工業(yè)化、城市化建設(shè)發(fā)展對地下水環(huán)境影響淺析
——以湄洲灣石化基地與工業(yè)園發(fā)展規(guī)劃區(qū)為例

彭 軍

(福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院 福建漳州 363000)

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工業(yè)化、城市化建設(shè)發(fā)展對地下水環(huán)境影響淺析
——以湄洲灣石化基地與工業(yè)園發(fā)展規(guī)劃區(qū)為例

彭 軍

(福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院 福建漳州 363000)

地下水環(huán)境影響評價，是環(huán)境影響評價的重要組成部分，越來越受到國家和學(xué)者的關(guān)注。湄洲灣石化基地是國家規(guī)劃的大型化工園區(qū)，從系統(tǒng)的角度確定了評價區(qū)域，通過對評價區(qū)域水文、地質(zhì)條件的調(diào)查和勘測，運用單因素指標(biāo)法評價了區(qū)域地下水環(huán)境現(xiàn)狀，利用事故定性預(yù)測和模型定量評價方法，預(yù)測了區(qū)域工程實施和運營后地下水環(huán)境質(zhì)量。評價結(jié)果表明，湄洲灣石化基地評價區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀較好，且工程對敏感目標(biāo)的污染影響不大；部分項目應(yīng)做好防范措施，預(yù)防產(chǎn)生污染影響地下水質(zhì)量。

地下水；環(huán)境影響評價；石化；濱海地區(qū)

0 引言

地下水資源是國家飲用水安全、社會經(jīng)濟發(fā)展的重要保障之一，以其季節(jié)性的調(diào)蓄能力、溫度穩(wěn)定、水量豐富、受污染程度較低、工程投資較少等特征，成為人們優(yōu)先考慮的重要水源，尤其在干旱半干旱地區(qū)，地下水甚至是唯一的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源。據(jù)統(tǒng)計，全國650多個城市中有400多個以地下水為飲用水源，同時近20%的城市集中式地下水水源的水質(zhì)劣于《GB/T 14848-1993 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。地下水污染具有隱蔽性、滯后性、治理難、恢復(fù)慢等特征，逐漸引起人們的廣泛關(guān)注。地下水環(huán)境影響評價作為環(huán)境影響評價中較薄弱的一環(huán)，越來越受到國家和學(xué)者的高度重視[1-3]，特別是2005年吉林省石化公司雙苯廠胺苯車間爆炸引起的環(huán)境、社會、經(jīng)濟、國際關(guān)系等惡劣影響以來，國家環(huán)保部頒布《HJ 610-2011地下水環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》，從源頭預(yù)防和制止地下水環(huán)境污染。

石油化工、煤化工、冶煉、農(nóng)藥、焦化等行業(yè)是國家重點行業(yè)，亦是污染較重的行業(yè)，其污染物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，造成的地下水污染和風(fēng)險逐步顯現(xiàn)，其建設(shè)項目環(huán)境影響評價意義，特別是地下水環(huán)境影響評價日趨重要[4-6]。近年來，以化工園區(qū)為平臺，沿海地區(qū)包括珠三角、湄洲灣、杭州灣、長三角、膠州灣、環(huán)渤海地區(qū)，形成了一批新的經(jīng)濟增長點，招商引資工作取得了明顯成果[7]。保障化工園區(qū)建設(shè)和發(fā)展與地下水環(huán)境和諧共存、預(yù)防園區(qū)運營和維護(hù)對地下水環(huán)境造成不利影響，正確評價沿海區(qū)域海水倒灌、鹽度升高對地下水環(huán)境評價的影響，是地下水環(huán)境影響評價中的重要課題。

1 區(qū)域概況

福建省湄洲灣石化基地位于福建省東部，湄洲灣南北兩岸，包括泉港石化工業(yè)區(qū)、泉惠石化工業(yè)區(qū)、石門澳化工新材料產(chǎn)業(yè)園、仙游楓亭化工新材料產(chǎn)業(yè)園，規(guī)劃總面積75km2。

考慮地下水環(huán)境影響評價范圍時，從地下水流動系統(tǒng)角度，既考慮到規(guī)劃建設(shè)項目本身及其影響范圍，同時考慮地下水流動系統(tǒng)的完整性。范圍以湄洲灣為中心，覆蓋面積約1 050km2，重點區(qū)域包括：泉惠石化基地、泉港石化基地、楓亭工業(yè)園區(qū)、石門澳工業(yè)園區(qū)、惠安縣污水處理廠、輞川垃圾中轉(zhuǎn)站、泉州市垃圾填埋場。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 評價類別和工作等級

