地下水環(huán)境影響評價工作常見問題及思考

王曉曦

（遼寧省環(huán)境規(guī)劃院有限公司，遼寧沈陽 110165）

1 引言

環(huán)境影響評價制度是我國生態(tài)文明建設(shè)的一項重要法律制度。根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境保護管理條例（修訂）》（國務院令第682 號）、《關(guān)于強化建設(shè)項目環(huán)境影響評價事中事后監(jiān)管的實施意見》（環(huán)環(huán)評〔2018〕11 號）等文件，在環(huán)境影響評價工作中應“重點審查建設(shè)項目環(huán)境影響分析預測評估的可靠性”［1-2］，預測評估的可靠性直接影響到環(huán)境影響評估結(jié)論是否可行。

地下水環(huán)境影響評價是環(huán)境影響評價體系的重要組成部分。自HJ 610—2011《環(huán)境影響評價技術(shù)導則地下水環(huán)境》頒布實施以來，眾多重點行業(yè)高污染項目開展了等級較高（一級、二級）的地下水環(huán)境影響評價，進行地下水環(huán)境影響預測工作。根據(jù)導則要求，一級采用數(shù)值法，二級可根據(jù)水文地質(zhì)條件選取數(shù)值法或解析法。2016 年地下水導則修訂，編號更新為HJ 610—2016。盡管進行了部分簡化，但對預測方法并未進行更改。據(jù)調(diào)查各生態(tài)環(huán)境管理部門公示的環(huán)評報告資料，在各地開展的地下水影響預測工作中，由于不重視水文地質(zhì)條件的分析，導致對水文地質(zhì)概念模型設(shè)計錯誤，預測結(jié)果可靠性差。本文重點對地下水影響預測工作中遇到的常見問題進行闡述，并提出在地下水影響預測工作中應關(guān)注的重點。

2 地下水環(huán)評常見問題及討論

通過收集國內(nèi)公開的環(huán)境影響評價報告書，調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下水環(huán)境影響預測內(nèi)容存在的問題具體表現(xiàn)為：（1）二級評價不分析適用條件直接選用解析法；（2）水文地質(zhì)參數(shù)、邊界條件不合理；（3）地下水水流數(shù)學模型錯誤；（4）地下水水流數(shù)值模型未經(jīng)充分識別直接進行預測。

2.1 解析法的適用條件

HJ 610—2016 文件中針對地下水溶質(zhì)運移提供了4 個解析解模型，分別適用于一維穩(wěn)定流一維水動力彌散問題及一維穩(wěn)定流二維水動力彌散問題，具體的公式詳見HJ 610—2016 附錄D，本文不再列出。

由解析解模型的名稱可以得知，其適用的前提條件之一即一維穩(wěn)定流，因此，在建設(shè)項目選擇適用解析法時，應分析水文地質(zhì)條件是否適合概化為一維穩(wěn)定流。

在HJ 610—2016“9.7.4”小節(jié)中明確提出［3］：“a）污染物的排放對地下水流場沒有明顯的影響；b）評價區(qū)內(nèi)含水層的基本參數(shù)（如滲透系數(shù)、有效孔隙度等）不變或變化很小”。第2 條即對水文地質(zhì)條件的分析，用于判斷評價區(qū)內(nèi)含水層是否適合概化為一維穩(wěn)定流。在調(diào)查的眾多環(huán)境影響評價報告中均未見到對水文地質(zhì)條件的合理性分析，而直接選用解析解作為地下水二級評價的預測方法。

如建設(shè)項目評價區(qū)內(nèi)分布基巖裂隙水、第四系松散孔隙水兩個不同的水文地質(zhì)單元，而技術(shù)評價單位對此情況視而不見，也不進行說明，直接選擇解析法進行預測，故而得到的預測結(jié)果無法作為地下水環(huán)境影響評價結(jié)論評估依據(jù)。

此外，根據(jù)HJ 610—2016“9.7.1”規(guī)定，二級評價中水文地質(zhì)條件復雜且適宜采用數(shù)值法時，建議優(yōu)先采用數(shù)值法。

2.2 水文地質(zhì)條件概化

地下水預測是一項專業(yè)性非常強的技術(shù)工作。多數(shù)老一輩水文地質(zhì)專家學者一致認為，地下水預測的核心在于提高仿真性，尤其在數(shù)值模型領(lǐng)域，更應該重視其模擬仿真性。而提高模型仿真性的核心即水文地質(zhì)概念模型設(shè)計，要重視水文地質(zhì)條件和流動機理的分析。

