目潛在污染源考慮為地下集水池(既污水處理反應(yīng)池)。集水池為生產(chǎn)加工車間酸洗及磷化水洗產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水的集中存放地，該部分水pH值、磷濃度等較高。同時(shí)考慮該地區(qū)地下水水位埋深較淺，且集水池位于地下，一旦發(fā)生泄漏往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在非正常狀況下，污染物將直接進(jìn)入地下水環(huán)境，造成地下水污染。

5.2 預(yù)測(cè)因子

根據(jù)項(xiàng)目的工程分析可知，工藝生產(chǎn)廢水中的特征因子為CODCr、氨氮、總磷和鋅。集水池中污染物的濃度為工藝生產(chǎn)廢水的濃度。根據(jù)識(shí)別出的特征因子，按照《導(dǎo)則》要求，集水池預(yù)測(cè)因子的選取應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)排序確定。根據(jù)篩選表(表1)，本次選取污水排放池中的鋅和總磷作為預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)因子。

表1 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)因子篩選表

注：參照《導(dǎo)則》10.3.2要求，氨氮、鋅評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《GB/T 14848-2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ 類標(biāo)準(zhǔn)[13]；總磷、CODCr因在GB/T 14848-2017未列出，故采用《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)[12]。

5.3 預(yù)測(cè)時(shí)段

地下水影響預(yù)測(cè)時(shí)段主要為生產(chǎn)運(yùn)行階段可能對(duì)地下水環(huán)境造成影響的時(shí)段。根據(jù)本項(xiàng)目工程分析，預(yù)測(cè)時(shí)段選取可能產(chǎn)生地下水污染的關(guān)鍵時(shí)段，包括污染發(fā)生后100d、1000d及服務(wù)年限。項(xiàng)目服務(wù)年限為15a(約5500d)。因此，本次預(yù)測(cè)時(shí)間段選取為100d，1000d和5500d。

5.4 污染途徑分析

通過(guò)工程分析，項(xiàng)目地下水污染源主要是集水池(污水處理反應(yīng)池)。集水池一般不會(huì)發(fā)生泄漏，因此正常狀況下預(yù)測(cè)可以忽略對(duì)周邊地下水的影響，主要分析在非正常狀況下集水池底部破損污染源直接進(jìn)入潛水含水層的影響。集水池出現(xiàn)非正常狀況時(shí)，污染物穿過(guò)損壞或不合格的防滲層，泄漏的污染物在重力作用下從地表逐步滲入地下，并造成局部的地下水環(huán)境受到污染，泄漏的污染物隨地下水的流動(dòng)不斷擴(kuò)散，最后導(dǎo)致地下水污染范圍不斷擴(kuò)大。

5.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本次評(píng)價(jià)總磷的超標(biāo)范圍以《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(0.2mg/L)作為限值，影響范圍以檢測(cè)方法檢出限(0.01mg/L)作為影響限值；鋅的超標(biāo)范圍以《GB/T 14848-2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(1.0mg/L)作為限值，影響范圍以檢測(cè)方法檢出限(0.00067mg/L)作為影響限值。

5.6 預(yù)測(cè)方法

本次預(yù)測(cè)集水池因位于地下，根據(jù)項(xiàng)目施工狀況，一般發(fā)生滲漏后難以在一定周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)。另外由于廠區(qū)潛水水位埋深較淺，假定地下水污染源泄漏后直接進(jìn)入含水層，因此非正常狀況模型可概化為一維穩(wěn)定流動(dòng)一維水動(dòng)力彌散問(wèn)題的連續(xù)注入示蹤劑的概念模型。