根據(jù)本石化基地規(guī)劃、各項目的特點以及本區(qū)的水文地質(zhì)條件、水資源開發(fā)利用規(guī)劃等確定，本建設(shè)項目地下水環(huán)境影響評價類別屬Ⅰ類。由于本次地下水評價是對整個湄洲灣石化基地發(fā)展規(guī)劃的總體評價，加之規(guī)劃中本基地主要工業(yè)污水全部采用集中處理，達(dá)標(biāo)后通過管道直接排泄入海，故地下水環(huán)境影響評價等級按三級加強確定。

2.2 含水層、包氣帶水文地質(zhì)參數(shù)

本區(qū)西部、西北部屬閩浙火山巖低山亞區(qū)的邊緣部分，東部、東南部屬閩粵沿海花崗巖丘陵亞區(qū)的一部分。地勢西北高，東南低，由西北山地向東南部的丘陵、臺地、濱海平原逐漸降低，海岸曲折，多半島、島嶼、港灣，近岸礁石較多。根據(jù)本區(qū)地貌的成因可以劃分為構(gòu)造侵蝕地貌、侵蝕剝蝕地貌、堆積地貌和現(xiàn)代人為地貌。

本區(qū)地層巖性主要有燕山早期侵入巖、燕山晚期侵入巖，三疊系上統(tǒng)、侏羅系、白堊系及第四系巖層。地下水主要賦存于前述各時代基巖裂隙和孔隙中，以潛水為主，一般為無壓狀態(tài)，局部有微承壓水，根據(jù)地層含水介質(zhì)類型可以劃分為：基巖裂隙水、風(fēng)化帶孔隙裂隙水以及松散巖類孔隙水3種類型。給水能力最強的是沖積成因的松散巖類孔隙潛水含水層，平均單位涌水量為0.1 972 l/s·m；其次為海積成因的松散巖類孔隙潛水含水層，平均單位涌水量為0.0 931 l/s·m；基巖裂隙潛水含水層的給水能力較差，平均單位涌水量為0.0 709 l/s·m；風(fēng)化殘積成因的孔隙裂隙潛水含水層的給水能力最差，平均單位涌水量為0.0 518 l/s·m。

本區(qū)包氣帶巖性可以分為：基巖、砂性土、粘性土和人工填土4個大類?；鶐r包氣帶地下水入滲條件較差；沖洪積砂性土亞類以中粗砂為主，包氣帶厚度一般2m～10m，入滲能力強；殘坡積粘性土亞類以殘積粘性土和殘積砂質(zhì)粘性土為主，包氣帶厚度一般2m～10m，部分紅土丘陵臺地區(qū)包氣帶厚度大于10m，入滲能力稍差；人工填入砂性土亞類以中粗砂為主，經(jīng)碾壓夯實，包氣帶厚度一般在3m左右，入滲能力稍差。

2.3 地下水補給、徑流與排泄

本區(qū)地下水補給以大氣降雨入滲補給為主，在地形的控制下地下水由基巖山區(qū)和丘陵臺地區(qū)向區(qū)內(nèi)的幾條相對較大的地表水系匯集，總體地下水流向為北部自北向南；西部自西向東徑流，最終排泄入海。

本區(qū)地下水的動態(tài)變化與氣候密切關(guān)系，表現(xiàn)為雨季地下水水位高，而旱季地下水水位低。在濱海平原、島嶼區(qū)地下水水位受潮汐影響顯著。

本地區(qū)地下水流場的總體特征為自西向東、自北向南，由山區(qū)和丘陵臺地向沖海積平原和湄洲灣徑流排泄，還有分散的民井開采，主要用于生活用水和少量灌溉用水。本區(qū)含水層總體具有滲透性差、水力坡度較緩、遷移能力弱的特點，因此，污染物到達(dá)含水層以后，繼續(xù)在含水層中向下游的遷移速度較慢，影響范圍較局限。但是由于規(guī)劃的石化基地多處于分散的補給-徑流-排泄系統(tǒng)內(nèi)部，地下水污染的防治和一旦發(fā)生地下水污染事件后的監(jiān)測和治理工作難度相對較大。本區(qū)地下水礦化度分布(圖1)。

高礦化度氯鈉鎂型水主要分布與沿海和河流入?？诘貛?，地下水中各離子含量較高，尤其是氯離子和鈉、鎂離子含量很高，礦化度一般大于1.0mg/l，局部可達(dá)7.0mg/l以上，明顯受到海水入侵的影響，為天然劣質(zhì)水分布區(qū)。天然劣質(zhì)水是本區(qū)最大的環(huán)境問題。

