吳穎慧

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101

擬建或擴(kuò)建項目需依據(jù)《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》中相關(guān)規(guī)定和要求，對其地下水的環(huán)境影響進(jìn)行評價，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為環(huán)境保護(hù)部2016年1月7日頒布的《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-地下水環(huán)境》（HJ610-2016，以下簡稱“技術(shù)導(dǎo)則”）[1]。結(jié)合天津某鋼構(gòu)網(wǎng)架噴涂項目特點(diǎn)并依據(jù)導(dǎo)則確定評價類型、等級、范圍，遵循導(dǎo)則中相應(yīng)技術(shù)要求，系統(tǒng)地開展水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、污染源調(diào)查[2]。首先通過現(xiàn)場踏勘和人員訪問，對擴(kuò)建廠區(qū)生產(chǎn)和經(jīng)營的歷史及現(xiàn)狀做詳細(xì)的了解；其次收集整理廠區(qū)所在區(qū)域的水文地質(zhì)資料以及地下水水位統(tǒng)測數(shù)據(jù)，了解地下水的基本流向；再詳細(xì)分析廠區(qū)及相鄰地塊的環(huán)評報告，確定擬建項目地下影響評價需投入的具體工作；最后依據(jù)技術(shù)導(dǎo)則的具體規(guī)定和要求，預(yù)測其生產(chǎn)活動以及擬建項目的地下水環(huán)境影響。

1 基本概況

廠區(qū)位于天津市津南區(qū)，現(xiàn)為一鋼構(gòu)網(wǎng)架制造公司，廠房總建筑面積3819m2。主要分為原有的辦公區(qū)、門衛(wèi)室、危廢間、工具房、焊接區(qū)、拋丸區(qū)、下料區(qū)。擬在企業(yè)原租賃廠房內(nèi)新增噴漆工藝，新建噴漆房，不新增建筑，無土建施工，員工辦公場所依托公司現(xiàn)有辦公場所。

根據(jù)對所收集整理的區(qū)域水文地質(zhì)資料以及完成的廠區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)勘察孔所了解的土層分布條件，確定潛水含水層為相對隔水層18m以上的含水層。含水層巖性主要為粉質(zhì)粘土、粉土等，厚度約15.2m，廠區(qū)內(nèi)地下水水位埋深在1.218～1.271m。結(jié)合區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)資料，初步認(rèn)為潛水流場大致流向為西南至東北[3]。

2 評價工作等級

為完成擬建項目地下水環(huán)境影響預(yù)測，需要對擬建項目在生產(chǎn)和經(jīng)營過程可能產(chǎn)生的污染進(jìn)行分析，收集整理所在廠區(qū)的水文地質(zhì)資料，對其地下水現(xiàn)狀進(jìn)行評價，從而確定其主要的潛在污染來源。擬投入的工作量根據(jù)評價工作等級進(jìn)行設(shè)定。

根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則[1]，廠區(qū)的地下水環(huán)境敏感程度可分為敏感、較敏感、不敏感三級（表1）。廠區(qū)周邊以工廠企業(yè)為主，附近未發(fā)現(xiàn)特殊地下水資源保護(hù)區(qū)及其補(bǔ)給徑流區(qū)。對比《建設(shè)項目環(huán)境影響評價分類管理名錄》[4]中所界定的涉及地下水的環(huán)境敏感區(qū)，確定擬建項目廠區(qū)的地下水環(huán)境敏感程度等級為“不敏感”。

本項目為鋼構(gòu)網(wǎng)架噴涂，參閱技術(shù)導(dǎo)則中的附錄A，確定本項目屬于輕工53“金屬制造加工制造”中的“有電鍍或噴漆工藝的”項目。對比地下水環(huán)境影響評價行業(yè)分類表，地下水環(huán)境影響評價項目類別為Ⅲ類[1]（表1）。

表1 地下水評價工作等級劃分表Table 1 Grading table for groundwater evaluation

綜上所述，該項目地下水環(huán)境影響評價項目類別為Ⅲ類，且項目地不涉及集中式飲用水水源等地下水的環(huán)境敏感區(qū)，為不敏感區(qū)，故地下水環(huán)境影響評價等級為三級。根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則[1]中地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測要求，廠區(qū)內(nèi)布置6個鉆孔(3個水位水質(zhì)監(jiān)測孔，3個水位監(jiān)測孔)，從而滿足地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與評價。

