某電廠擴(kuò)建項目地下水環(huán)境影響評價研究

王有林，許曉霞，趙中強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

地下水作為地球上重要的水體，與人類社會有著密切的關(guān)系。地下水以其穩(wěn)定的供水條件、良好的水質(zhì)，而成為農(nóng)業(yè)灌溉、工礦企業(yè)以及城市生活用水的重要水源。受氣候變化和人類活動影響，近年來一些地區(qū)地下水資源發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的超采和污染問題[1-4]。為保護(hù)地下水環(huán)境，防治污染，避免建設(shè)項目造成或加劇地下水環(huán)境污染，需科學(xué)合理的評價建設(shè)項目對地下水環(huán)境的影響。

國內(nèi)地下水環(huán)境影響評價方面的研究始于20世紀(jì)70年代，有關(guān)學(xué)者對國內(nèi)部分城市的地下水環(huán)境進(jìn)行了評價和預(yù)測[5-9]。國家環(huán)保部于2011年2月正式出臺了《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則—地下水環(huán)境》(HJ610-2011)，并于6月1日正式實(shí)施。2016年對導(dǎo)則進(jìn)行了修訂，并于2016年1月7日發(fā)布實(shí)施[10]。導(dǎo)則規(guī)定了地下水環(huán)境影響評價的原則、工作程序、內(nèi)容、方法和具體要求，規(guī)范了地下水環(huán)境影響評價的相關(guān)工作，給相關(guān)從業(yè)者提供了技術(shù)依據(jù)。

華亭某電廠擴(kuò)建工程屬于電力項目，在施工期、運(yùn)營期可能會對地下水環(huán)境產(chǎn)生一定影響。因此，本次評價目的是查清建設(shè)項目所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件、地下水環(huán)境現(xiàn)狀，根據(jù)該項目的工程特征和污染特點(diǎn)，分析項目建設(shè)對當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境可能造成的不良影響，查明影響程度和范圍，從而制定避免、減少地下水污染的對策，為項目實(shí)現(xiàn)合理布局、最佳設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況與地下水環(huán)境影響識別

1.1 工程概況

某電廠擴(kuò)建工程擬建設(shè)2×1 000 MW超超臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置，建設(shè)場地為一期預(yù)留擴(kuò)建場地。本期工程生產(chǎn)主水源為污水處理廠的再生水，不足部分和備用水源為王峽口水庫地表水，生活、消防水源為市政自來水。廠區(qū)設(shè)廢水處理系統(tǒng)，工業(yè)廢水處理后回用至全廠回用水系統(tǒng)，生活廢水處理后作為廠區(qū)綠化用水。正常工況下，產(chǎn)生的廢污水經(jīng)處理后全部回用，退水量為零。

1.2 地下水環(huán)境影響識別

電廠對地下水水質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在其排放的工業(yè)廢水滲漏的污染物對地下水水質(zhì)造成污染，此外還應(yīng)考慮到干煤、灰淋溶對地下水水質(zhì)的污染情況。

電廠的工藝系統(tǒng)及污水排放情況表明，由于電廠工藝、設(shè)備等技術(shù)的不斷完善，電廠污廢水達(dá)到“零排放”標(biāo)準(zhǔn)，所有的污廢水都被高效的回收再利用，酸堿廢水、脫硫水、冷卻排放水及沖洗廢水經(jīng)過處理后污水大部分進(jìn)入循環(huán)再利用系統(tǒng)，對外界水質(zhì)影響不大。然而綠化、沖洗廠房地面、輸煤系統(tǒng)、汽車、道路等，大部分下滲外排，其成分和酸堿度還是會對地下水造成一定程度的污染。因此，在對電廠污廢水排放量界定時，應(yīng)該綜合考慮所有可能對地下水造成影響的水，而不是單單考慮到工藝中的污廢水排放問題。此外貯煤區(qū)降雨入滲，淋濾會對地下水產(chǎn)生影響。