結(jié)合場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件，對(duì)含水層可做以下概化：

①研究域?yàn)橐话霟o(wú)限長(zhǎng)的多孔介質(zhì)柱體，介質(zhì)是均質(zhì)和各向同性的；

②等速均勻流場(chǎng)，實(shí)際水流速度u為常數(shù)；

③初始時(shí)刻，研究域中無(wú)污染物；

④從初始時(shí)刻開(kāi)始，在柱端連續(xù)注入濃度為C0的示蹤劑，示蹤劑是保守的，不發(fā)生吸附和衰變，其對(duì)流彌散是一維的。

按照《導(dǎo)則》要求，根據(jù)模型概化，一維穩(wěn)定流動(dòng)一維水動(dòng)力彌散問(wèn)題的連續(xù)注入示蹤劑數(shù)學(xué)模型為：

00

(2)

模型求解公式為：

(3)

式中：C—t時(shí)刻x處的污染物濃度(mg/L)；C0—注入的示蹤劑濃度(mg/L)；u—地下水流速(m/d)；x—距離注入點(diǎn)的距離(m)；DL—縱向彌散系數(shù)(m2/d)；t—時(shí)間(d)；erfc( )—余誤差函數(shù)。

(1)注入的污染物質(zhì)量濃度C0

根據(jù)前期分析，集水池中鋅的初始濃度按進(jìn)水水質(zhì)88.93mg/L計(jì)算，總磷的初始濃度按進(jìn)水水質(zhì)37.73mg/L計(jì)算。

(2)潛水地下含水層的平均有效孔隙度ne

有效孔隙度是指含水層中流體運(yùn)移的孔隙體積和含水層物質(zhì)總體積的比值。依據(jù)前人研究成果，對(duì)于均值各向同性的水層，有效孔隙度數(shù)值上等于給水度。項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)潛水地下含水層均以粉質(zhì)粘土為主，取值參考華北平原區(qū)域試驗(yàn)成果及天津市水文地質(zhì)條件的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值，確定潛水含水層給水度為0.07，本項(xiàng)目平均有效孔隙度ne為0.07。

(3)地下水平均流速u

根據(jù)本次在項(xiàng)目場(chǎng)地潛水地下含水層中進(jìn)行的抽水實(shí)驗(yàn)可知，潛水地下含水層平均滲透系數(shù)為0.14m/d，地下水徑流方向由北西西向南東東呈一維流動(dòng)，地下水流向水力坡度I為1.67 ‰，因此場(chǎng)區(qū)內(nèi)第四系潛水含水層地下水流速u=K×I/ne=0.14m/d×1.67‰/0.07=0.00334m/d。

(4)縱向彌散系數(shù)DL

彌散系數(shù)一般是通過(guò)野外彌散或室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)確定，但是由于彌散系數(shù)的尺度效應(yīng)，野外試驗(yàn)和土柱實(shí)驗(yàn)均不能較直觀地反應(yīng)污染場(chǎng)地的彌散系數(shù)。在本次工作中結(jié)合地層巖性特征和尺度特征，參考Xu和Eckstein方程式(1995，基于海量彌散實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)和分型數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)公式)[14]確定其彌散度αm，進(jìn)而計(jì)算彌散系數(shù)DL。

Xu和Eckstein方程式為：

αm=0.83(logLS)2.414

(4)

式中：αm—彌散度；LS—污染物運(yùn)移的距離(m)，根據(jù)各狀況預(yù)測(cè)要求，以保守情況計(jì)算，取污染物的運(yùn)移距離按200m計(jì)算。按照上式計(jì)算可得潛水含水層彌散度αm=6.205m。

由此計(jì)算項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)的縱向彌散系數(shù)：

DL=αm×u

(5)

式中：DL—土層中的縱向彌散系數(shù)(m2/d)；αm—土層中的彌散度(m)；u—土層中的地下水的流速(m/d)。

按照上式計(jì)算可得場(chǎng)地的縱向彌散系數(shù)DL=0.0207m2/d。

預(yù)測(cè)模型各參數(shù)匯總情況詳見(jiàn)表2。

5.7 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述分析，將水文地質(zhì)參數(shù)及污染源的源強(qiáng)，代入相應(yīng)公式(2)、(3)進(jìn)行模型計(jì)算，對(duì)污染物鋅和總磷在地下水環(huán)境中的分布、程度進(jìn)行分析，從而對(duì)污染事故對(duì)地下水的影響進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，給出預(yù)測(cè)點(diǎn)為集水池鋅和總磷的超標(biāo)距離和影響距離。本次模型計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表3、圖2。