3 地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價

3.1 保護(hù)目標(biāo)和敏感點

本規(guī)劃的化工基地和工業(yè)園區(qū)總體屬于地下水的排泄區(qū)，項目建設(shè)、運營及期滿后對地下水環(huán)境影響的范圍相對比較局限。但有部分污水處理廠、垃圾填埋場和垃圾中轉(zhuǎn)站等位于地下水的補給區(qū)或徑流區(qū)。因此本規(guī)劃項目地下水環(huán)境的保護(hù)目標(biāo)確定為規(guī)劃化工基地和工業(yè)園區(qū)附近村莊的生活用地下水水源以及垃圾中轉(zhuǎn)站和填埋場、污水處理廠下游的村莊的生活用地下水水源。

3.2 評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

本區(qū)地下水主要為分散式的民井和機井開采，無集中地下水供水水源地。地下水主要用于生活用水、農(nóng)田灌溉用水和抗旱應(yīng)急水源，在個別自來水集中供水無法達(dá)到的區(qū)域的農(nóng)村飲用水等。依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 14848-93中的規(guī)定，本次地下水質(zhì)量評價按Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。評價方法采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法進(jìn)行評價。

3.3 地下水指標(biāo)監(jiān)測

地下水環(huán)境監(jiān)測井點的部署采用控制性布點與功能性布點相結(jié)合的布設(shè)原則。監(jiān)測井點主要布設(shè)在規(guī)劃區(qū)及其影響區(qū)、周圍環(huán)境敏感點、地下水污染源、主要現(xiàn)狀環(huán)境水文地質(zhì)問題以及對于確定邊界條件有控制意義的地點，同時考慮地下水的補給、徑流與排泄條件，共布設(shè)42處。

地下水監(jiān)測指標(biāo)為：pH、總硬度、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、硫酸鹽、氯化物、氟化物、鐵、銅、錳、鉛、鎳、砷、汞、鎘、鉬、鈷、六價鉻、揮發(fā)性酚類(以苯酚計)、總氰化物和總石油類。地下水水樣分析嚴(yán)格按《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《水和廢水監(jiān)測分析方法》和國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行。

3.4 評價結(jié)果及污染源分析

本區(qū)地下水有83%事件達(dá)到Ⅳ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，有17%事件未達(dá)到。天然劣質(zhì)咸水分布區(qū)以外地區(qū)的地下水質(zhì)量總體較好，沿海天然劣質(zhì)咸水分布區(qū)受海水影響，其硬度、溶解性總固體、氯化物超標(biāo)。

天然劣質(zhì)咸水除外，絕大多數(shù)水樣中的揮發(fā)酚和高錳酸鉀指數(shù)兩個指標(biāo)的含量普遍偏高，反映該地區(qū)地下水已經(jīng)存在比較普遍的有機污染的影響，主要原因可能與生活污水、生活垃圾等隨意排放、堆放以及農(nóng)業(yè)灌溉有關(guān)，未來應(yīng)加強該地區(qū)，尤其是分散農(nóng)村居住區(qū)生活垃圾和污水的集中處理。

4 地下水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測評價

采用宏觀定性分析和解析法定量預(yù)測兩者相結(jié)合，以定性分析為基礎(chǔ)，以定量預(yù)測為輔助手段。宏觀定性分析是在地下水流動系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上，分析評價區(qū)內(nèi)主要石化基地、工業(yè)園區(qū)以及其他特殊污染源地下水流動系統(tǒng)范圍內(nèi)及其在地下水流動系統(tǒng)中的具體位置，同時充分考慮地下水環(huán)境的保護(hù)目標(biāo)及其與敏感點的相互關(guān)系，確定其是否會對地下水環(huán)境造成影響、影響的程度以及影響的范圍。定量計算的任務(wù)是在前述宏觀定性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)場區(qū)包氣帶和含水層的水文地質(zhì)條件及參數(shù)，運用解析方法定量預(yù)測污染物開始影響地下水質(zhì)量的時間、明顯影響地下水質(zhì)量的時間以及嚴(yán)重影響地下水質(zhì)量的時間，同時預(yù)測污染物經(jīng)含水層向下游遷移到達(dá)各敏感點及特征點的時間以及對這些敏感點和特征點地下水質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響和嚴(yán)重影響的時間。通過上述地下水環(huán)境質(zhì)量的定性和定量研究，為該地區(qū)地下水環(huán)境保護(hù)和防治提供水文地質(zhì)依據(jù)。