2 場地水文地質(zhì)特征

2.1 地下水賦存條件及分布規(guī)律

主廠區(qū)位于關(guān)山東側(cè)侵蝕洪積扇和紅崖河二級階地上，總體地勢西高東低，由西南向東北緩傾。根據(jù)本次的水文地質(zhì)鉆探成果，結(jié)合二期巖土工程鉆探、周邊坑探、水源井等資料，區(qū)內(nèi)主要巖性為卵礫石層、含卵礫石粉砂土等。廠址區(qū)內(nèi)第四系沉積物厚度為9.2～24.2 m。表層分布有0.4～6.7 m的填土層(多小于2 m，場地西北邊緣地段較厚)，透水而不含水；其下部為卵礫石層，層厚約7.9～22.9 m，局部夾有粗砂、砂礫石層透鏡體，其分布連續(xù)穩(wěn)定，局部夾砂類土透鏡體，具有較好的儲水條件，是廠址區(qū)的主要含水層；最下部為新近系甘肅群泥巖，為隔水層，具水平層理。總體來看，地下水主要賦存于卵礫石層中，地下水流向與地形地勢較為一致，總體流向從西南至東北方向，主要以大氣降水和南汭河側(cè)向補(bǔ)給。

從垂向上來看，廠址區(qū)地下水埋藏較淺，豐水期地下水埋深0.6～5.5 m。水平方向上含水層分布均勻穩(wěn)定，潛水水位由西南向東北遞減(圖1)。

圖1 廠區(qū)地下水等水位、等埋深圖

2.2 地下水補(bǔ)、徑、排特征

主廠區(qū)為地下水的補(bǔ)給徑流區(qū)，地下水的補(bǔ)給來源是地表水的入滲和大氣降水。由于地形相對平坦，砂礫卵石及漂石裸露地表，對大氣降水及地表水滲入有利，且年降雨量在600 mm以上，補(bǔ)給較充足。西南側(cè)山前季節(jié)性溪流于豐水期形成地表徑流，除沿途少量蒸發(fā)損耗外，絕大部分水量垂向入滲轉(zhuǎn)化為地下水后向下游側(cè)向徑流；此外，紅崖河對地下潛水形成側(cè)向補(bǔ)給。地下水由西南向東北徑流，流向與地形地勢基本一致，同時與紅崖河的流向近平行。潛水主要以泉的形式排泄，其次為徑流流出、陸面蒸發(fā)及人工排導(dǎo)等排泄方式。

2.3 場地地下水資源量計算

場地地下水資源計算是以本次評價區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)鉆探工作為基礎(chǔ)。根據(jù)前期調(diào)查工作成果，確定廠區(qū)50 m深度范圍內(nèi)地下水含水層為單一結(jié)構(gòu)的潛水含水層。廠區(qū)處于水量富水區(qū)，礦化度均小于1 g/L。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，主廠區(qū)潛水含水層為本次計算評價的重點(diǎn)。廠區(qū)水位埋深較淺。該區(qū)主要受上游地下水徑流的側(cè)向補(bǔ)給，紅崖河的側(cè)向補(bǔ)給影響較小。因此從廠區(qū)的實(shí)際情況考慮，本次工作采用補(bǔ)給量法(式1)，即斷面法計算廠區(qū)的地下水補(bǔ)給資源量。

Q=K·I·B·H·T

(1)

式中：Q為地下水徑流補(bǔ)給量(m3/d)；K為滲透系數(shù)(m/d)；I為水力坡度；B為計算斷面寬度(m)；H為含水層厚度(m)；T為均衡計算時間(d)，T=365 d。

正確、合理地選擇地下水資源計算公式及參數(shù)，是保證和提高地下水資源計算精度的基礎(chǔ)，只有在正確計算參數(shù)的前提下，所計算的地下水資源才能反映客觀情況。然而計算參數(shù)又受到諸多因素的制約，因此，計算參數(shù)的確定具有十分重要的意義。

依據(jù)確定的計算公式，需計算的水文地質(zhì)參數(shù)有：(1)含水層滲透系數(shù)(K)，根據(jù)廠址區(qū)ZK01、ZK03鉆孔抽水試驗(yàn)成果及水文地質(zhì)手冊經(jīng)驗(yàn)值，廠區(qū)含水層為含碎石砂卵礫石層，滲透系數(shù)(K)值取均值44.41 m/d；(2)水力坡度(I)，根據(jù)本次調(diào)查水點(diǎn)，采用實(shí)測的方法確定，為提高其精度，本次工作對該區(qū)的水點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，并編制綜合水文地質(zhì)圖，由圖上的等水位線，求得水力坡度(I)均值為30.1‰。30 m深度范圍內(nèi)砂卵礫石層厚8～22.9 m，故含水層厚度平均取15 m，計算斷面寬度B由圖上量取值為550 m。

