地下水環(huán)境影響一級評價水文地質(zhì)調(diào)查的工作內(nèi)容和方法

梁 靜 徐鐵兵

（河北省環(huán)境科學(xué)研究院，石家莊 050037）

1．引言

地下水是水資源的重要組成部分。隨著城市規(guī)模的擴大、人口的增加和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，地下水供水比例越來越高，已成為生活和工農(nóng)業(yè)用水最主要的供水水源之一。因此，保護(hù)地下水水源不受污染、保證地下水資源的合理利用，引起了國家和整個社會的重視。2011年，國家環(huán)境保護(hù)部制定了《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則—地下水環(huán)境》（以下簡稱導(dǎo)則）［1］，這表明今后的地下水環(huán)境影響評價將更加嚴(yán)格和規(guī)范。自導(dǎo)則實施以來，地下水環(huán)境影響評價就成為整個建設(shè)項目環(huán)境影響評價中的難點［2］，其主要原因有：（1） 地下水環(huán)境影響的隱蔽性：由于地下水環(huán)境受污染隱于地下，人們不能直接觀察到，即使污染程度已經(jīng)很嚴(yán)重，還是很難被發(fā)現(xiàn)；（2） 地下水環(huán)境影響的滯后性：從地下水環(huán)境污染發(fā)生到顯現(xiàn)危害需要經(jīng)歷漫長的歷程，有可能建設(shè)項目已經(jīng)結(jié)束，地下水的危害才突顯出來；（3） 地下水環(huán)境影響評價任務(wù)的艱巨性：查清地下水環(huán)境耗資大、專業(yè)性強、技術(shù)復(fù)雜，在項目論證階段實施難度大。

《導(dǎo)則》將地下水環(huán)境影響評價劃分為三個工作等級。其中，一級評價對水文地質(zhì)調(diào)查的要求最高。本文詳細(xì)介紹地下水環(huán)境影響一級評價需要進(jìn)行的工作，二級評價和三級評價可在此要求的基礎(chǔ)上簡化［1］。

2．水文地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容及方法

結(jié)合項目評價范圍，按1∶1萬開展調(diào)查工作，調(diào)查內(nèi)容包括： 收集評價區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等環(huán)境背景有關(guān)資料，調(diào)查評價區(qū)內(nèi)地下水質(zhì)量現(xiàn)狀和開發(fā)利用情況；詳查評價區(qū)水文地質(zhì)條件；調(diào)查環(huán)境水文地質(zhì)問題和地下水污染源特征；開展環(huán)境水文地質(zhì)鉆探，以了解工作區(qū)地層結(jié)構(gòu)、含水層與隔水層分布、包氣帶巖性空間分布；進(jìn)行抽水實驗、彌散實驗，確定地下水環(huán)境影響預(yù)測所需要的水文地質(zhì)參數(shù)。工作思路詳見圖 1。

圖1 地下水污染預(yù)測與評價的一般步驟

2.1 收集資料

在工作開始階段，首先要收集現(xiàn)有的研究區(qū)相關(guān)資料，包括：該地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報告及水文地質(zhì)圖；地下水資源評價報告；綜合水文地質(zhì)普查報告；供水水文地質(zhì)勘察報告；地下水資源普查報告；地下水資源量調(diào)查評價報告（也可收集項目周邊地區(qū)已有項目工程的水文地質(zhì)勘察報告）；地下水水源保護(hù)區(qū)建立相關(guān)政府文件；第四系潛水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、曲線，動態(tài)報告，和同期大氣降水、蒸發(fā)資料：評價區(qū)河流、渠系及其支流上、下游斷面多年流量資料；區(qū)內(nèi)農(nóng)田分布面積與灌溉定額（均衡計算用）；項目工程可行性研究報告和工程地質(zhì)勘察報告等。以上這些資料，對于了解和掌握研究區(qū)基本的水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)條件及建設(shè)項目的基本情況是有幫助的，要盡量收集。一般來說，在此階段收集的資料直接影響后面野外調(diào)查的工作量。

