地下水环境影响预测探讨——以天津某钢构网架喷涂项目为例

吴颖慧

中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101

拟建或扩建项目需依据《中华人民共和国环境影响评价法》中相关规定和要求，对其地下水的环境影响进行评价，执行标准为环境保护部2016年1月7日颁布的《环境影响评价技术导则-地下水环境》（HJ610-2016，以下简称“技术导则”）[1]。结合天津某钢构网架喷涂项目特点并依据导则确定评价类型、等级、范围，遵循导则中相应技术要求，系统地开展水文地质、环境地质、污染源调查[2]。首先通过现场踏勘和人员访问，对扩建厂区生产和经营的历史及现状做详细的了解；其次收集整理厂区所在区域的水文地质资料以及地下水水位统测数据，了解地下水的基本流向；再详细分析厂区及相邻地块的环评报告，确定拟建项目地下影响评价需投入的具体工作；最后依据技术导则的具体规定和要求，预测其生产活动以及拟建项目的地下水环境影响。

1 基本概况

厂区位于天津市津南区，现为一钢构网架制造公司，厂房总建筑面积3819m2。主要分为原有的办公区、门卫室、危废间、工具房、焊接区、抛丸区、下料区。拟在企业原租赁厂房内新增喷漆工艺，新建喷漆房，不新增建筑，无土建施工，员工办公场所依托公司现有办公场所。

根据对所收集整理的区域水文地质资料以及完成的厂区内水文地质勘察孔所了解的土层分布条件，确定潜水含水层为相对隔水层18m以上的含水层。含水层岩性主要为粉质粘土、粉土等，厚度约15.2m，厂区内地下水水位埋深在1.218～1.271m。结合区内水文地质资料，初步认为潜水流场大致流向为西南至东北[3]。

2 评价工作等级

为完成拟建项目地下水环境影响预测，需要对拟建项目在生产和经营过程可能产生的污染进行分析，收集整理所在厂区的水文地质资料，对其地下水现状进行评价，从而确定其主要的潜在污染来源。拟投入的工作量根据评价工作等级进行设定。

根据技术导则[1]，厂区的地下水环境敏感程度可分为敏感、较敏感、不敏感三级（表1）。厂区周边以工厂企业为主，附近未发现特殊地下水资源保护区及其补给径流区。对比《建设项目环境影响评价分类管理名录》[4]中所界定的涉及地下水的环境敏感区，确定拟建项目厂区的地下水环境敏感程度等级为“不敏感”。

本项目为钢构网架喷涂，参阅技术导则中的附录A，确定本项目属于轻工53“金属制造加工制造”中的“有电镀或喷漆工艺的”项目。对比地下水环境影响评价行业分类表，地下水环境影响评价项目类别为Ⅲ类[1]（表1）。

表1 地下水评价工作等级划分表Table 1 Grading table for groundwater evaluation

综上所述，该项目地下水环境影响评价项目类别为Ⅲ类，且项目地不涉及集中式饮用水水源等地下水的环境敏感区，为不敏感区，故地下水环境影响评价等级为三级。根据技术导则[1]中地下水环境现状监测要求，厂区内布置6个钻孔(3个水位水质监测孔，3个水位监测孔)，从而满足地下水环境现状调查与评价。

3 环境影响因素识别及评价因子筛选

3.1 地下水环境影响识别

厂区无新增员工，无新增生活用水。新增用水主要为喷淋塔循环水，无新增废水排放。喷漆产生的漆雾通过喷淋塔+过滤棉系统处理后，可以完全去除，因此影响地下水水质的污染源主要为油漆库内发生油漆泄露的油漆桶。对比建设项目地下水环境影响识别矩阵[1]，该厂区属于运行生产阶段的水环境指标及环境水文地质问题，为油漆泄露造成的有机污染。所以选择油漆泄露为厂区内地下水的环境影响因素。

3.2 评价因子筛选

影响地下水水质的污染源主要是非正常状况下油漆库内发生油漆泄露的油漆桶。根据甲方提供的资料，项目涂漆采用的工作漆由油漆、稀释剂和固化剂按照比例混合而成。油漆库内主要存放丙烯酸面漆、环氧富锌底漆、固化剂、稀释剂。油漆配比及主要成分见表2。