3 環(huán)境影響因素識別及評價因子篩選

3.1 地下水環(huán)境影響識別

廠區(qū)無新增員工，無新增生活用水。新增用水主要為噴淋塔循環(huán)水，無新增廢水排放。噴漆產(chǎn)生的漆霧通過噴淋塔+過濾棉系統(tǒng)處理后，可以完全去除，因此影響地下水水質(zhì)的污染源主要為油漆庫內(nèi)發(fā)生油漆泄露的油漆桶。對比建設(shè)項目地下水環(huán)境影響識別矩陣[1]，該廠區(qū)屬于運(yùn)行生產(chǎn)階段的水環(huán)境指標(biāo)及環(huán)境水文地質(zhì)問題，為油漆泄露造成的有機(jī)污染。所以選擇油漆泄露為廠區(qū)內(nèi)地下水的環(huán)境影響因素。

3.2 評價因子篩選

影響地下水水質(zhì)的污染源主要是非正常狀況下油漆庫內(nèi)發(fā)生油漆泄露的油漆桶。根據(jù)甲方提供的資料，項目涂漆采用的工作漆由油漆、稀釋劑和固化劑按照比例混合而成。油漆庫內(nèi)主要存放丙烯酸面漆、環(huán)氧富鋅底漆、固化劑、稀釋劑。油漆配比及主要成分見表2。

表2 本項目油漆主要成分及消耗情況表Table 2 Table of main composition and consumption of paint in this project

根據(jù)上表數(shù)據(jù)以及對油漆成分的認(rèn)識，其中對地下水影響最大、成分含量最多的為二甲苯。二甲苯屬于低毒類化學(xué)物質(zhì)，在水中不溶，在自然泄露狀況下隨地下水水流方向擴(kuò)散。因此在對污染物進(jìn)行預(yù)測時，將二甲苯作為代表污染物因子進(jìn)行預(yù)測。

考慮本工程施工期和運(yùn)營期階段污染物的排放種類，分析污水中污染物含量。結(jié)合生產(chǎn)工藝與原料組份，綜合確定環(huán)境評價因子。根據(jù)廠區(qū)原有廠房和設(shè)備以及新增噴涂項目的特點(diǎn)，確定特征因子。最后通過對廠區(qū)生成運(yùn)營階段可能產(chǎn)生的污染源的分析，最終確定預(yù)測因子。環(huán)境影響評價的各類因子參見表3。

表3 地下水環(huán)境影響評價因子表Table 3 Table of evaluating factors impacting groundwater environment

3.3 評價重點(diǎn)

根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料，廠區(qū)內(nèi)包氣帶防污性弱，潛水含水層具有一定的滲透性，為地下水評價環(huán)境影響評價的重點(diǎn)，因此，對該廠區(qū)采取地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測與評價、影響預(yù)測與評價，以及論證地下水污染防治措施可行性，重點(diǎn)是項目廠區(qū)內(nèi)以及地下水流向下游影響范圍內(nèi)的狀況。

4 地下水環(huán)境影響預(yù)測

考慮地下水環(huán)境污染的可能性以及發(fā)生污染后的影響，污染治理的復(fù)雜性。應(yīng)綜合分析廠區(qū)擴(kuò)建項目可能造成的地下水環(huán)境影響，為廠區(qū)的環(huán)境安全和應(yīng)急處理措施提供依據(jù)。因此需要對廠區(qū)新增項目運(yùn)營可能產(chǎn)生的污染對地下水水質(zhì)的影響進(jìn)行預(yù)測[2]。

4.1 預(yù)測范圍

油漆庫位于廠區(qū)的南端，靠近門衛(wèi)的位置。廠區(qū)內(nèi)包氣帶土層主要為第四系人工填土層（Qml）。根據(jù)技術(shù)導(dǎo)則[1]規(guī)定，當(dāng)預(yù)測廠區(qū)內(nèi)包氣帶的垂向滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s或厚度超過100m時，需預(yù)測特征因子在包氣帶中的遷移。本項目中包氣帶厚度為1.218～1.271m，綜合垂向滲透系數(shù)為 4.02×10-5cm/s(0.0347m/d)，大于1×10-6cm/s，因此不進(jìn)行包氣帶預(yù)測[5]。根據(jù)廠區(qū)的水文地質(zhì)條件，場地潛水與淺層微承壓水之間隔一層相對隔水層，不存在直接的水力聯(lián)系。故此，預(yù)測范圍為廠區(qū)內(nèi)包氣帶以下，相對隔水層以上的潛水含水層。