2.2 野外調(diào)查

為詳細(xì)掌握建設(shè)項目場地的環(huán)境水文地質(zhì)條件（給出的環(huán)境水文地質(zhì)資料的調(diào)查精度應(yīng)大于或等于1∶1 萬）及評價區(qū)域的環(huán)境水文地質(zhì)條件（調(diào)查精度應(yīng)大于或等于1∶5 萬），對評價區(qū)域（具體范圍根據(jù)《導(dǎo)則》確定）進(jìn)行1∶1 萬水文地質(zhì)條件調(diào)查。調(diào)查的主要內(nèi)容包括：評價區(qū)分布的地下水類型，含水層和隔水層的巖性組成、厚度、滲透系數(shù)及含水層的富水程度；地下水的補給、徑流和排泄條件；地下水動態(tài)，包括水位、水質(zhì)、水量、水溫等因素；地下水的開發(fā)利用現(xiàn)狀，包括供水水源地和水源井的分布情況（包括開采層的成井密度、水井結(jié)構(gòu)、深度及開采歷史）；地下水的現(xiàn)狀監(jiān)測（要掌握現(xiàn)狀監(jiān)測井的深度、結(jié)構(gòu)、成井歷史及使用功能）；原生環(huán)境水文地質(zhì)問題、地下水開采過程中水質(zhì)、水量、水位的變化情況及引起的環(huán)境水文地質(zhì)問題 ；與地下水有關(guān)的其他人類活動情況調(diào)查，入保護(hù)區(qū)劃分情況等。具體工作包括：

2.2.1 野外試驗

（1）水文地質(zhì)鉆探

為查明工作區(qū)地層結(jié)構(gòu)以及含水層的分布特征，對建設(shè)項目評價區(qū)開展水文地質(zhì)勘察鉆探工作，根據(jù)評價區(qū)鉆探所取得的地層、地下水位數(shù)據(jù)，并結(jié)合該區(qū)域地形地貌條件，編制水文地質(zhì)鉆孔柱狀圖和評價區(qū)水文地質(zhì)剖面圖。基于此，能較清楚的認(rèn)識評價區(qū)分布的地層巖性、地下水類型、含水層和隔水層的巖性組成、厚度。

（2）抽水試驗

水文地質(zhì)參數(shù)是研究地下水運動問題非常重要的參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中經(jīng)常采用的較為行之有效的方法之一[3]。根據(jù)試驗?zāi)康?，選擇合適的抽水試驗類型，并選用相應(yīng)的公式對涌水量、水位降深和時間進(jìn)行相應(yīng)的計算，得到水文地質(zhì)參數(shù)，掌握評價區(qū)含水層和隔水層的滲透系數(shù)及含水層的富水程度。

（3）滲水試驗

滲水試驗用來測定包氣帶非飽和巖土層滲透系數(shù)。從滲水試驗結(jié)果可知，評價區(qū)包氣帶垂向滲透系數(shù)，用于判斷建設(shè)場地的包氣帶的防污性能。

2.2.2 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測

地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測主要通過對地下水水位、水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測，了解和查明地下水水流與地下水化學(xué)組分的空間分布現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，地下水與地表水、不同含水層之間的補給、排泄關(guān)系，為地下水環(huán)境現(xiàn)狀評價和環(huán)境影響預(yù)測提供基礎(chǔ)資料。

（1）地下水水位監(jiān)測

為查明評價區(qū)的地下水埋深地下水流向及開發(fā)利用情況，在滿足《導(dǎo)則》要求的情況下，盡量選擇評價區(qū)域現(xiàn)有的地下水水井（包括民用井、農(nóng)用井、泉等）進(jìn)行水位監(jiān)測，若不滿足要求，在水文地質(zhì)鉆探階段要增設(shè)地下水水位觀測井。分別在評價區(qū)域的枯、平、豐三期進(jìn)行一次測量。

（2）水準(zhǔn)測量

水準(zhǔn)測量目的在于確定各類水文地質(zhì)點、物探點、地表水監(jiān)測斷面的地面標(biāo)高，據(jù)此確定地下水流場。測量對象包括全部水位統(tǒng)測點及河流監(jiān)測斷面。通過野外地下水水位和地面標(biāo)高的監(jiān)測，采用計算機結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)、地形特點，繪制地下水等水位線及埋深圖。

