焦　艷　軍　王　政　黃　玲　玲　唐　春　凌　周　丹

（1.四川天宇石油環(huán)保安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司；2.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院）

地下水環(huán)境影響評價技術(shù)方法探討

焦艷軍1，2王政2黃玲玲1，2唐春凌1周丹1

（1.四川天宇石油環(huán)保安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司；2.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院）

以某天然氣凈化廠為例，探討地下水環(huán)境影響評價工作中的主要技術(shù)問題。以實例說明地下水環(huán)境影響評價工作等級劃分、評價范圍確定，項目的地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查。通過滲水試驗和抽水試驗，計算相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)以了解場地包氣帶和含水層的防污性能。分析了地下水污染源項，通過計算確定事故工況下污染源源強(qiáng)，采用數(shù)值法預(yù)測模型，對水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分區(qū)，并對凈化廠檢修污水池、生化污水處理裝置曝氣調(diào)節(jié)池和事故污水池的泄漏情景進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明：該凈化廠各裝置單元在預(yù)測時限內(nèi)，除污染源附近小范圍外，各污染因子濃度均可滿足相應(yīng)的GB/T 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求。根據(jù)項目所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)敏感程度及評價結(jié)果，對廠址區(qū)、主體裝置區(qū)、污水處理區(qū)等重點區(qū)域按GB/T 50934—2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》有關(guān)要求采取相應(yīng)防滲措施。

天然氣凈化廠；地下水環(huán)境影響評價；水文地質(zhì)勘查；污染源強(qiáng)；影響預(yù)測；防治措施

0　引 言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，我國石油天然氣開發(fā)工業(yè)發(fā)展迅速，在這些項目的環(huán)境影響評價過程中，地下水環(huán)境影響評價是較薄弱的環(huán)節(jié)，其主要原因是地下水污染具有隱蔽性、難以逆轉(zhuǎn)性和滯后性的特征［1-2］。天然氣開發(fā)最大的特點是滾動開發(fā)和區(qū)域開發(fā)，一旦發(fā)生事故，將給整個區(qū)域的水環(huán)境帶來巨大影響［3-4］。

自2011年6月HJ 610—2011《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》（以下簡稱《技術(shù)導(dǎo)則》）實施以來，如何減小項目實施對地下水的污染，更客觀地開展地下水環(huán)境影響評價，是環(huán)評中面臨的新課題［5］。本文根據(jù)從事地下水環(huán)評工作的經(jīng)驗，提出天然氣凈化廠地下水環(huán)境影響評價的整體思路，對天然氣凈化廠地下水環(huán)境影響評價方法進(jìn)行探討。

1　地下水環(huán)評工作任務(wù)及工作程序

地下水環(huán)境影響評價的根本任務(wù)是清楚地說明評價區(qū)地下水環(huán)境的現(xiàn)狀及問題，準(zhǔn)確預(yù)測建設(shè)項目對地下水環(huán)境影響的程度及地下水環(huán)境的發(fā)展趨勢，進(jìn)而提出有效的防治措施，預(yù)測和控制環(huán)境惡化，保護(hù)地下水資源，其中的關(guān)鍵在于查清建設(shè)區(qū)域是否存在地下水資源短缺、地下水水質(zhì)惡化等地下水環(huán)境問題［6-7］。

依據(jù)《技術(shù)導(dǎo)則》劃分項目的評價工作等級，開展相應(yīng)深度的評價工作。地下水環(huán)評工作程序主要包括：①準(zhǔn)備階段；②現(xiàn)狀調(diào)查階段；③預(yù)測評價階段；④污染防治措施及評價結(jié)論階段。

2　地下水環(huán)評等級的劃分和評價范圍確定

2.1地下水環(huán)評等級的劃分

在地下水環(huán)評等級確定過程中，首先需要確定項目的建設(shè)類型，而后根據(jù)建設(shè)項目場地的包氣帶防污性能、含水層易污染特征、地下水環(huán)境敏感程度、污水排放量與污水水質(zhì)復(fù)雜程度等來判定評價級別。

以某天然氣凈化廠為例，說明項目地下水環(huán)評等級劃分。擬在已建廠區(qū)的預(yù)留地內(nèi)建設(shè)，屬于擴(kuò)建項目。確定的評價工作等級和工作內(nèi)容見表1。