本次工作對廠區(qū)內(nèi)有供水意義的潛水進(jìn)行地下水資源計算，采用補(bǔ)給量法，即斷面法計算工作區(qū)地下水補(bǔ)給資源。計算成果如表1所示，廠區(qū)潛水側(cè)向流入補(bǔ)給量為402.5×104m3/a。

表1 地下水補(bǔ)給量計算表

2.4 地下水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測

因?yàn)樵u價區(qū)近三年內(nèi)均無地下水監(jiān)測資料，因此本次評價期為一個連續(xù)水文年，對枯、豐水期的地下水水位、水質(zhì)各監(jiān)測一次。項目場地上游和兩側(cè)的地下水水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)各不少于1個點(diǎn)/層；建設(shè)項目場地及其下游影響區(qū)的地下水水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)不少于3個點(diǎn)/層，共設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)10個。

水質(zhì)監(jiān)測共選取了41個指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測項目包括：K+和Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3-、NO2-、礦化度、溶解性固體、電導(dǎo)率ms/cm、高錳酸鹽指數(shù)、可溶性SiO2、游離CO2、HBO2、Br-、I-、石油類、總硬度、暫硬度、永久硬度、pH、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、揮發(fā)酚、氰化物、F-、As、Cr6+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Mn、Cu、Zn、Se、Co、Ni。

水質(zhì)單項評價參數(shù)以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-2017》中的分類指標(biāo)為參考標(biāo)準(zhǔn)[11]，整體評價方法采用內(nèi)梅羅指數(shù)法[12-13]，將地下水質(zhì)量分為5種類別，不同類別的標(biāo)準(zhǔn)值相同時，遵從從優(yōu)不從劣的原則。然后在對各項評價指標(biāo)的評價結(jié)果進(jìn)行綜合比較時，一般采用就高不就低原則來確定地下水的質(zhì)量類別，即當(dāng)有某一參數(shù)含量較高時，則它所屬的類別即為地下水的類別，最后的歸類取決于各單項參數(shù)評價的最高值。

首先，根據(jù)表2對各組分進(jìn)行單項評價，給予每個組分賦予不同的評價分值。

表2 地下水質(zhì)量評分表

然后根據(jù)綜合評價分值F公式進(jìn)行綜合計算。公式如下：

(2)

(3)

最后，根據(jù)上述公式計算F值，按照表3確定地下水質(zhì)量類別。

表3 地下水質(zhì)量分級表

按照內(nèi)梅羅指數(shù)評價方法，對地下水質(zhì)量進(jìn)行評價，從表4看出，華亭電廠區(qū)地下水監(jiān)測井共有10眼，其中8眼監(jiān)測井的水質(zhì)類別為Ⅱ類，其個數(shù)是監(jiān)測井總數(shù)的80%；Ⅳ類有1眼，其個數(shù)是監(jiān)測井總數(shù)的10%；Ⅴ類有1眼，其個數(shù)是監(jiān)測井總數(shù)的10%。由于J13和TJ3這2眼井處于西華鎮(zhèn)周圍，這一帶是生活居住區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)，由于人類活動產(chǎn)生的大量含有“三氮”污染物的廢水肆意排放，其中的污染物進(jìn)入地下水，導(dǎo)致NO3-和NO2-超過了Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的上限，在進(jìn)行單項組分評分時其值會偏高，所以在計算綜合分值時會影響最后的計算結(jié)果，使得這2眼監(jiān)測井的水質(zhì)類別變差。Ⅱ類監(jiān)測井是監(jiān)測井總數(shù)的80%，整個研究區(qū)內(nèi)的地下水水質(zhì)狀況良好。

表4 地下水質(zhì)量評價結(jié)果

3 地下水環(huán)境影響預(yù)測與評價

3.1 預(yù)測原則、范圍與時段

考慮到地下水環(huán)境污染的隱蔽性和難恢復(fù)性，還應(yīng)遵循環(huán)境安全性原則，預(yù)測評價能為地下水污染的防治和地下水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