表2 預(yù)測(cè)模型參數(shù)表

表3 預(yù)測(cè)污染物鋅和總磷非正常狀況下擴(kuò)散運(yùn)移情況結(jié)果表

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知：

(1)污染物鋅在泄漏100d達(dá)到超標(biāo)范圍限值1mg/L，超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為5.42m，泄漏1000d超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為19.36m，泄漏5500d超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為55.24m，隨著泄漏時(shí)間的增長(zhǎng)，污染物超標(biāo)運(yùn)移范圍逐漸擴(kuò)大。

污染物鋅在泄漏100d達(dá)到影響范圍限值0.00067mg/L，影響的最大運(yùn)移距離為9.43m，泄漏1000d影響的最大運(yùn)移距離為32.01m，泄漏5500d影響的最大運(yùn)移距離為85.35m，隨著泄漏時(shí)間的增長(zhǎng)，污染物影響運(yùn)移范圍也逐漸擴(kuò)大。

(2)污染物總磷在泄漏100d達(dá)到超標(biāo)范圍限值0.2mg/L，超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為6.79m，泄漏1000d超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為23.6m，泄漏5500d超標(biāo)的最大運(yùn)移距離為65.5m，隨著泄漏時(shí)間的增長(zhǎng)，污染物超標(biāo)運(yùn)移范圍逐漸擴(kuò)大。

污染物總磷在泄漏100d達(dá)到影響范圍限值0.01mg/L，影響的最大運(yùn)移距離為8.80m，泄漏1000d影響的最大運(yùn)移距離為32.02m，泄漏5500d影響的最大運(yùn)移距離為72.58m，隨著泄漏時(shí)間的增長(zhǎng)，污染物影響運(yùn)移范圍也逐漸擴(kuò)大。

預(yù)測(cè)集水池中心點(diǎn)距東側(cè)廠界距離22m。非正常狀況下，預(yù)測(cè)污染物鋅和總磷超標(biāo)(Ⅲ類)的最大運(yùn)移距離和影響的最大運(yùn)移距離均超出項(xiàng)目廠界。

6 結(jié)論

項(xiàng)目在發(fā)生非正常狀況情形下，由于項(xiàng)目地下水含水層徑流引起污染物彌散，對(duì)周邊地下水的影響會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)作用。在非正常狀況下根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，在服務(wù)期內(nèi)(5500 d)，項(xiàng)目區(qū)鋅和總磷超標(biāo)(Ⅲ類)的最大運(yùn)移距離和影響的最大運(yùn)移距離均超出項(xiàng)目廠界，非正常狀況下會(huì)對(duì)廠界以外地下水產(chǎn)生不利影響。

建議以建設(shè)單位為主體，按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，建立地下水環(huán)境監(jiān)控體系，制定企業(yè)地下水污染應(yīng)急預(yù)案。明確防滲分區(qū)，參照標(biāo)準(zhǔn)防滲技術(shù)要求，核實(shí)和加強(qiáng)集水池、酸洗磷化池等潛在污染源的防滲措施。做好對(duì)集水池及周邊的檢漏檢查工作，定期清理和檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐朽老化現(xiàn)象，杜絕非正常狀況的發(fā)生。在條件允許情況下，可進(jìn)一步參考水力截獲、垂直防滲墻等相關(guān)防控工程經(jīng)驗(yàn)，最大限度地消除污染源。通過(guò)監(jiān)控、防滲防控和檢漏等工作，減少污染對(duì)周邊地下水環(huán)境的影響。