HJ 610—2016 針對地下水環(huán)境影響評價的一級、二級評價提出了水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容，可為地下水影響預測提供較為可靠精度的水文地質(zhì)資料。水文地質(zhì)條件概化可參考GWI－D8《水文地質(zhì)概念模型概化導則》，具體可從下面幾個方面開展。

2.2.1 邊界條件概化

水文地質(zhì)模型的邊界一般包括一類給定水頭邊界、二類流量邊界條件。評價區(qū)一般選用自然邊界作為滲漏計算區(qū)域邊界。

自然環(huán)境中常見的邊界有地表水體、斷層、巖層接觸邊界、分水嶺、泉等。一般巖層接觸邊界、分水嶺、泉概化為二類流量邊界，而地表水體、斷層則應根據(jù)地表水體與含水層的水力聯(lián)系、斷層兩側(cè)的巖層性質(zhì)來判斷是屬于一類或是二類邊界［4］。

2.2.2 含水層結(jié)構(gòu)概化

根據(jù)水文地質(zhì)資料，確定隔水層、含水層在垂向、水平向的分布特征，即明確預測模型最終要劃分幾層、建立二維還是三維的問題；同時應明確含（隔）水層介質(zhì)巖性，判斷概化為均質(zhì)還是非均質(zhì)、各向同性還是各向異性。

2.2.3 水文地質(zhì)參數(shù)

水文地質(zhì)參數(shù)是巖性介質(zhì)的固有屬性，在一定時期和外部條件下可以視為恒定不變的參數(shù)。常見的水文地質(zhì)參數(shù)包括滲透系數(shù)、儲水系數(shù)、給水度等。水文地質(zhì)參數(shù)的概化是指參數(shù)分區(qū)的劃定，即根據(jù)掌握的水文地質(zhì)條件，給出水文地質(zhì)參數(shù)初步分區(qū)及各分區(qū)的經(jīng)驗取值區(qū)間。

2.2.4 源匯項

根據(jù)評價區(qū)實際存在的地下水補給、排泄情況，分析評價區(qū)內(nèi)存在源匯項目。常見的源匯項有降雨入滲、水面蒸發(fā)、灌溉入滲、間歇式河流下滲、排水溝、開采井等。

2.3 地下水流數(shù)學模型

根據(jù)HJ 610—2016，地下水環(huán)境影響評價重點關(guān)注的為潛水含水層，部分項目可能會涉及可能受影響且具有飲用水開發(fā)利用價值的下部含水層，這類項目主要為地下水井礦開采類。實際地下水環(huán)評工作中，多數(shù)環(huán)評報告將潛水含水層概化為二維平面流，有些為穩(wěn)定流，有些為非穩(wěn)定流。其中二級評價使用二維潛水穩(wěn)定流占多數(shù)，一級評價兩者均有使用。

當然不管是二維、三維、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)水流數(shù)學模型，均應建立符合實際水文地質(zhì)概念模型的數(shù)學方程。而公開的多數(shù)環(huán)評報告中的地下水預測內(nèi)容有的直接抄襲其他項目的公式，有的不區(qū)分二維還是三維數(shù)學模型直接套用，有的甚至直接忽略數(shù)學模型內(nèi)容不予介紹。

環(huán)評中地下水數(shù)值法存在的兩種常見問題：地下水水流數(shù)學模型不符合水文地質(zhì)條件實際情況以及一級評價使用穩(wěn)定流進行預測。

2.3.1 一級評價的地下水運動狀態(tài)問題

地下水運動狀態(tài)是水文地質(zhì)條件概化的重要內(nèi)容之一，已在2.2 小節(jié)進行描述。本處只對實際工作中地下水一級評價應該選擇哪種運動狀態(tài)進行討論。

根據(jù)HJ 610—2016，地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查時應開展水位監(jiān)測，監(jiān)測頻次要求為：若掌握近3 年內(nèi)至少1 個連續(xù)水文年的枯平豐水期地下水位動態(tài)監(jiān)測資料，評價期內(nèi)至少開展一期水位監(jiān)測；若無上述資料，依據(jù)表1 開展水位監(jiān)測。

表1 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測頻率參照

由HJ 610—2016 可知，地下水一級評價至少具有二期及以上的地下水水位數(shù)據(jù)，可以為非穩(wěn)定地下水流模型提供識別和驗證的水位數(shù)據(jù)。因此，地下水一級評價應建立地下水非穩(wěn)定流數(shù)學模型。

2.3.2 地下水數(shù)學模型的選擇問題

自然界的地下水流動基本都屬于三維流，是水文地質(zhì)學界的共識。特別對于潛水含水層，降雨、河流及灌溉入滲等補給以及水面蒸發(fā)、抽水井等排泄途徑均發(fā)生在潛水面上，因此，理論上所有的地下水模型均應建立地下水流動三維模型。鑒于地下水環(huán)境影響評價中多關(guān)注的為污染物的水平遷移情況，在某些水文地質(zhì)條件下可以概化為二維模型。