4.1 定性分析與評價

4.1.1 泉惠石化基地

該區(qū)域包氣帶防污性能屬于中等，即使因突發(fā)事件影響到下伏地下水，但因其下以海積天然劣質(zhì)水(咸水)分布區(qū)為主，因此該項目區(qū)工程建設(shè)對地下水環(huán)境的影響不大。但是若突發(fā)事件發(fā)生在場區(qū)西部西許山一帶時，由于該處地勢相對較高，包氣帶入滲能力較強，易導(dǎo)致下伏地下水的污染(圖2)。

4.1.2 泉港石化基地

該石化基地地下水主要以就地入滲補給，然后向北西和南東兩個方向分散排泄。該區(qū)包氣帶地下水入滲速率在空間上差異極大，厚度差異也較大，決定了該石化基地包氣帶防污性能差異較大，但總體防污性能較差。有可能發(fā)生地下水污染的區(qū)域主要在以下3個區(qū)域(圖3)：

(1)聯(lián)合煉化片區(qū)的西南部新厝東山一帶，由于該處位于地下水局部分水嶺地區(qū)，污水會沿自西北向東南方向遷移(圖4)。

(2)氯堿廠區(qū)西南社塘一帶，污水會向西南方向遷移；廠區(qū)北部仙境林場一帶時，污水會北東和北西兩個方向遷移(圖5)。

4.1.3 楓亭工業(yè)園區(qū)和石門澳工業(yè)園區(qū)

兩園區(qū)類似，主要由工填土而成，包氣帶防污性能屬于中等，即使因突發(fā)事件影響到下伏地下水，但因其下以海積天然劣質(zhì)水(咸水)分布區(qū)為主，因此該項目區(qū)工程建設(shè)對地下水環(huán)境的影響不大。但是楓亭工業(yè)園區(qū)若突發(fā)事件發(fā)生在園區(qū)北部東沙一帶，會對園區(qū)外圍村莊的地下水造成污染；石門澳工業(yè)園區(qū)若突發(fā)事件發(fā)生在園區(qū)北部蘇田一帶，會對園區(qū)外圍村莊地下水環(huán)境造成影響(圖6～圖7)。

4.1.4 惠安縣污水處理廠

地下水總體為沿第四系全新統(tǒng)沖積含水層自南向北徑流，至土墩尾后轉(zhuǎn)為自西向東徑流入海。包氣帶巖性為沖積粘性土，防污性能較差，因此，該廠區(qū)若發(fā)生污水泄漏事故，易對下伏第四系孔隙潛水含水層造成污染，并自南向北遷移(圖8)。

4.1.5 輞川垃圾中轉(zhuǎn)站

包氣帶防污性能中等偏好。但是由于該垃圾中轉(zhuǎn)站正好位于局部地下水分水嶺地帶，一旦發(fā)生地下水污染，則污水會向四周遷移(圖9)。

4.1.6 泉州天馬山垃圾填埋場

廠區(qū)位于山間溪溝中，溪溝下游含水層厚度自上游一般僅幾米向下游逐漸變厚至十余米，含水層跨度也由上游向下游逐漸變寬，如果該垃圾填埋場若防滲措施失效，會對下游河道第四系沖洪積含水層的地下水造成污染(圖10)。

4.2 定量預(yù)測與評價

4.2.1 水文地質(zhì)概念模型及數(shù)學(xué)模型

根據(jù)本區(qū)包氣帶的水文地質(zhì)條件分析，包氣帶中污染物的遷移主要表現(xiàn)為垂向的一維流動。根據(jù)本區(qū)可能發(fā)生地下水污染區(qū)域的水文地質(zhì)條件來看，污染物在地下水中的遷移主要發(fā)生在地勢比較低洼的第四系沖洪積含水層中，該類含水層在平面上狹窄的呈帶狀分布，加之其含水層厚度一般僅幾米、水力坡度較緩，小于1%，故本次污染物在含水層中遷移的預(yù)測也可以將其概化為水平一維流動。將本區(qū)污染物在包氣帶和含水層中的遷移模型概化為一維水動力彌散問題，其數(shù)學(xué)模型可以用如下型式表示：