表2 本项目油漆主要成分及消耗情况表Table 2 Table of main composition and consumption of paint in this project

根据上表数据以及对油漆成分的认识，其中对地下水影响最大、成分含量最多的为二甲苯。二甲苯属于低毒类化学物质，在水中不溶，在自然泄露状况下随地下水水流方向扩散。因此在对污染物进行预测时，将二甲苯作为代表污染物因子进行预测。

考虑本工程施工期和运营期阶段污染物的排放种类，分析污水中污染物含量。结合生产工艺与原料组份，综合确定环境评价因子。根据厂区原有厂房和设备以及新增喷涂项目的特点，确定特征因子。最后通过对厂区生成运营阶段可能产生的污染源的分析，最终确定预测因子。环境影响评价的各类因子参见表3。

表3 地下水环境影响评价因子表Table 3 Table of evaluating factors impacting groundwater environment

3.3 评价重点

根据水文地质勘察资料，厂区内包气带防污性弱，潜水含水层具有一定的渗透性，为地下水评价环境影响评价的重点，因此，对该厂区采取地下水环境现状监测与评价、影响预测与评价，以及论证地下水污染防治措施可行性，重点是项目厂区内以及地下水流向下游影响范围内的状况。

4 地下水环境影响预测

考虑地下水环境污染的可能性以及发生污染后的影响，污染治理的复杂性。应综合分析厂区扩建项目可能造成的地下水环境影响，为厂区的环境安全和应急处理措施提供依据。因此需要对厂区新增项目运营可能产生的污染对地下水水质的影响进行预测[2]。

4.1 预测范围

油漆库位于厂区的南端，靠近门卫的位置。厂区内包气带土层主要为第四系人工填土层（Qml）。根据技术导则[1]规定，当预测厂区内包气带的垂向渗透系数小于1×10-6cm/s或厚度超过100m时，需预测特征因子在包气带中的迁移。本项目中包气带厚度为1.218～1.271m，综合垂向渗透系数为 4.02×10-5cm/s(0.0347m/d)，大于1×10-6cm/s，因此不进行包气带预测[5]。根据厂区的水文地质条件，场地潜水与浅层微承压水之间隔一层相对隔水层，不存在直接的水力联系。故此，预测范围为厂区内包气带以下，相对隔水层以上的潜水含水层。

4.2 预测时段

地下水环境影响预测时段应选取可能产生地下水污染的关键时段，本次研究工作将预测运营阶段污染发生后的100d、1000d、10a，对应技术导则[1]中地下水环境影响评价的运营期。为保守起见，考虑污染物泄露的瞬时污染，选择10a为最长的预测时间，远大于非正常状况的持续时间。

4.3 情形设置

正常状况下，厂区内各厂房均实施严格的防渗措施，通过对油漆库的定时巡检，能够及时发现油漆泄漏，污染物不会穿过防渗层，渗入潜水含水层，不会对厂区内的地下水造成污染。因此对正常状况下不进行污染源的地下水影响预测。本次评价仅对非正常状况定量分析，并设定油漆泄露的情境下对地下水水质的影响。

按照技术导则[1]要求，结合厂区内生成和经营的过程分析，并结合地下水环境现状调查评价，选取合适的评价方法、确定评价范围、识别预测时段和选取预测因子，对本项目进行地下水水质影响预测[6]。

4.4 地下水污染源和污染途径分析

根据对本项目的生产工艺、设备设施分析后，结合甲方提供的相关资料，暂定油漆库暂存的油漆泄露为地下水污染源。

根据工程分析，本次预测设定1个假定情景：油漆库内存放的油漆泄露，喷漆室地面防渗层结构破坏，导致泄露的物料通过裂缝下渗到潜水含水层，造成地下水污染。

在非正常状况下，如果防渗措施不到位，泄漏的污染物会通过垂直渗透进入包气带。进入包气带的污染物一部分会在物理、化学和生物作用下进行吸附、转化、迁移和分解，部分未被吸附、转化、迁移和分解的污染物则会渗入地下潜水层。根据厂区的水文地质状况，厂区岩性主要为素填土、粉质粘土，潜水埋藏浅，包气带厚度不大，因此在发生事故泄漏状况下，如果防渗措施不到位，则很有可能对地下水潜水层水质产生影响。而厂区承压含水层由于埋深较大、上覆较稳定隔水层，基本不会影响地下水承压水层的水质。