（3）地表水流量監(jiān)測

其目的在于通過對研究區(qū)內(nèi)河流及其主要支渠上下游斷面流量監(jiān)測、水準(zhǔn)測量，確定地下水與地表水補排關(guān)系，調(diào)查其地下水與地表水轉(zhuǎn)換量。

（4）地下水均衡調(diào)查

其目的在于通過地下水開采量調(diào)查、地表水流量監(jiān)測，對評價區(qū)地下水資源進(jìn)行均衡計算。調(diào)查內(nèi)容包括地下水開采井?dāng)?shù)、日開采量、井深、開采層位（孔隙水、裂隙水）、地下水水位、井孔類型（大口井、機井）；統(tǒng)計分散式農(nóng)戶自備水源井分布、井深、開采層位、地下水埋深、平均單井開采量及全區(qū)地下水總開采量；通過對區(qū)內(nèi)河流及其支渠上、下游河流斷面的監(jiān)測，分別了解各斷面間地表水的增、減量，地下水與地表水補排關(guān)系；調(diào)查了解評價區(qū)農(nóng)田灌溉定額，確定評價區(qū)邊界類型；計算評價區(qū)大氣降水入滲補給量、農(nóng)田灌溉補給量、河流（人工渠）入滲補給量、地下徑流補給量；地下水分散開采量、地下徑流流出量、河流（泉）排泄量、地面蒸發(fā)排泄量，據(jù)此編制地下水開采現(xiàn)狀圖、地下水開采強度分區(qū)圖。

（5）地下水水質(zhì)監(jiān)測

地下水水質(zhì)監(jiān)測的成果主要用于對評價區(qū)域的地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評價，并為建設(shè)項目的特征污染物的環(huán)境影響預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。監(jiān)測頻率、樣品采集和測定的具體要求見《導(dǎo)則》和《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[4]。

2.2.3 地下水污染源調(diào)查

目的在于了解評價區(qū)內(nèi)地下水污染源的基本情況，其中包括各廠污染源名稱、主要污染物的濃度、排放去向、等標(biāo)污染負(fù)荷等內(nèi)容。一般可通過搜集現(xiàn)有資料解決，對于沒有污染源調(diào)查資料，或已有部分調(diào)查資料，尚需補充調(diào)查的地區(qū)，可與環(huán)境水文地質(zhì)問題同步進(jìn)行。

2.3 地下水環(huán)境影響預(yù)測與評價

一級評價要求對地下水水質(zhì)、水量采用數(shù)值法進(jìn)行影響預(yù)測和評價。一般的步驟分為：建立地下水水流數(shù)值模型，識別和驗證該模型和地下水污染預(yù)測。

2.3.1 地下水流數(shù)值模型建立

水文地質(zhì)概念模型是把含水層實際的邊界性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、滲透性質(zhì)、水力特征和補給排泄等條件進(jìn)行概化，便于進(jìn)行數(shù)學(xué)與物理模擬。地下水流數(shù)值模型建立具體步驟如下：

（1）模型概化

① 確定研究區(qū)：必須包括敏感目標(biāo)，盡可能選擇研究程度較高的地區(qū)，選擇天然地下水邊界（河流、斷層、地層分界線等），盡量避免人為邊界（行政區(qū)等）。

② 含水層概化：通過分析現(xiàn)有資料（地質(zhì)、水文地質(zhì)以及水資源開發(fā)利用報告等），獲取含水層在均質(zhì)性、各向同性和水流動態(tài)等方面的特征，根據(jù)含水層特征，將模型概化為相應(yīng)的滲流系統(tǒng)（例如具有非均質(zhì)、各向同性特點三維地下水非穩(wěn)定滲流系統(tǒng)），為選擇合適的地下水滲流模型提供基礎(chǔ)資料。

③ 邊界概化：包括垂向邊界和側(cè)向邊界。模型在確定邊界時遵循盡可能采用自然邊界的原則，最好以完整的水文地質(zhì)單元（一個流域：與其他流域沒有水量交換）為計算區(qū)。例如，河流就是自然邊界：當(dāng)其與地下水有密切（聯(lián)動：河流與地下水水位一致）的水力聯(lián)系時，可作為水頭邊界；反之，可作為流量邊界。

