天津港某石化仓储企业产品增项工程对厂区地下水污染影响预测研究

朱明奕，肖传宁

(1.天津市环境工程评估中心，天津 300000；2.天津市勘察院，天津 300000)

1 研究区概况

研究区位于天津市滨海新区天津港。天津港地处渤海湾西端，位于海河下游及其入海口处，是环渤海且与华北、西北等内陆地区距离最短的港口，是首都北京的海上门户，也是亚欧大陆桥最短的东端起点。

企业库区占地面积396 413.9 m2，共有各类储罐62个，总罐容为96.03 万 m3，年中转量约为818万 t。由于市场的变化，该企业根据实际需求情况增加作业产品，并对现有储罐的存储情况进行部分调整，调整后作业产品的种类将由现在的35种增至53种。作业产品涉及大量石油化工品，如原油、甲苯、二甲苯、丙酮、二氯乙烷、苯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯等。上述物品一旦泄露，会对地下水及土壤造成及其严重的影响。因此，对该石化仓储企业作业产品增项工程在开发、建设、运营过程中可能影响范围和深度内的地下水环境进行研究，采用解析法和数值法预测污染物在潜水含水层中的运移情况，分析该工程在不同状况下对地下水可能产生的环境影响，并提出切实可行的环境保护措施是十分必要的。

2 地下水影响预测与评价

考虑到地下水环境污染的隐蔽性和难恢复性，遵循环境安全性原则，预测评价将提供环境安全和保护措施的合理性依据。

预测的范围、时段和内容根据评价等级、工程特征与环境特征，结合当地环境功能和环保要求确定，企业库区包含成品油罐组(一)、原油(燃料油)罐组(一)，化工品罐组(一)，化工品罐组(二)，化工品罐组(三)，化工品罐组(四)，化工品罐组(五)，化工品罐组(六)，成品油罐组(二)，原油(燃料油)罐组(二)，储存柴油汽油混合芳烃等物品，新增储存石蜡油、丁醇、混二甲苯、甲苯、二氯乙烷、甲醇、乙醇等50多种化学物品，以新增的液体物料成分可能对下游区域地下水水质产生影响为重点进行模拟预测。

2.1 预测因子及预测方法

企业库区主要储存柴油汽油混合芳烃等物品，考虑所储存物料的储量、毒性等因素及新增储存的物料确定预测因子。储存物料中，甲苯、丙酮毒性较大且储存罐储量较大，原油储量也较大，考虑泄露情况，选取丙酮、甲苯、原油(石油类)作为预测因子。物料全部贮藏于罐内，甲苯、丙酮单罐储存5 000 m3，原油单罐储存10 000 m3，甲苯、丙酮储罐底面积为346.4 m2，原油储罐底面积为5 026.5 m2，甲苯物料密度为0.866 g/cm3，丙酮物料密度为0.788 g/cm3，原油物料密度0.880 g/cm3。

根据《环境影响评价技术导则-地下水环境》(HJ610-2016)的规定，确定地下水环境影响评价级别为二级，预测方法可以采用数值法或解析法进行[1]。该研究区有较多钻孔资料及水文地质报告资料，基本查清了研究区含水层结构、地下水分布、地下水补径排特征、边界条件和水文地质参数，具备了地下水流数值模拟的基本条件。因此，同时采用解析法和数值法进行预测，满足二级评价的要求。

2.2 预测情景设置及参数选取

综合考虑上述情况并根据导则推荐，参照《给水排水构筑物工程施工及验收规范》(GB50141-2008)中关于满水试验验收的要求，钢筋混凝土水池的满水试验标准为2.0 L/m2·d。非正常状况下，储罐防渗层破裂引起物料泄漏渗入地下水，详细计算见表1。

结合区域勘察、试验资料及研究区潜水含水层抽水试验，确定渗透系数为0.29 m/d。据调查，储罐区域位置地下水流向为由北向南，平均水力坡度取较大值为6‰。参考Gelhar等人关于纵向弥散度与观测尺度关系的理论，确定纵向弥散度为10 m，横向弥散度为2 m[2]。另根据厂区地质勘察资料，确定本区潜水含水层平均厚度M约为19.0 m。