在地下水環(huán)評等級判定過程中，包氣帶的防污性能和含水層的易污染特征比較難判斷［8］。需要收集項目所在區(qū)域地質(zhì)資料和建設(shè)場地的巖土工程勘查報告，了解場地的水文地質(zhì)條件概況，按照廠地工程地質(zhì)特征和地層分布，確定包氣帶的厚度及滲透系數(shù)經(jīng)驗值［9］。

關(guān)于項目建設(shè)場地的地下水環(huán)境敏感程度，需要通過調(diào)查了解場地附近的集中式飲用水水源地設(shè)置情況［10-11］。位于泉域中的建設(shè)場地劃分級別時更應(yīng)該慎重，若建設(shè)項目的含水層位于補給區(qū)與徑流區(qū)或徑流區(qū)與排泄區(qū)邊界時，則地下水環(huán)評等級應(yīng)根據(jù)情況上調(diào)。

表1　某天然氣凈化廠廠區(qū)地下水環(huán)評等級分級判定指標(biāo)

關(guān)于污水排放強(qiáng)度和污水水質(zhì)復(fù)雜程度兩個劃分依據(jù)，這里污水排放強(qiáng)度應(yīng)為污水的產(chǎn)生量。根據(jù)天然氣凈化廠用水的相關(guān)政策，項目建設(shè)要求生產(chǎn)廢水全部循環(huán)使用，正常工況下不外排，生活污水處理后也回用，污水中需預(yù)測的水質(zhì)指標(biāo)主要為高錳酸鹽指數(shù)和硫化物。

2.2地下水環(huán)評范圍的確定

地下水環(huán)評調(diào)查范圍應(yīng)包括能反映地下水環(huán)境現(xiàn)狀和建設(shè)項目可能污染的地下水區(qū)域。《技術(shù)導(dǎo)則》表12規(guī)定，一級建設(shè)項目評價范圍應(yīng)不小于50 km2，二級建設(shè)項目評價范圍為20～50 km2，三級建設(shè)項目小于20 km2。在實際工作中，評價范圍應(yīng)根據(jù)工作區(qū)的水文地質(zhì)條件確定。對于一級評價對象，可根據(jù)工作目標(biāo)、擬建項目特點從區(qū)域調(diào)查區(qū)和重點評價區(qū)兩個方面開展地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查工作，一方面根據(jù)收集的區(qū)域水文地質(zhì)資料劃分建設(shè)項目所在的水文地質(zhì)單元，詳細(xì)分析該單元地下水補給、徑流和排泄條件，另一方面，對缺乏勘查控制點且水文地質(zhì)工作不能完全滿足地下水環(huán)境影響評價要求的重點水源地或敏感區(qū)域，則需要開展大比例尺環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查、勘查和試驗工作。評價區(qū)為典型的四川盆地丘陵地貌，該廠位于寬緩的丘壩處，根據(jù)其所處的地形地貌、地下水儲存和交替特征，確定水文地質(zhì)單元以北邊余家溝、南邊老君巖溝為排泄邊界，西邊李家?guī)r、東邊周家埡口-八角廟-青石坡地表分水嶺為自然零通量邊界，下部中-微風(fēng)化完整基巖構(gòu)成相對隔水層。地下水整體由丘頂向四周溝谷徑流，匯集于溝谷低洼處，沿余家溝、老君巖溝由西向東徑流。該廠水文地質(zhì)剖面示意見圖1。

圖1　天然氣凈化廠水文地質(zhì)剖面示意

3　地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查

地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的目的在于了解項目所在地的地下水環(huán)境特征，調(diào)查對象為自然環(huán)境和社會環(huán)境兩部分，自然環(huán)境調(diào)查的主要內(nèi)容是評價區(qū)氣象條件、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、含水層、隔水層和地下水補給、徑流和排泄條件等。社會環(huán)境調(diào)查主要是區(qū)域地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀與規(guī)劃、評價區(qū)內(nèi)的工業(yè)污染源調(diào)查、生活污染源調(diào)查和農(nóng)業(yè)污染源調(diào)查等。

由于項目為在原有廠區(qū)預(yù)留地內(nèi)建設(shè)，廠址區(qū)域已做過專門的水文地質(zhì)勘查工作，按照《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》的水文地質(zhì)鉆孔布置依據(jù)，在該廠下游、廠內(nèi)、周邊布置7個鉆孔（兼后期地下水監(jiān)測使用）。