由于油漆房设置在地表，与潜水含水层临近，从安全角度出发，本次预测地下水污染源假定泄漏后直接进入含水层，对污染物在含水层中迁移转化进行模拟计算。

4.5 预测模型的概化

4.5.1 潜水含水层的概化

通过水文地质勘察获取的资料，厂区内污染评价的重点为潜水含水层，主要岩性为粉质粘土、粉土等由于厂区潜水含水层下伏连续完整、隔水性能良好的粘土层。水文地质条件比较简单。故仅预测含水层污染物水平迁移状况，层间垂向迁移忽略。并做如下假设：含水层等厚，含水介质均质、各向同性，隔水层基本水平；地下水流向总体上呈一维稳定流状态。

4.5.2 污染源的概化

厂区内油漆房面积较小，原料的泄露基本可简化为点源。根据水文地质调查的结果，厂区的地下水总体流动方向为西南向东北方向。大体呈一维流动。即使地下水位随着季节的变化有所升降，但水位基本动态稳定。在本次预测中最长的预测时间为10年，远大于非正常状况的持续时间，因此可以将污染物看作瞬时污染，并且假设泄漏的污染物全部通过包气带进入含水层。显然，这样概化的计算结果更加保守。因此，污染物在潜水含水层中的迁移，可概化为瞬时注入示踪剂（平面瞬时点源）的一维稳定流动、二维水动力弥散问题[6]。

4.5.3 预测模型和水文地质参数的确定

本次污染质预测模拟过程未考虑污染物在含水层中的吸附、挥发、生物化学反应等，且模型中所赋各项参数予以保守性考虑[7]。

当厂区内发生非正常状况时，油漆库内泄露的污染物穿过包气带渗入潜水含水层。厂区内潜水含水层地层较连续稳定，水文地质条件相对简单，地下水流向呈一维流动，地下水位动态稳定，可采用解析法[8-9]对地下水环境影响进行预测[10]。

当平行地下水流动的方向为x轴正方向时，污染物浓度分布模型如下：

式中主要参数[8,9]C(x，y，t)：t时刻点x，y处的污染物浓度，g/L；mM：瞬时注入的污染物质量，kg；M：选取的潜水含水层厚度，m；π：常数3.14；n：有效孔隙度，地区常数；DL和DT分别为x轴正方向和y轴正方向上的弥散系数，m2/d；t：时间，d；u：地下水的水流速度，m/d。

解析法中污染物迁移模型需要的主要参数[11-12]由本次水文地质勘察及类比区域收集成果资料来获得（表4）。

表4 预测模型相关参数取值表Table 4 Values of relevant parameters of predicting model

（1）含水层的厚度M

项目区内地下水潜水含水层可概化为由粉质粘土、粉土组成的第四系松散岩类孔隙含水层，将其概化为一个含水层。通过本次水文地质勘察工作获得的基础资料，分析厂区的水文地质剖面，确定厂区内概化后的潜水含水层厚度为15.2m。

（2）假设泄漏的污染物质量mM

根据甲方提供的资料，一桶丙烯酸面漆的规格为20kg，二甲苯占成分占2%，折算二甲苯总量为0.4kg；一桶固化剂的规格为4kg，二甲苯占成分的 20%，折算二甲苯总量为 0.8kg；一桶稀释剂的规格为20kg，二甲苯占成分的20%，折算二甲苯总量为4.0kg。按照最不利因素影响考虑，取其较大值，即选择稀释剂为原料来预测二甲苯。假设一桶稀释剂全部泄露，考虑到油漆库内地面破损程度的实际状况，并结合同类报告，根据经验，按泄露量的20%作为直接渗入量，其泄露的污染物质量为0.8kg。

