廣東某電廠污染物對(duì)地下水環(huán)境的影響研究

(安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院/水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蚌埠 233000)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，地下水污染防治成為環(huán)境污染防治的重點(diǎn)之一。地下水具有滯后性和隱蔽性，受污染后不易被發(fā)現(xiàn)或者出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)已經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間。國(guó)家環(huán)保部于2016年1月7日頒布實(shí)施《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》。本文結(jié)合相關(guān)實(shí)例對(duì)地下水環(huán)境影響進(jìn)行研究，并得出相關(guān)結(jié)論。

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ 610-2016)中關(guān)于地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作分級(jí)的依據(jù)，博賀電廠地下水環(huán)境評(píng)價(jià)項(xiàng)目類別為III類項(xiàng)目，廠區(qū)地下水環(huán)境敏感程度為“不敏感”，該廠區(qū)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)為III類項(xiàng)目的三級(jí)評(píng)價(jià)。為相似條件的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考。

1 研究區(qū)概況

廣東博賀電廠位于廣東省茂名市電白縣電城鎮(zhèn)，博賀灣東南部的東閣嶺至蓮頭嶺沙壩附近的潟湖灘涂和海域(半島區(qū)域)，西南隔部分灘涂與蓮頭嶺相望。廠址場(chǎng)地相對(duì)平緩，大部分為鹽田和魚(yú)塘，局部為沙丘，分布有少量林地和木麻黃等。廠址區(qū)所在區(qū)域在大地構(gòu)造位置上處于華南褶皺帶

粵中拗陷三級(jí)構(gòu)造單元的陽(yáng)春-開(kāi)平凹褶斷束中。

該區(qū)松散巖類孔隙水含水層主要為潛水含水層、微承壓含水層，分布于丘間洼地、濱海平原及海積階地，地下水主要賦存于第四紀(jì)海積、沖積砂層的孔隙中。地下水主要為第四系松散巖類孔隙水，含水層與地表水網(wǎng)、海水關(guān)系密切。評(píng)價(jià)區(qū)地下水徑流受地勢(shì)的影響，地下水分別從西南、東北兩側(cè)山嶺往項(xiàng)目區(qū)徑流，再與海水進(jìn)行循環(huán)水交替作用，成為一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的徑流場(chǎng)。地下水排泄主要為地下徑流排泄和垂直排泄，前者為地下水沿徑流方向與海水進(jìn)行循環(huán)交替，后者為農(nóng)灌井、民用壓水井等開(kāi)采提取地下水的人工排泄和天然蒸發(fā)排泄。

2 模型構(gòu)建

2.1 模型準(zhǔn)備

2.1.1 監(jiān)測(cè)孔布設(shè)

根據(jù)本地區(qū)水文資料，每年三至四月及十至十一月為平水期，五至九月為豐水期，十二月至翌年二月為枯水期。本次評(píng)價(jià)共計(jì)布設(shè)10個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，地下水質(zhì)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)(水質(zhì)點(diǎn)兼做水位點(diǎn))，監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)一覽表

2.1.2 水質(zhì)樣品采集

地下水水質(zhì)樣品的采集、管理、分析化驗(yàn)和質(zhì)量控制按HJ/T164《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。目前已采取地下水樣2次：2013年5月8日和2013年12月25日每次在水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)S1、S2、S3、S4、S5各采集1組水樣。

2.1.3 監(jiān)測(cè)因子

根據(jù)《地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 164-2004)，結(jié)合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)、《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-1993)和項(xiàng)目潛在污染特征因子考慮，地下水現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)因子如下： pH、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發(fā)性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價(jià))、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、氯化物、大腸菌群。

2.1.4 環(huán)境水文地質(zhì)勘察與試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)勘察抽水試驗(yàn)，評(píng)價(jià)工作區(qū)水文地質(zhì)條件，目的是確定含水層的導(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)，解決本項(xiàng)目環(huán)評(píng)關(guān)心的主要水文地質(zhì)問(wèn)題，為地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)數(shù)值模擬計(jì)算提供背景資料和輸入?yún)?shù)等。