預(yù)測的范圍、時段和內(nèi)容根據(jù)建設(shè)項目類別為Ⅰ類，評價等級Ⅰ類一級、工藝特征和環(huán)境特征，結(jié)合環(huán)境功能和環(huán)境保護(hù)要求確定，以項目的工藝流程產(chǎn)生的工業(yè)廢水在林濾作用下造成的地下水污染、污水處理站滲漏對地下水水質(zhì)可能造成的動態(tài)影響為重點(diǎn)，綜合分析在建設(shè)期和運(yùn)營期的正常工況和事故工況下，這些特征污染物對地下水環(huán)境影響的預(yù)測結(jié)果。

參照現(xiàn)狀調(diào)查范圍，預(yù)測范圍為：主廠區(qū)以南汭河、紅崖河分水嶺為界，面積約為10.4 km2。該項目地下水影響預(yù)測時段包括建設(shè)項目建設(shè)期、生產(chǎn)運(yùn)營期兩個階段。其中項目建設(shè)期擬定為2年；生產(chǎn)運(yùn)營期為電場開始投入至服務(wù)期滿，擬定為2017-2036年，共20 a。

3.2 預(yù)測因子

預(yù)測因子為擬建項目產(chǎn)生的污染物有關(guān)的因子。該項目主要污染物為煤與煤灰堆積經(jīng)淋濾作用形成的滲濾液，因此預(yù)測因子的選取只要依據(jù)煤與煤灰所含化學(xué)物質(zhì)及國家地方要求控制的污染物來確定。

結(jié)合主廠區(qū)水質(zhì)監(jiān)測資料，確定主廠區(qū)的評價預(yù)測因子：SO42-、TDS、NO32-。其中所選取的預(yù)測因子分別代表了反應(yīng)性污染物(SO42-、NO32-和氟化物)和保守性污染物(TDS)，其在含水層介質(zhì)中的降解、遷移、反應(yīng)機(jī)理差別不同，反應(yīng)性污染物在遷移過正中容易與環(huán)境發(fā)生氧化反應(yīng)，污染數(shù)量會隨年限的增長而降低，保守性污染物則一般不會與含水層介質(zhì)或地下水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3.3 數(shù)值模擬模型

污染物對地下水的影響因素主要為兩類，一類是與入滲量有關(guān)的因素，包括降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時、蒸發(fā)量、周邊地形等；另一類是與包氣帶及含水層性質(zhì)有關(guān)的因素，這主要包括包氣帶厚度、包氣帶和含水層的滲透性能、地下水徑流強(qiáng)度以及隨地下水的遷移距離等水文地質(zhì)和地球化學(xué)因素。根據(jù)污染物的遷移途徑，該項目地下水預(yù)測分析為非飽和帶(包氣帶)污染物遷移和飽和帶污染物遷移預(yù)測。評價等級為一級，采用地下水?dāng)?shù)值模型法對正常工況和非正常工況下污染物影響范圍及距離、污染物濃度動態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測分析。

根據(jù)實(shí)際水井調(diào)查情況，第四系松散孔隙含水層、基巖風(fēng)化裂隙含水層為研究區(qū)當(dāng)?shù)鼐用裰饕∷畬游?，且兩層含水層之間存在水力互補(bǔ)聯(lián)系，因此可將兩層含水層作為同一個溶質(zhì)運(yùn)移模擬的目標(biāo)含水層，該含水層可概化為非均質(zhì)各向同性、連續(xù)分布、底板近似水平的含水層，其下部為25.5～40.5 m厚的弱透水層可視為隔水層。包氣帶巖性為全更新世粉土、粉質(zhì)粘土，可視為透水或弱透水的上部邊界。

綜合研究區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水系統(tǒng)的獨(dú)立性、完整性來確定本研究區(qū)的地下水流場模擬范圍。根據(jù)廠址的水文地質(zhì)條件，模擬區(qū)范圍內(nèi)基本構(gòu)成了地下水補(bǔ)、徑、排的完整的地下水流體系。模型的南、西邊界屬于山區(qū)與平原的沖洪積扇過渡帶，可概化為山前側(cè)向補(bǔ)給邊界，該邊界處理為定流量邊界；主廠區(qū)北面以南汭河、紅崖河分水嶺為界，可概化成流量邊界，模擬區(qū)面積約為10.4 km2。