表1 预测源强

2.3 污染物在地下水中的运移预测

2.3.1 解析法

考虑污染隐患点在非正常状况时发生瞬时泄漏，不考虑包气带防污性能带来的吸附作用和时间滞后问题，污染隐患点附近区域地下水位动态稳定，取污染物随污水沿垂直方向直接进入到含水层进行预测，事故状态下可概化为示踪剂瞬时注入的一维稳定流动二维水动力弥散问题，取沿地下水流方向为x轴正方向，垂直于地下水流方向为y方向，求取污染物浓度分布的模型公式如下[3]：

式中：x、y为计算点处的位置坐标，m；T为时间，d；C(x，y，t)为t时刻点x，y处的污染物浓度，g/L；M为含水层厚度，m；mM为长度为M的线源瞬时注入的污染物的质量，kg；u为水流速度，m/d；n为有效孔隙度，无量纲；DL为纵向弥散系数，m2/d；DT为横向y方向的弥散系数，m2/d。

各阶段丙酮、甲苯、石油类在含水层中运移距离见表2。

表2 解析法预测结果 m

2.3.2 数值法

本次评价采用美国Brigham Young大学环境模型研究实验室和美国军队排水工程试验工作站开发的三维地下水数值模拟系统GMS (Groundwater Modeling System)软件，该软件除包括MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTSHEM等主要计算模块外，还包括PEST、UCODE、MAP、BoreholeData、TINs、Solid等辅助模块，是迄今为止功能最齐全的地下水模拟软件包之一，它具有良好的使用界面，强大的前处理、后处理功能及优良的三维可视效果。

1)建立地下水水流模型及溶质运移模型

(1)水流数学模型

(2)溶质运移模型

图1 渗漏事故发生后丙酮污染物影响范围示意图

图2 渗漏事故发生后甲苯污染物影响示意图

图3 渗漏事故发生后石油类污染物影响示意图

3 污染物在地下水中的运移预测

污染物进入潜层含水层后，分别预测污染物自开始渗漏起第100 d、1 000 d及服务期满(30 a)或超标范围消失时的含水层中上述各情景丙酮、甲苯、石油类污染物超标范围。

表3 数值法预测结果

通过以上对丙酮、甲苯、原油的渗漏预测可知，三种污染物均运移超出厂界，不满足《导则》要求，故需要采取进一步的处理措施。根据拟建物性质、场地区域地质情况和水文地质条件，需要重点在储罐区域周边及底部进行防渗处理，处理技术要求达到等效黏土层厚度大于6.0 m，渗透系数小于等于1×10-7cm/s。经处理后，对石油类污染物运移情况进行重新预测，经计算，在非正常状况下，石油类入渗到潜水含水层1 000 d时，超标范围61.1 m2，影响范围91.6 m2，最大运移距离5.16 m，超标距离4.34 m；石油类入渗到潜水含水层30 a时，污染物最大超标距离为9.69 m，超标范围仅为0.000 3 km2，不会对厂界以外地下水产生影响，可以满足要求(见图1～图3)。

4 结语

本文同时采用解析法和数值法预测评价天津港某石化仓储企业产品增项工程对地下水环境可能产生的影响，并根据预测结果提出相应的处理措施。由预测评价结果可知，两种方法计算的污染物最大超标距离接近，在非正常状况下，储罐泄露的污染物能运移至厂界以外，会对厂外地下水产生污染，不满足《导则》要求，需要进行一定的处理。在采取相应的处理措施后，污染物未对厂界以外产生不利影响，可以满足要求。

[1] 环境保护部．环境影响评价技术导则地下水环境(HJ610—2016)．中国环境科学出版社．2016．

[2] Gelhar，Wilson，MA Collins．Discussion of “Radial Dispersion in Ground-water Flow″．Journal of the Engineering Mechanics Division，1975，101 (EM5)：718-720．

[3] 王洪涛．多孔介质污染物迁移动力学．高等教育出版社．2008．