4　環(huán)境水文地質(zhì)勘查與試驗

為了解廠址區(qū)淺部包氣帶地層的防滲性能和含水層的滲透系數(shù)，完成了相關(guān)的滲水試驗和抽水試驗。

4.1滲水試驗及參數(shù)計算

為進(jìn)一步了解廠址區(qū)包氣帶地層的滲透性能和防污性能，該廠開展了淺部地層第四系包氣帶和遂寧組基巖包氣帶的滲水試驗，試驗方法為《水力水電工程注水試驗規(guī)程》和《水文地質(zhì)手冊》中規(guī)定的單環(huán)法測定，計算公式為：

式中：V為滲透速度，cm/s；Q為滲流量，cm3/s；F為過水面積，cm2。

通過滲水試驗計算得出該天然氣凈化廠廠區(qū)第四系包氣帶和基巖包氣帶的滲透系數(shù)，見表2。

表2　某天然氣凈化廠不同巖性滲透系數(shù)　m/d

4.2抽水試驗及參數(shù)計算

為確定含水層的導(dǎo)水系數(shù)、滲透系數(shù)、給水度、影響半徑等水文地質(zhì)參數(shù)，該廠進(jìn)行了基巖含水層抽水試驗，試驗方法為《水文地質(zhì)鉆探規(guī)程》和《供水水文地質(zhì)勘查規(guī)范》推薦的單孔穩(wěn)定流方法。考慮水文地質(zhì)條件及調(diào)查范圍內(nèi)鉆孔的分布情況，共完成4組抽水試驗，抽水試驗含水層為侏羅紀(jì)遂寧組風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，抽水試驗采用潛水完整井（單孔）公式計算，計算公式如下：

式中：Q為抽水井涌水量，m3/d；Sw為抽水井的降深值，m；K為含水層滲透系數(shù)，m/d；H為含水層厚度，m；R、rw為影響半徑、抽水井半徑，m。

抽水試驗得出風(fēng)化裂隙含水層的水文地質(zhì)參數(shù)見表3。

表3　風(fēng)化裂隙含水層水文地質(zhì)參數(shù)（地層代號J3s）

在實際評價過程中，若項目建設(shè)廠址為原廠址改擴(kuò)建，則可以收集廠址區(qū)已有的環(huán)境水文地質(zhì)勘查與試驗資料來說明該區(qū)的環(huán)境水文地質(zhì)條件并獲得預(yù)測所需要的參數(shù)；但大多數(shù)項目都是新選廠址，該方面的工作較少，因此獲取環(huán)境水文地質(zhì)和預(yù)測所需要的參數(shù)比較困難，所以對于難以獲取的區(qū)域應(yīng)開展必要的建設(shè)項目場地滲水試驗和抽水試驗以此來了解場地包氣帶和含水層的防污性能。

5　地下水污染源確定及影響預(yù)測

5.1地下水污染源項分析

5.1.1影響途徑

結(jié)合該廠工程分析內(nèi)容，循環(huán)冷卻水排污和鍋爐房排污進(jìn)入循環(huán)水排污池，電滲析處理裝置和蒸發(fā)結(jié)晶裝置均無廢水池。在事故情景下，項目對地下水的可能影響途徑包括：

①檢修污水池底部出現(xiàn)破損，污水經(jīng)由包氣帶滲入地下；

②生化污水處理裝置曝氣調(diào)節(jié)池底部出現(xiàn)破損，污水經(jīng)由包氣帶滲入地下；

③事故污水池底部出現(xiàn)破損，污水經(jīng)由包氣帶滲入地下。

5.1.2污染源強(qiáng)確定

污水池源強(qiáng)確定需要假定泄漏點位、泄漏途徑、泄漏量，考慮其揮發(fā)性和包氣帶性能，最后給出其進(jìn)入地下水的總量。本研究對天然氣凈化廠項目污染源的估算原則為保守型和全面性，以生化污水處理裝置曝氣調(diào)節(jié)池泄漏舉例說明源強(qiáng)的確定過程。檢修污水池和事故污水池的泄漏源強(qiáng)確定過程類同曝氣調(diào)節(jié)池。曝氣調(diào)節(jié)池發(fā)生泄漏，池水進(jìn)入地下屬于有壓滲透，按達(dá)西公式計算源強(qiáng)，計算公式見式（4）。

式中：Q為滲漏速率，m/d；K為滲透系數(shù)，m/d（根據(jù)滲水試驗獲得）；H為池內(nèi)水深，m；D 為地下水埋深，m（根據(jù)污水池地面高程及等水位線獲得）。