3.4 主廠污染物遷移模擬

按照前述的數(shù)值模型、邊界條件和計算參數(shù)，以非穩(wěn)定流方式運(yùn)行模型，擬合計算得到初始滲流場等水位線見圖2。

圖2 初始滲流場等水位線圖

為查明研究區(qū)周圍污染物遷移特征，對污染物污染暈的現(xiàn)狀進(jìn)行模擬。對研究區(qū)污染物的運(yùn)移進(jìn)行了20 a的預(yù)測，采用假設(shè)研究區(qū)內(nèi)地下水流為穩(wěn)定流時計算的地下水流場為初始水頭，對SO42-、NO32-、TDS的污染情況進(jìn)行了預(yù)測。

對SO42-污染進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見圖3。

圖3 不同時期SO42-污染暈分布圖

對TDS污染進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見圖4。

圖4 不同時期TDS污染暈分布圖

根據(jù)對SO42-、NO32-、TDS的污染運(yùn)移模擬成果(表5)，可得以下規(guī)律：(1)由于主廠所在位置有發(fā)育第四系的沖洪積層，堆積物以顆粒為主，或含少量泥巖碎石，有利于污染物運(yùn)移;(2)SO42-比NO32-和TDS的污染暈面積大，水平運(yùn)移速度也偏大，這和硫酸根離子濃度較高有關(guān)；(3)隨著時間的推移，污染物的污染暈的范圍增大，逐漸呈羽狀，濃度向兩軸方向逐次遞減，滲濾液污染程度與距污染源的距離有關(guān)，距離污染源越遠(yuǎn)，污染物濃度越低；(4)在污染物濃度平面分布圖中，同一位置污染物的濃度隨時間逐漸增大。

表5 污染物模擬期內(nèi)運(yùn)移距離及影響范圍

3.5 地下水影響綜合評價

根據(jù)模擬結(jié)果，污染物在地下水含水層中向各個方向均有運(yùn)移，這和溶質(zhì)運(yùn)移的彌散性有關(guān)，但主要以水平運(yùn)移為主。污染物運(yùn)移形成的污染暈大致為長軸沿流線方向的近似橢圓。表明水力梯度最大的地方污染物的運(yùn)移速度最快，水力梯度較小的地方污染物的運(yùn)移速度較慢，水力梯度是影響污染物運(yùn)移的主要因素。

污染物滲流主要隨水流運(yùn)移，表明污染物主要是受地下水水流方向的影響。雖然污染物的運(yùn)移最終是與地下水的流向相同，但是污染物溶解在水中，也有其一定的擴(kuò)散范圍，而且隨著時間的變化受外界因素影響。但由于研究區(qū)所在位置低洼，水流的匯水作用較明顯，因此在研究區(qū)污染源處溶質(zhì)的彌散性不易被模擬出來，只在局部污染暈的邊緣有所體現(xiàn)。但在地下水流的下游方向上，污染暈基本呈現(xiàn)出以水流方向流線為對稱軸對稱分布，這是溶質(zhì)運(yùn)移中對流—彌散作用的結(jié)果，說明污染物在運(yùn)移過程中對流和彌散作用起主要作用。

電廠主廠擴(kuò)建項目所在區(qū)域位于西華鎮(zhèn)的上游，距離華亭縣較遠(yuǎn)，除西華鎮(zhèn)以外居住居民稀少，當(dāng)?shù)仫嬘盟吹匚挥陔姀S上游3 km處，而污染物是隨水流方向運(yùn)移，且污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。華亭電廠灰場項目距城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，下游1 500 m處才有居住居民，由于污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。

4 結(jié)語

(1)通過污染物解析法預(yù)測模擬，施工期污、廢水對評價區(qū)地下水環(huán)境影響不大。根據(jù)可研報告的防滲、監(jiān)測、改造措施后，并結(jié)合已監(jiān)測的地下水化學(xué)成分分析結(jié)果可知，項目正常運(yùn)營將不會對地下水環(huán)境造成明顯影響。

(2)污染物運(yùn)移形成的污染暈大致為長軸沿流線方向的近似橢圓。污染物滲流主要隨水流運(yùn)移，污染物的遷移影響范圍較小，對居民生活影響較弱。

(3)為確保電廠主廠擴(kuò)建項目不對周圍環(huán)境造成危害，檢查主廠區(qū)及灰場區(qū)是否按設(shè)計要求正常運(yùn)行，確保符合所有管理標(biāo)準(zhǔn)，故在電廠主廠擴(kuò)建項目設(shè)置環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。