4.2 預(yù)測時段

地下水環(huán)境影響預(yù)測時段應(yīng)選取可能產(chǎn)生地下水污染的關(guān)鍵時段，本次研究工作將預(yù)測運(yùn)營階段污染發(fā)生后的100d、1000d、10a，對應(yīng)技術(shù)導(dǎo)則[1]中地下水環(huán)境影響評價的運(yùn)營期。為保守起見，考慮污染物泄露的瞬時污染，選擇10a為最長的預(yù)測時間，遠(yuǎn)大于非正常狀況的持續(xù)時間。

4.3 情形設(shè)置

正常狀況下，廠區(qū)內(nèi)各廠房均實施嚴(yán)格的防滲措施，通過對油漆庫的定時巡檢，能夠及時發(fā)現(xiàn)油漆泄漏，污染物不會穿過防滲層，滲入潛水含水層，不會對廠區(qū)內(nèi)的地下水造成污染。因此對正常狀況下不進(jìn)行污染源的地下水影響預(yù)測。本次評價僅對非正常狀況定量分析，并設(shè)定油漆泄露的情境下對地下水水質(zhì)的影響。

按照技術(shù)導(dǎo)則[1]要求，結(jié)合廠區(qū)內(nèi)生成和經(jīng)營的過程分析，并結(jié)合地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查評價，選取合適的評價方法、確定評價范圍、識別預(yù)測時段和選取預(yù)測因子，對本項目進(jìn)行地下水水質(zhì)影響預(yù)測[6]。

4.4 地下水污染源和污染途徑分析

根據(jù)對本項目的生產(chǎn)工藝、設(shè)備設(shè)施分析后，結(jié)合甲方提供的相關(guān)資料，暫定油漆庫暫存的油漆泄露為地下水污染源。

根據(jù)工程分析，本次預(yù)測設(shè)定1個假定情景：油漆庫內(nèi)存放的油漆泄露，噴漆室地面防滲層結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致泄露的物料通過裂縫下滲到潛水含水層，造成地下水污染。

在非正常狀況下，如果防滲措施不到位，泄漏的污染物會通過垂直滲透進(jìn)入包氣帶。進(jìn)入包氣帶的污染物一部分會在物理、化學(xué)和生物作用下進(jìn)行吸附、轉(zhuǎn)化、遷移和分解，部分未被吸附、轉(zhuǎn)化、遷移和分解的污染物則會滲入地下潛水層。根據(jù)廠區(qū)的水文地質(zhì)狀況，廠區(qū)巖性主要為素填土、粉質(zhì)粘土，潛水埋藏淺，包氣帶厚度不大，因此在發(fā)生事故泄漏狀況下，如果防滲措施不到位，則很有可能對地下水潛水層水質(zhì)產(chǎn)生影響。而廠區(qū)承壓含水層由于埋深較大、上覆較穩(wěn)定隔水層，基本不會影響地下水承壓水層的水質(zhì)。

由于油漆房設(shè)置在地表，與潛水含水層臨近，從安全角度出發(fā)，本次預(yù)測地下水污染源假定泄漏后直接進(jìn)入含水層，對污染物在含水層中遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬計算。

4.5 預(yù)測模型的概化

4.5.1 潛水含水層的概化

通過水文地質(zhì)勘察獲取的資料，廠區(qū)內(nèi)污染評價的重點(diǎn)為潛水含水層，主要巖性為粉質(zhì)粘土、粉土等由于廠區(qū)潛水含水層下伏連續(xù)完整、隔水性能良好的粘土層。水文地質(zhì)條件比較簡單。故僅預(yù)測含水層污染物水平遷移狀況，層間垂向遷移忽略。并做如下假設(shè)：含水層等厚，含水介質(zhì)均質(zhì)、各向同性，隔水層基本水平；地下水流向總體上呈一維穩(wěn)定流狀態(tài)。