式中：

C——預(yù)測點(x)處t時刻的濃度；

C0——污染源的濃度；

x——預(yù)測點距污染源的距離；

u——地下水實際流速=滲透流速(V)/孔隙度(n)；

DL——地下水縱向彌散系數(shù)。

參數(shù)確定見表1。

表1 地下水向下游敏感點及特征點遷移的參數(shù)取值

運用該數(shù)學(xué)模型即可定量預(yù)測不同位置地下水中污染物濃度隨時間的變化關(guān)系，并根據(jù)污染物的濃度確定敏感點開始發(fā)生污染的時間、出現(xiàn)明顯污染的時間以及產(chǎn)生嚴(yán)重污染的時間。由于本次規(guī)劃階段的評價尚無法準(zhǔn)確確定污染物的種類、污染物的濃度以及數(shù)量，故本次采用相對污染源濃度比值的方法進(jìn)行評價；以敏感點污染物濃度達(dá)到污染源濃度的十萬分之一為標(biāo)準(zhǔn)，作為敏感點地下水開始遭受污染的時間；以敏感點污染物濃度達(dá)到污染源濃度的千分之一為標(biāo)準(zhǔn)，作為敏感點地下水發(fā)生明顯污染的時間；以敏感點污染物濃度達(dá)到污染源濃度的1%為標(biāo)準(zhǔn)，作為敏感點地下水發(fā)生嚴(yán)重污染的時間。

4.2.2 預(yù)測結(jié)果及分析

(1)本區(qū)包氣帶的防污性能整體較弱，除個別地點需要上百天外，60%測試地點僅需3d～20d即可污染含水層，個別地點僅僅只需要幾十分鐘的時間，例如泉港石化基地的砂性土人工填土區(qū)及海積地層區(qū)，包氣帶的入滲能力極強，僅需40min即可造成下伏含水層的污染，地下水防污能力極弱。好在該場地下伏為天然劣質(zhì)咸水區(qū)，影響不大。

(2)本區(qū)污染物在含水層中的遷移速率相對較慢，對距污染源50m處的特征點的計算結(jié)果一般都需要1年以上的時間，但惠安污水處理廠、泉惠石化基地、泉港聯(lián)合煉化廠區(qū)和泉州天馬山垃圾填埋場等4地的污染物遷移速度相對較快，僅需45d～160d即可達(dá)到其下游50m的地方。

(3)本區(qū)污染物沿含水層到達(dá)各敏感點的時間相對較長，一般都需要幾年以上的時間。但是泉港聯(lián)合煉化廠區(qū)因含水層的滲透性較好，且敏感點的距離較近，污染物經(jīng)41d～235d將影響下游村莊及涂坑海帶場。

5 結(jié)語

地下水污染隱蔽性高、難于治理，在地下水環(huán)境影響評價工作中應(yīng)盡可能從地下水流動系統(tǒng)的角度出發(fā)，盡可能包含所有污染源。規(guī)劃項目環(huán)境影響預(yù)測過程中，定性預(yù)測有利于發(fā)掘定量預(yù)測的關(guān)鍵地點，一維模型的定量預(yù)測是較為簡便可行手段。濱海地區(qū)地下水環(huán)境影響評價時，應(yīng)盡量考慮海水鹽性的影響，不能盲目否定一個項目的存在合理性，造成人力和物力的不必要浪費。

[1] 李紹飛, 孫書洪, 王向余.突變理論在海河流域地下水環(huán)境風(fēng)險評價中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報, 2007, 38(11):1312-1317.

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Study of Groundwater Environment in the Coastal Area of Meizhou Bay Effected by industrialization and Urbanization——Taking the petrochemical base and Industrial Park in Meizhou Bay as an example

PENGJun

(Institute of Hydrogeological Survey and Engineering Geological Investigation of Fujian Province,Zhangzhou 363000)

Groundwater environmental impact assessment is an important part of environmental impact assessment, and it is more and more concerned by the government and scholars.Meizhou Bay petrochemical base is a national planning of large-scale chemical-park.This paper identified the evaluation area from the view of the system.Through investigation and survey of the geological and hydrological conditions, the regional groundwater environment situation was evaluated by single factor index method.Thus, groundwater environment quality was predicted by accident qualitative forecast and quantitative model evaluation methods.Evaluation results show that the groundwater environmental quality is good, and the engineering has little effect on sensitive pollution.But part of the project should do preventive measures to prevent pollution to groundwater quality.

Groundwater; Environmental impact assessment; Petrochemical; Coastal area

彭軍(1983.7- )男，工程師。

E-mail:1447646950@qq.com

2016-06-15

[TU984.11+5]

A

1004-6135(2016)10-0110-06