（2）建立地下水滲流數(shù)學(xué)模型

根據(jù)含水層的水力特征（均質(zhì)性、各向同性、水流的穩(wěn)定性等），結(jié)合邊界條件，選擇合適的地下水滲流偏微分方程，并給出初始條件。

（3）建立地下水滲流數(shù)值模型

目前，數(shù)值模擬最常用的軟件有兩種， Waterloo公司開發(fā)的三維地下水流及污染物運移模擬軟件Visaul Modf low和由brigham yong university 的環(huán)境模型實驗室與美國軍工水道試驗站合作開發(fā)的地下水模型系統(tǒng)Groundwater Model System（簡稱GMS）。

運行軟件，再依次將地面高程、地下水水位、含水層底板高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入模型，將邊界側(cè)向流量、地下水開采量、大氣降雨量邊界置入模型。根據(jù)模擬區(qū)已有的水文地質(zhì)資料，進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)，并將抽水試驗獲得的滲透系數(shù)以及不同巖性的滲透系數(shù)經(jīng)驗值，帶入各分區(qū)，作為初始水文地質(zhì)參數(shù)。然后即可運行模型，得到各水位點的計算值，即為地下水水流數(shù)值模型。

2.3.2 識別和驗證地下水流數(shù)值模型

模型的識別和驗證是整個模擬中極為重要的一步工作，通常要進(jìn)行反復(fù)地調(diào)整參數(shù)才能達(dá)到較為理想的擬合結(jié)果。通過各統(tǒng)測水位點的計算值與實測值進(jìn)行比較，率定參數(shù)，校正構(gòu)建的地下水滲流數(shù)值模型。經(jīng)校正后，即可認(rèn)為構(gòu)建的模型能夠客觀反映研究區(qū)的水文地質(zhì)條件。模型的識別驗證主要遵循以下原則：① 模擬的地下水流場要與實際地下水流場基本一致；② 從均衡的角度出發(fā)，模擬的地下水均衡變化與實際要基本相符；③ 識別的水文地質(zhì)條件要符合實際水文地質(zhì)條件。

2.3.3 地下水流場預(yù)測和地下水污染預(yù)測

一般要預(yù)測正常工況和非正常工況兩種情況。以識別和校正后的模型為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析擬建工程在建設(shè)、生產(chǎn)運行和服務(wù)期滿后的各個過程中，可能造成地下水水質(zhì)污染的污染源和污染因子，聯(lián)合求解水流方程和溶質(zhì)運移方程就可得到污染質(zhì)的時空分布。

3．小結(jié)

由于建設(shè)項目中產(chǎn)生的廢、污水一般不直接排入地下水中，加上水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，地下水環(huán)境影響評價是整個環(huán)境影響評價中的薄弱環(huán)節(jié)。但是要保證地下水環(huán)境保護(hù)措施的有效性和可操作性，保護(hù)措施的選擇必然要依據(jù)地下水運動的基本原理，如何減緩攜帶污染物的地下水滲流速率，降低污染物遷移途徑中含水介質(zhì)的滲透系數(shù)和地下水的水力坡度等。地下水環(huán)評的重要性不言而喻。在此過程中需要注意以下問題：① 地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查應(yīng)以收集現(xiàn)有資料為主, 必要時補充做些現(xiàn)場調(diào)查和試驗。② 地下水的污染源調(diào)查應(yīng)注重那些能使污染物進(jìn)入地下水中的源的位置。③ 在建立地下水水流模型階段，在確定邊界時，盡可能采用自然邊界的原則，最好以完整的水文地質(zhì)單元（一個流域：與其他流域沒有水量交換）為計算區(qū)。

[1] 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則：地下水環(huán)境[S]. 北京：國家環(huán)境保護(hù)部，2011.

[2] 朱學(xué)愚，錢孝星. 地下水環(huán)境影響評價的工作要點[J]. 水資源保護(hù)，1998（4） ：48-53.

[3] 薛禹群、朱學(xué)愚,地下水動力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社,1979：207-240.

[4] 地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：國家環(huán)境保護(hù)部，2004.