4.5.2 污染源的概化

廠區(qū)內(nèi)油漆房面積較小，原料的泄露基本可簡化為點(diǎn)源。根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，廠區(qū)的地下水總體流動方向為西南向東北方向。大體呈一維流動。即使地下水位隨著季節(jié)的變化有所升降，但水位基本動態(tài)穩(wěn)定。在本次預(yù)測中最長的預(yù)測時間為10年，遠(yuǎn)大于非正常狀況的持續(xù)時間，因此可以將污染物看作瞬時污染，并且假設(shè)泄漏的污染物全部通過包氣帶進(jìn)入含水層。顯然，這樣概化的計算結(jié)果更加保守。因此，污染物在潛水含水層中的遷移，可概化為瞬時注入示蹤劑（平面瞬時點(diǎn)源）的一維穩(wěn)定流動、二維水動力彌散問題[6]。

4.5.3 預(yù)測模型和水文地質(zhì)參數(shù)的確定

本次污染質(zhì)預(yù)測模擬過程未考慮污染物在含水層中的吸附、揮發(fā)、生物化學(xué)反應(yīng)等，且模型中所賦各項參數(shù)予以保守性考慮[7]。

當(dāng)廠區(qū)內(nèi)發(fā)生非正常狀況時，油漆庫內(nèi)泄露的污染物穿過包氣帶滲入潛水含水層。廠區(qū)內(nèi)潛水含水層地層較連續(xù)穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件相對簡單，地下水流向呈一維流動，地下水位動態(tài)穩(wěn)定，可采用解析法[8-9]對地下水環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測[10]。

當(dāng)平行地下水流動的方向為x軸正方向時，污染物濃度分布模型如下：

式中主要參數(shù)[8,9]C(x，y，t)：t時刻點(diǎn)x，y處的污染物濃度，g/L；mM：瞬時注入的污染物質(zhì)量，kg；M：選取的潛水含水層厚度，m；π：常數(shù)3.14；n：有效孔隙度，地區(qū)常數(shù)；DL和DT分別為x軸正方向和y軸正方向上的彌散系數(shù)，m2/d；t：時間，d；u：地下水的水流速度，m/d。

解析法中污染物遷移模型需要的主要參數(shù)[11-12]由本次水文地質(zhì)勘察及類比區(qū)域收集成果資料來獲得（表4）。

表4 預(yù)測模型相關(guān)參數(shù)取值表Table 4 Values of relevant parameters of predicting model

（1）含水層的厚度M

項目區(qū)內(nèi)地下水潛水含水層可概化為由粉質(zhì)粘土、粉土組成的第四系松散巖類孔隙含水層，將其概化為一個含水層。通過本次水文地質(zhì)勘察工作獲得的基礎(chǔ)資料，分析廠區(qū)的水文地質(zhì)剖面，確定廠區(qū)內(nèi)概化后的潛水含水層厚度為15.2m。

（2）假設(shè)泄漏的污染物質(zhì)量mM

根據(jù)甲方提供的資料，一桶丙烯酸面漆的規(guī)格為20kg，二甲苯占成分占2%，折算二甲苯總量為0.4kg；一桶固化劑的規(guī)格為4kg，二甲苯占成分的 20%，折算二甲苯總量為 0.8kg；一桶稀釋劑的規(guī)格為20kg，二甲苯占成分的20%，折算二甲苯總量為4.0kg。按照最不利因素影響考慮，取其較大值，即選擇稀釋劑為原料來預(yù)測二甲苯。假設(shè)一桶稀釋劑全部泄露，考慮到油漆庫內(nèi)地面破損程度的實際狀況，并結(jié)合同類報告，根據(jù)經(jīng)驗，按泄露量的20%作為直接滲入量，其泄露的污染物質(zhì)量為0.8kg。

（3）含水層的平均有效孔隙度n

廠區(qū)地下水為以粉質(zhì)粘土為主的松散巖類孔隙水，綜合分析本次土工試驗數(shù)據(jù)，同時征求相關(guān)專家意見，取有效孔隙度n值為0.07。

（4）水流速度u

本次預(yù)測，根據(jù)抽水試驗取K=0.371m/d作為評價區(qū)的含水層滲透系數(shù)，項目地下水水力坡度I根據(jù)保守原則按照工作成果繪制的流場圖結(jié)合區(qū)域性資料得到，取0.2‰，u=KI/n=0.001m/d[13]。

（5）橫向x方向的彌散系數(shù)DL

其中，地下水流動速度u取0.001m/d。

根據(jù)Xu和Eckstein方程式確定彌散度αm。

式中：Ls是根據(jù)從嚴(yán)原則，選取的點(diǎn)源污染物可能運(yùn)移的最大距離，參考區(qū)域上相鄰地塊的經(jīng)驗取值，本廠區(qū)選200m。