（3）含水层的平均有效孔隙度n

厂区地下水为以粉质粘土为主的松散岩类孔隙水，综合分析本次土工试验数据，同时征求相关专家意见，取有效孔隙度n值为0.07。

（4）水流速度u

本次预测，根据抽水试验取K=0.371m/d作为评价区的含水层渗透系数，项目地下水水力坡度I根据保守原则按照工作成果绘制的流场图结合区域性资料得到，取0.2‰，u=KI/n=0.001m/d[13]。

（5）横向x方向的弥散系数DL

其中，地下水流动速度u取0.001m/d。

根据Xu和Eckstein方程式确定弥散度αm。

式中：Ls是根据从严原则，选取的点源污染物可能运移的最大距离，参考区域上相邻地块的经验取值，本厂区选200m。

通过计算可知，弥散度αm=6.2m；纵向弥散系数DL=0.0062m2/d。

（6）纵向y方向的弥散系数DT

厂区内水力坡度为0.2‰，水位较为平缓，岩性结构单一，根据经验一般取DT/DL=0.4，因此可求得DT=0.00248m2/d。

4.5.4 预测的标准

厂区位于工业园内，附近多为工业企业，有少量居民区，无用水水源地，根据《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）[14]要求，选取Ⅲ类地下水质限值作为界定污染物超标范围的标准，当污染物浓度的预测值大于标准限值时，表示地下水受到污染且超过Ⅲ类水，以此计算超标距离。二甲苯的Ⅲ类标准值为 0.5mg/L，影响值为0.003mg/L（表 5）。

表5 评价标准（mg/L）Table 5 Criteria for evaluation

4.5.5 预测结果

依据对污染因子的分析，预测因子选取可能泄露的污染物中的二甲苯。依据选取的预测模型中的各类参数，通过公式（1）的计算可得厂区发生污染后的100d、1000d、10a污染因子在潜水含水层运移情况的结果。详见表6，影响范围见图1。

表6 含水层中运移情况结果汇总表Table 6 Summary of results of groundwater migration in aquifers

图1 非正常状况下不同时间点二甲苯超标范围示意图Fig.1 Schematic illustration of the range of xylene exceeding standard at different time points in abnormal condition

根据以上的预测结果，在发生非正常状况10a后，源强中心浓度已小于地表水III类标准值，随时间越久，污染物浓度通过地下水的稀释、弥撒作用会越来越低。在发生非正常状况后的100d时，二甲苯最大超标距离为 3.87m，最大影响距离为5.28m；在发生非正常状况后的1000d时，二甲苯最大超标距离为10.21m，最大影响距离为15.55m；在发生非正常状况后的10a时，二甲苯的最大超标距离为 17.52m，最大影响距离为29.25m。超标和影响范围均未超出厂区范围。因此，一旦泄露发生不会对周围环境会产生影响。

5 防渗处理措施

厂方应加强对上述区域的防渗处理措施。油漆库的基础混凝土应符合相关规定中抗渗要求；在油漆库的地面以下混凝土构件外表面均涂刷一定厚度的环氧沥青涂层，在基础、地面混凝土中加入UF500纤维素，增加池体混凝土的抗裂性能；定期对厂内进行清理检查，及时发现并处理设备老化腐蚀现象；尽量设计采取防渗层自动检漏系统，以更好的保护地下水。在非正常状况发生后，厂方应立即启动应急预案，及时控制污染源的泄露。减少污染源的渗入，以此降低对地下水形成的污染影响。在防渗处理措施得当的基础上，加强对油漆库内原材料状态的巡检，及时发现问题，解决问题。综上，厂区在非正常状况下对地下水环境的影响为可接受。

6 结论

厂区进行地下水环境的影响预测，是在影响评价的基础上通过地质勘察获得水文地质参数，筛选评价因子，进而概化预测模型，同时还要考虑运行期间的安全，一般选择在非正常状况下对项目的地下水环境影响进行预测。本文通过对实际案例的预测过程阐述，为以后的预测工作提供了一种有效、易操作的方法。