某规划区地下水环境影响评价研究

梁斌

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

1 前言

在20世纪70年代地下水数值模拟就成为地下水研究的主要方法之一［1-3］。利用数值模拟软件对地下水渗流场和溶质运移等问题进行计算分析，是目前研究地下水资源、评价地下水环境的主要技术方法之一［4-7］。借助数值模拟技术定量评价地下水环境影响可以有效的预测地下水中污染物运移扩散规律，可为制定地下水保护方案提供重要的技术依据［8］。

研究区地处滦河河谷，由河谷滩地和缓坡组成，规划区内企业污水全部接入市政污水管网最终排入规划区污水处理厂，规划区污染地下水的主要是规划区污水处理厂的污水。一般都是正常工况下的管道跑、冒、滴、漏和事故工况下的管道泄漏。运用数值模拟技术定量评价规划区对地下水的环境的影响，对于地下水的保护、社会经济的可持续发展及生态环境的保护和改善具有重要意义［9-10］。

2 水文地质条件

根据研究区含水层的地层岩性及孔隙发育的特征，将含水层划分为3类含水岩组，即松散岩类孔隙水含水岩组、碎屑岩裂隙孔隙水含水岩组及基岩裂隙水含水岩组（包括构造裂隙水、风化带网状裂隙水）。

研究区水文地质条件属河谷地带类型，坡洪积含水层、冲洪积含水层的第四系含水层的补给主要接受大气降雨入渗补给和山区基岩裂隙水的径流补给；研究区地下水的径流主要受地形和地层岩性影响，研究区地下水径流方向总体是沿着滦河径流方向由北向南流动，但局部受地形影响变化较大，地下水侧向补给河流。地下水的排泄主要是蒸发排泄、人工开采、第四系含水层侧向补给河流。

3 研究区地下水数值模拟

3.1 网格剖分

本研究利用FEFLOW数值模拟软件对研究区面积220 km2建立三维水文地质模型，模型网格按照TMESH法进行自动网格剖分，在规划区边界、河流等处进行适当加密处理。垂向上共剖分两层（layer）3 片（slice）， 自上而下分别为孔隙水含水层、基岩裂隙含水层。三维网络共计剖分结点49688个，有限单元24307 个（图 1）。

图1 研究区网格剖分Fig.1 Mesh generation of study area

3.2 源汇项及边界条件

研究区渗流模型边界按照下述条件设定：

1）东、西、南、北部边界：模拟区为一相对独立的水文地质单元，模型边界定为隔水边界（图 2）。

2）底部边界：由钻探及水文地质试验可知，模拟区底部岩体新鲜完整，渗透性差，无底部越流，可视为零通量边界。

3）顶部边界：工作区顶部边界的补给主要来自大气降雨的入渗补给。

图2 模拟区模型概化示意图Fig.2 Schematic diagram of simulation area

3.3 初始条件

数值模型的初始条件包括渗流场初始水头条件和污染物初始分布条件（图3）。

图3 评价区初始地下水流场图Fig.3 Schematic field of initial groundwater level

1）渗流场初始水头条件：根据本次水位调查成果确定，评价区丰、枯水期流场。

2）污染物初始分布条件：根据现状监测地下水中污染因子背景值确定。

3.4 模拟参数识别与验证

模型以现场抽水试验、渗水试验并结合水文地质资料为初始参数进行参数拟合与验证。实测水位和模拟水位基本拟合在标准线附近，验证了模型的可靠性（图4）。识别后的水文地质参数见表1。实测水位和模拟水位地下水等水位线图总体变化规律一致（图5）。通过上述分析可知模型基本符合了研究区地下水流场特征，故利用该模型为基础对规划区地下水环境影响进行预测和评价是合理可信的。

图4 模拟区实测水头和模拟水头拟合图Fig.4 Fitting diagram of measured and simulated groundwater head in simulated area

4 模拟结果分析

图5 模拟流场与实测流场对比图Fig.5 Comparison between simulated and measured flow field

规划区设计服务期限为14 a（2016～2030年），本研究选取服务期满14 a预测结果，两种工况（正常工况和事故工况）、3种因子（氨氮、氰化物、COD）的地下水位等值线图进行对比（图6～8，左图均为正常工况，右图为事故工况）。超标范围参照 《地下水质量标准》（GB/T14848—1993）中Ⅲ类水的要求，根据模型预测结果可以得出如下结论：

1）研究区地下水总体流向为由北向南流动，与地表水流向相同；局部受河谷两侧地形影响，地下水污染物迁移受到地形和水动力条件影响较大。研究区地下水水力梯度较大，河谷区含水层为砂及卵砾石层，渗透性较好，污染物迁移较快。

2）正常工况下，服务期满后污染物COD最大运移距离为756 m，影响范围为68900 m2；在事故工况下，服务期满后污染物COD最大运移距离为767 m，影响范围为70410 m2，比正常工况天然防渗情景下迁移距离增加12 m，影响面积增加1510 m2。

表1 水文地质参数取值Table 1 Hydrogeological parameters values

正常工况下，服务期满后氰化物最大运移距离为744 m，影响范围为62279 m2；事故工况下氰化物最大运移距离为752 m，影响范围为64105 m2，比正常工况天然防渗情景下迁移距离增加8 m，影响面积增加1826 m2。

正常工况下，服务期满后氨氮最大运移距离为788 m，影响范围为86289 m2。事故工况下氨氮最大运移距离为796 m，影响范围为88560 m2，比正常工况天然防渗情景下迁移距离增加8 m，影响面积增加2271 m2。

3）由此可知，污水处理厂在事故工况下对地下水环境风险较大，规划区应制定相应的地下水风险应急预案并采取严格的防渗措施，减小对地下水的影响；规划区外排废水需经污水管线排入规划区污水处理厂，排污管线需采取防渗防漏防腐蚀措施。

图6 COD浓度分布图Fig.6 Distribution map of COD concentration under two conditions

图7 氰化物浓度分布图Fig.7 Distribution map of cyanide concentration under two conditions

图8 氨氮浓度分布图Fig.8 Distribution map of ammonia-nitrogen concentration under two conditions

4）不论是正常工况还是事故工况，对规划区内饮用水源地等敏感目标影响均较小，但对西南营村、酒店村、东园子村等村庄目标有一定影响。

5 结语

本次研究运用FEFLOW数值模拟软件预测和评价规划区地下水环境影响，结论如下：

1）模型能够真实反映研究区实际水文地质条件，预测两种工况下的氨氮、氰化物和COD进行溶质运移变化规律，可以作为地下水环境影响评价的依据。

2） 根据污染物的扩散情况提出相应的对策：规划区应制定相应地下水风险应急预案，采取严格的防渗措施，减小对规划区内饮用水源地、西南营村、酒店村、东园子村的地下水环境质量的影响。