地下水的數(shù)學模型包括地下水水流基本微分方程以及定解條件。

2.3.2.1 地下水三維潛水非穩(wěn)定流數(shù)學模型

該數(shù)學模型適用于潛水含水層的三維非穩(wěn)定流模型。具體模型方程如下：

式中，H 為水頭函數(shù)；Kxx，Kyy，Kzz分別為各向異性含水層x，y，z 方向的滲透系數(shù)；K 為邊界上的滲透系數(shù)；μd為重力給水系數(shù)；H0為初始時刻水頭分布；φ為第一類邊界B1上的已知水頭函數(shù)；q 為第二類邊界B2處的滲透速度；Ω 為滲流區(qū)域；n 為B2邊界的外法線單位向量；zwt為潛水面水位；W 為潛水面單位水平面積的入滲量；ε 為垂向補給強度。

若模型概化為穩(wěn)定流，即地下水流狀態(tài)不隨時間變化而變化，則只需將右端取0。

2.3.2.2 地下水二維潛水非穩(wěn)定流數(shù)學模型

當不考慮地下水流垂向變化時，三維流可概化為二維平面流。針對潛水含水層，即水文地質(zhì)學中著名的Boussinesq 方程，數(shù)學模型方程如下：

式中，H 為水頭函數(shù)；Kxx，Kyy分別為各向異性含水層x，y 的滲透系數(shù)；K 為邊界上的滲透系數(shù)；μd為重力給水系數(shù)；H0為初始時刻水頭分布；φ 為第一類邊界B1上的已知水頭函數(shù)；q 為第二類邊界B2處的滲透速度；Ω 為滲流區(qū)域；n 為B2邊界的外法線單位向量；ε 為垂向補給強度。

地下水環(huán)境影響評價工作中的數(shù)值模型主要就是上述兩種，相關(guān)技術(shù)工作者應選擇合適的數(shù)學模型，用以表達項目評價區(qū)的水文地質(zhì)條件。

2.4 地下水數(shù)值模型的識別和驗證

HJ 610—2016 明確提出，采用數(shù)值法預測前，應先進行參數(shù)識別和模型驗證，而在實際地下水環(huán)境影響預測工作中，如水文地質(zhì)參數(shù)未經(jīng)識別或識別不充分即進行下一步預測工作，會嚴重影響地下水預測結(jié)果的可靠性。

模型識別過程通過掌握的水文地質(zhì)條件來調(diào)整有關(guān)參數(shù)和分區(qū)，同時模型識別過程也是對研究區(qū)水文地質(zhì)條件再認識。通過科學合理的模型識別，獲得符合水文地質(zhì)條件的數(shù)值模型，從而保證預測結(jié)果的可靠性。

模型的識別應遵循以下原則［5］：（1）模擬的地下水流場與實際地下水流場基本一致，即模擬的等值線與實測的等值線形狀相似；（2）模擬的地下水動態(tài)過程與實測的動態(tài)過程基本相似，即模擬水位過程線與實際地下水水位過程線形狀相似；（3）從均衡角度分析，模擬的地下水均衡變化與實際基本相符；（4）識別的水文地質(zhì)參數(shù)、邊界條件等要符合實際水文地質(zhì)條件。

上述4 條原則中第（2）（4）條尤為重要，由于實測的地下水流場是通過不同的數(shù)學插值方法插值而得，不能代表實際地下水流場情況，也忽略了水文地質(zhì)條件。因此，地下水模型識別要尤其重視水位監(jiān)測點的動態(tài)擬合、水文地質(zhì)參數(shù)和邊界條件是否符合實際水文地質(zhì)條件的分析［6］。

3 結(jié)論及建議

（1）地下水二級評價解析法僅適用于水文地質(zhì)條件簡單、含水層可概化為一維穩(wěn)定流的地區(qū)，建議其他地區(qū)采用數(shù)值法進行預測，以提高預測結(jié)果的可靠性。

（2）利用地下水環(huán)境調(diào)查的水文地質(zhì)資料，加強水文地質(zhì)條件和地下水流動機理分析，確保預測參數(shù)符合評價區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)規(guī)律。

（3）地下水一級評價應建立地下水非穩(wěn)定流數(shù)學模型，并構(gòu)建正確的地下水水流數(shù)學模型。

（4）地下水數(shù)值模型應開展充分的識別和驗證，尤其關(guān)注地下水位監(jiān)測點的動態(tài)擬合、水文地質(zhì)參數(shù)和邊界條件擬合。