本次在廠區(qū)和廠區(qū)西南側(cè)分別布設(shè)2井(C1、C2)和1井(C3)，井深為15 m，主要控制潛水層和微承壓含水層。對(duì)試驗(yàn)資料進(jìn)行整理，計(jì)算得到滲透系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 滲透系數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.2 建立模型

2.2.1 預(yù)測(cè)模型

結(jié)合項(xiàng)目工程場(chǎng)地水文地質(zhì)條件和潛在污染源的特征，地下水影響預(yù)測(cè)采用一維穩(wěn)定流動(dòng)二維水動(dòng)力彌散問(wèn)題中的瞬時(shí)注入示蹤劑-平面瞬時(shí)點(diǎn)源模型。如下列公式所示：

式中：x，y為計(jì)算點(diǎn)處的位置坐標(biāo)；T為時(shí)間，d；C(x,y,t)為t時(shí)刻點(diǎn)x,y處的污染物濃度，mg/L；M為含水層厚度，m；mM為長(zhǎng)度為M的線源瞬時(shí)注入示蹤劑的質(zhì)量，mg；u為水流速度，m/d；ne為有效孔隙度，無(wú)量綱；DL為縱向x方向的彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d；π為圓周率。

2.2.2 預(yù)測(cè)情景設(shè)定

1)泄漏點(diǎn)的設(shè)定。在廠區(qū)各機(jī)組區(qū)的廢水處理池等這些半地下非可視部位發(fā)生小面積滲漏時(shí)，才可能有少量物料通過(guò)漏點(diǎn)，逐步滲入土壤并可能進(jìn)入地下水，非正常工況泄漏點(diǎn)設(shè)定為：廢水貯存池污水泄漏(高錳酸鹽指數(shù))，池底滲漏。

2)泄漏源強(qiáng)。該廠有一臺(tái)廢水貯存池容積為38.6×14.8×5.65 m3，滿足機(jī)組工程經(jīng)常性廢水的一天發(fā)生量和非經(jīng)常性廢水最大一次量的貯存要求。根據(jù)同類電廠監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，污水中選擇污染物指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)濃度為3 000 ml/L。

圖1 污染物泄漏100 d濃度-運(yùn)移圖(單位：m)

圖2 污染物泄漏1 000 d濃度-運(yùn)移圖(單位：m)

圖3 污染物泄漏1 825 d濃度-運(yùn)移圖(單位：m)

圖4 污染物泄漏3 650 d濃度-運(yùn)移圖(單位：m)

圖5 高錳酸鹽指數(shù)污染物泄漏7 300 d濃度-運(yùn)移圖 (單位：m)

由于項(xiàng)目廠區(qū)水力坡度很小，在工業(yè)廢水池下游約10 m處設(shè)置觀測(cè)井，兩個(gè)月監(jiān)測(cè)一次，通過(guò)地下水質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)污染物濃度變化以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染物泄漏。在防滲破損5%的情況下，根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在防滲局部破損的工況下，監(jiān)測(cè)井中污染物濃度在20 d時(shí)超標(biāo)，設(shè)置泄露時(shí)間為30 d。

假定池底出現(xiàn)長(zhǎng)2 m、寬1 cm的裂縫，污水要經(jīng)過(guò)土層才能滲漏進(jìn)入含水層，其泄漏量按滲漏面積

與總池體面積比的5%考慮，按30 d計(jì)算，根據(jù)調(diào)查，土層的滲透系數(shù)為0.072 2 m/d，則滲漏量約為38.6 m×14.8 m×5%×0.072 2 m/d×30 d=61.87 m3

3)參數(shù)設(shè)置。M：根據(jù)水文地質(zhì)資料，項(xiàng)目含水層(中粗砂)厚度約為10.0 m；mM：污染源質(zhì)量：58.98 m3×3 000 mg/L=185.61 kg；u水流速度：根據(jù)抽水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)選取C01、C02的滲透系數(shù)的均值0.072 2 m/d(見(jiàn)表2)。