通過計算可知，彌散度αm=6.2m；縱向彌散系數(shù)DL=0.0062m2/d。

（6）縱向y方向的彌散系數(shù)DT

廠區(qū)內(nèi)水力坡度為0.2‰，水位較為平緩，巖性結(jié)構(gòu)單一，根據(jù)經(jīng)驗一般取DT/DL=0.4，因此可求得DT=0.00248m2/d。

4.5.4 預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)

廠區(qū)位于工業(yè)園內(nèi)，附近多為工業(yè)企業(yè)，有少量居民區(qū)，無用水水源地，根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）[14]要求，選?、箢惖叵滤|(zhì)限值作為界定污染物超標(biāo)范圍的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)污染物濃度的預(yù)測值大于標(biāo)準(zhǔn)限值時，表示地下水受到污染且超過Ⅲ類水，以此計算超標(biāo)距離。二甲苯的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值為 0.5mg/L，影響值為0.003mg/L（表 5）。

表5 評價標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）Table 5 Criteria for evaluation

4.5.5 預(yù)測結(jié)果

依據(jù)對污染因子的分析，預(yù)測因子選取可能泄露的污染物中的二甲苯。依據(jù)選取的預(yù)測模型中的各類參數(shù)，通過公式（1）的計算可得廠區(qū)發(fā)生污染后的100d、1000d、10a污染因子在潛水含水層運(yùn)移情況的結(jié)果。詳見表6，影響范圍見圖1。

表6 含水層中運(yùn)移情況結(jié)果匯總表Table 6 Summary of results of groundwater migration in aquifers

圖1 非正常狀況下不同時間點(diǎn)二甲苯超標(biāo)范圍示意圖Fig.1 Schematic illustration of the range of xylene exceeding standard at different time points in abnormal condition

根據(jù)以上的預(yù)測結(jié)果，在發(fā)生非正常狀況10a后，源強(qiáng)中心濃度已小于地表水III類標(biāo)準(zhǔn)值，隨時間越久，污染物濃度通過地下水的稀釋、彌撒作用會越來越低。在發(fā)生非正常狀況后的100d時，二甲苯最大超標(biāo)距離為 3.87m，最大影響距離為5.28m；在發(fā)生非正常狀況后的1000d時，二甲苯最大超標(biāo)距離為10.21m，最大影響距離為15.55m；在發(fā)生非正常狀況后的10a時，二甲苯的最大超標(biāo)距離為 17.52m，最大影響距離為29.25m。超標(biāo)和影響范圍均未超出廠區(qū)范圍。因此，一旦泄露發(fā)生不會對周圍環(huán)境會產(chǎn)生影響。

5 防滲處理措施

廠方應(yīng)加強(qiáng)對上述區(qū)域的防滲處理措施。油漆庫的基礎(chǔ)混凝土應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定中抗?jié)B要求；在油漆庫的地面以下混凝土構(gòu)件外表面均涂刷一定厚度的環(huán)氧瀝青涂層，在基礎(chǔ)、地面混凝土中加入UF500纖維素，增加池體混凝土的抗裂性能；定期對廠內(nèi)進(jìn)行清理檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備老化腐蝕現(xiàn)象；盡量設(shè)計采取防滲層自動檢漏系統(tǒng)，以更好的保護(hù)地下水。在非正常狀況發(fā)生后，廠方應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案，及時控制污染源的泄露。減少污染源的滲入，以此降低對地下水形成的污染影響。在防滲處理措施得當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，加強(qiáng)對油漆庫內(nèi)原材料狀態(tài)的巡檢，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。綜上，廠區(qū)在非正常狀況下對地下水環(huán)境的影響為可接受。

6 結(jié)論

廠區(qū)進(jìn)行地下水環(huán)境的影響預(yù)測，是在影響評價的基礎(chǔ)上通過地質(zhì)勘察獲得水文地質(zhì)參數(shù)，篩選評價因子，進(jìn)而概化預(yù)測模型，同時還要考慮運(yùn)行期間的安全，一般選擇在非正常狀況下對項目的地下水環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測。本文通過對實際案例的預(yù)測過程闡述，為以后的預(yù)測工作提供了一種有效、易操作的方法。