綜合考慮該廠池體的泄漏方式及污水水質(zhì)特征，確定事故工況下污染物源強(qiáng)，結(jié)果見表4。

表4　事故工況下污染物源強(qiáng)

5.2預(yù)測模型及預(yù)測方法

《技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定一級評價應(yīng)采用數(shù)值法；二級評價中水文地質(zhì)條件復(fù)雜時應(yīng)采用數(shù)值法，水文地質(zhì)條件簡單時可采用解析法；三級評價可采用回歸分析、趨勢外推、時序分析或類比預(yù)測法。

根據(jù)《技術(shù)導(dǎo)則》，結(jié)合該天然氣凈化廠廠區(qū)的評價級別和水文地質(zhì)條件，確定本次評價的預(yù)測方法。根據(jù)前面評價等級劃分，該廠廠區(qū)地下水環(huán)境預(yù)測評價等級為一級，地下水水流模型和地下水水質(zhì)模型選用HJ 610—2011《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》附錄F4.2推薦的數(shù)值法預(yù)測模型。

5.3水文地質(zhì)參數(shù)識別

根據(jù)對評價區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的分析，結(jié)合該凈化廠水文地質(zhì)勘探資料，模擬區(qū)含水層水文地質(zhì)參數(shù)按丘頂、丘坡和溝谷進(jìn)行劃分，總體上看，從丘頂至溝谷，降水入滲系數(shù)和滲透系數(shù)逐漸增大。將評價區(qū)分為13個區(qū)，具體分區(qū)情況及對應(yīng)各區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)見圖2和表5。

圖2　該天然氣凈化廠模擬區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)

表5　某天然氣凈化廠模擬區(qū)不同分區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)

5.4預(yù)測時段及預(yù)測結(jié)果分析

本項目運營期為32 a，預(yù)測時段定位1 a、5 a、10 a 和32 a。根據(jù)上述預(yù)測時段，分別對凈化廠檢修污水池、生化污水處理裝置曝氣調(diào)節(jié)池和事故污水池泄漏的情景進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果表明：事故工況下，檢修污水池廢水泄漏后，污染物最大影響距離為234 m，最大影響范圍為36 095 m2，最大超標(biāo)范圍為26 566 m2；生化污水處理裝置曝氣調(diào)節(jié)池泄漏后，污染物最大影響距離為185 m，最大影響范圍為22 277 m2，最大超標(biāo)范圍為5 912 m2；事故污水池泄漏后，污染物最大影響距離為275 m，最大影響范圍為68 811 m2，最大超標(biāo)范圍為41 987 m2。事故工況下各裝置區(qū)污染物影響范圍見表6。

表6　事故工況下各裝置區(qū)污染影響范圍

凈化廠各個裝置單元在預(yù)測時限內(nèi)，除污染源附近小范圍以外地區(qū)，各污染因子濃度都很小，均能滿足GB/T 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，同時泄漏位置與周圍村民的生活水井距離較遠(yuǎn)，可見項目對地下水及周邊村民生活水源的影響較小。

6　污染防治措施的確定

根據(jù)項目所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)敏感程度及評價結(jié)果，對廠址區(qū)、主體裝置區(qū)、污水處理區(qū)等重點區(qū)域按GB/T 50934—2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》有關(guān)要求進(jìn)行，凈化廠分區(qū)防滲方案見表7。

表7　某天然氣凈化廠分區(qū)防滲方案

7　結(jié) 論

①根據(jù)項目工程特點和建設(shè)場地不同區(qū)域的環(huán)境水文地質(zhì)情況，合理確定各分區(qū)的評價工作等級和工作內(nèi)容。

②項目區(qū)處于四川盆地典型丘陵區(qū)，侏羅系風(fēng)化帶基巖裂隙水含水層，水文地質(zhì)參數(shù)總體上劃分為丘頂、丘坡和溝谷三部分。

③根據(jù)項目所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)敏感程度及評價結(jié)果，對廠址區(qū)、主體裝置區(qū)、污水處理區(qū)等重點區(qū)域按GB/T 50934—2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》有關(guān)要求進(jìn)行防滲，同時應(yīng)重點加強(qiáng)地下水環(huán)境污染監(jiān)管措施。

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（編輯 王薇）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.017

1005-3158（2015）06-0060-05

2015-05-28）

焦艷軍，2011年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地下水科學(xué)與工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院從事地下水環(huán)境影響評價工作。通信地址：四川省成都市高新區(qū)天府大道北段12號，610041