表2 地下水實(shí)際流速計(jì)算參數(shù)表

縱向x方向的彌散系數(shù)DL，參考相關(guān)研究關(guān)于縱向彌散度與觀測(cè)尺度關(guān)系的理論，根據(jù)本次場(chǎng)地的研究尺度，模型計(jì)算中縱向彌散度選用20 m。由此估算含水層中的縱向彌散系數(shù)DL=aL×u=20 m×0.000 48=0.009 6 m2/d。

橫向y方向的彌散系數(shù)DT，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般DT/DL=0.1，因此，DT取0.000 96

2.2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

將相關(guān)參數(shù)帶入水質(zhì)模型。利用Matlab軟件運(yùn)行得到高錳酸鹽指數(shù)污染物在水平的運(yùn)移結(jié)果(見(jiàn)圖1—圖5)，分別給出了在廢水貯存池泄露100 d、1 000 d、1 050 d、1 825 d(5a)、7 300 d(20 a)后污染物在水平向上的運(yùn)移范圍，見(jiàn)表3。

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，在廢水貯存池破損5%的情況下，高錳酸鹽指數(shù)污染物主要沿地下水徑流方向向下游擴(kuò)散，運(yùn)移100 d時(shí)，中心點(diǎn)濃度為3 2340.1 mg/L，中心點(diǎn)在水平方向最遠(yuǎn)運(yùn)移距離為0.1 m，污染暈濃度接近3.27 mg/L時(shí)運(yùn)移約6.0 m；運(yùn)移1 000 d時(shí)，中心點(diǎn)濃度為3 236.2 mg/L，中心點(diǎn)在水平方向最遠(yuǎn)運(yùn)移距離為0.5 m，污染暈濃度接近2.95 mg/L時(shí)運(yùn)移約16.9 m；運(yùn)移1 825 d時(shí)，中心點(diǎn)濃度為1 773.3 mg/L，中心點(diǎn)在水平方向最遠(yuǎn)運(yùn)移距離為0.9 m，污染暈濃度接近2.92 mg/L時(shí)運(yùn)移約22.1 m；運(yùn)移3 650 d時(shí)，中心點(diǎn)濃度為886.6 mg/L，中心點(diǎn)在水平方向最遠(yuǎn)運(yùn)移距離為1.8 m，污染暈濃度接近2.92 mg/L時(shí)運(yùn)移約30.1 m；運(yùn)移7 300 d時(shí)，中心點(diǎn)濃度為443.2 mg/L，中心點(diǎn)在水平方向最遠(yuǎn)運(yùn)移距離為3.5 m，污染暈濃度接近2.99 mg/L時(shí)運(yùn)移約40.9 m。因此，在天然流場(chǎng)中，不考慮地下水大量開(kāi)采情況，污染物運(yùn)移速度慢，不會(huì)對(duì)下游保護(hù)目標(biāo)產(chǎn)生影響。

表3 高錳酸鹽指數(shù)污染物模擬期內(nèi)

3 結(jié)語(yǔ)

(1)地下水影響預(yù)測(cè)采用一維穩(wěn)定流動(dòng)二維水動(dòng)力彌散問(wèn)題中的瞬時(shí)注入示蹤劑-平面瞬時(shí)點(diǎn)源模型。項(xiàng)目選擇廢水貯存池污水泄漏(高錳酸鹽指數(shù))，池底滲漏5%的情景，利用Matlab軟件運(yùn)行得到高錳酸鹽指數(shù)污染物在水平的運(yùn)移結(jié)果，確定在天然流場(chǎng)中，不考慮地下水大量開(kāi)采情況，污染物不會(huì)對(duì)下游保護(hù)目標(biāo)產(chǎn)生影響。

(2)建設(shè)單位在加強(qiáng)管理、提高環(huán)保意識(shí)并嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)施的防滲設(shè)計(jì)要求，并對(duì)重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)防滲、監(jiān)測(cè)管理、制定應(yīng)急預(yù)案。