天津某石化仓储场地地下水环境影响评价

马 超，李立伟

（天津华北地质勘查局地质研究所，天津 300170）

地下水是水资源的重要组成部分，其分布广泛、变化稳定、水质良好，在人类生活、工业发展、农业灌溉等方面起着关键作用[1]。但随着社会经济的发展，地下水开发利用规模与日俱增，地下水污染等生态环境问题日益突出，对饮用水安全、区域生态环境、经济社会可持续发展构成了严重威胁[2～3]。自《环境影响评价技术导则-地下水环境》（HJ 610-2011）实施以来，国内陆续开展了各类工程建设项目的地下水环境影响评价工作[4]，取得了丰富的成果。在地下水环境影响评价中，根据不同的评价等级和预测结果需求，常会使用数值法、解析法、回归分析法、标准指数法等[5～7]，本文以本石化仓储场地为例，采用单因子评价法及数值法分析场地地下水水质现状，预测场地在事故工况下的污染物迁移趋势及范围。

1 研究区背景

1.1 概况

石化仓储场地位于天津市临港经济区北部，仓储场自2003年成立之后，先后开展了大量的基础地质调查，该区地质构造分区、地层划分、地下水系统划分等已形成十分完备的资料体系，为研究的顺利开展奠定了坚实的地质基础[8]。

场区主要包括24个化学品储存罐、消防泵房等其他建筑物。该区属于海河入海口南侧的滩涂浅海区，为围海造陆而成的港口与工业一体化产业区，以人工地貌为主，地形简单、地势平坦。该区气候为暖温带半湿润大陆与海洋过渡型季风气候，区内年平均气温10.9℃～12.3℃，多年平均降水量602.9 mm，多年平均蒸发量为1187.2 mm。

1.2 水文地质条件

场地处于天津市滨海平原冲海积咸水及盐卤水区内，根据区域水文地质条件的划分，研究区500 m浅的松散岩类孔隙水分为浅层水和深层水。其中浅层地下水为盐卤水，可分为潜水、微承压水或浅层承压水。结合水文地质钻探及试验可知，场地潜水含水层底界埋深15 m左右，岩性以人工吹填砂、粉土、淤泥质土为主，平均厚度12.54 m，含水层较为连续及稳定；下伏隔水层厚度为5.7 m～6.9 m，岩性为粘性土，垂向渗透系数量级为10-8cm/s，且连续稳定分布。场地内潜水主要靠大气降水入渗、地下水侧向径流补给。地下径流通过潜水蒸发、侧向流出排泄。地下水平均水位埋深为1.24 m，平均水位标高为3.20 m，地下水位年变幅较小。

由上述水文地质条件可知，地下水在潜水含水层内以水平运动为主，垂向上越流微弱，且各含水层水力联系差。故潜水含水层为地下水环境保护目标，此次研究以潜水含水层为目的层。

2 样品采集与分析

根据HJ610-2016中二级评价项目潜水含水层水质监测点相关规定，遵循地下水环境现状监测点控制性布点与功能性布点相结合的原则，在场地布置了5个水质监测井（ZK1～ZK5，见图1），成井深度均为15 m，待每个监测井水位稳定，采集地下水样1组。

图1 研究区示意图及取样点分布

根据项目特点、特征污染物和所在区域环境地质特征，以地下水调查和监测资料为依据，基于《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）的相关要求，除了监测地下水七大离子外，还监测了基本水质因子和特征因子。样品的采集、保存、分析与质量控制均按《地下水环境检测技术规范》进行。

表1 地下水水质分析结果

由表1可知，研究区地下水水化学类型分别呈现HCO3·SO4-Na 型（监测井 ZK1、ZK5）、Cl·SO4·HCO3-Na 型（监测井 ZK2）、Cl-Na型（监测井 ZK3、ZK4），五眼监测井的γNa/γCij均小于0.85，水化学分布特征主要受海河的侧向补给影响，且后期蒸发浓缩作用较强烈。此外，研究区内地下水溶解性总固体大于1000 mg/L，CODMn大于5 mg/L，不能直接作为生活饮用水。

3 地下水水质现状分析

结合表1，利用单因子评价法[9]分析场地地下水现状。根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ 610-2016）的相关规定，对属于《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）中的评价因子，应按其规定的水质分类标准值进行评价；对于不属于《地下水质量标准》中的评价因子，可参照国家（行业、地方）相关标准进行评价。对取得的地下水监测结果进行统计，结果见表2。

表2 地下水水质分析结果统计表

由表2可知，场地5眼监测井中地下水均为Ⅴ类水，为不适宜饮用地下水。5眼监测井中Ⅴ类指标主要为亚硝酸盐、氯化物、硫酸盐、总硬度、氟化物、溶解性总固体、高锰酸盐指数；Ⅳ类指标主要为氨氮、硝酸盐、挥发酚、锰；其余指标均满足上述各类标准中的Ⅰ～Ⅲ类标准。通过分析，场地潜水含水层的污染物主要为无机污染物，有机污染物以石油类和总有机碳为主，尚未受到四氯化碳、乙苯等有机污染物污染。

4 地下水环境影响预测评价

4.1 评价等价及范围

对照HJ610-2016中“附表A地下水环境影响评价行业分类表”可知[10]，该场地建设项目属于Ⅰ类建设项目。调查期间在场地及周边未发现集中式饮用水水源（包括已建成的在用、备用、应急水源，在建或规划的饮用水水源）、准保护区等敏感区，没有农村分散式饮水水源井等较敏感区，因此场地地下水敏感程度为不敏感。综上，此次地下水环境影响评价为二级评价。

表3 评价工作等级分级表

因场地所在地区水文地质条件相对简单，所掌握的资料能确定水文地质参数，故采用公式法确定本次地下水环境影响评价范围，公式为：

式中：L为下游迁移距离，m；α为变化系数，α≥1，一般取2；K为渗透系数，0.04 m/d；I为水力坡度，0.74‰；T为质点迁移天数，取值5000 d；ne为有效孔隙度，粉质粘土取值为0.05。

经计算，5000天后质点向下游迁移5.92 m，计算值很小，无法反应评价区与周围环境的关系，因此基于公式的计算结果考虑附近地下水敏感点及水文地质特征，确定本次环境影响评价区范围为以本仓储场地为界线，向北延伸至海河（上游）且以海河为北部边界，向南延伸2000 m，向东、西各延伸800 m和1000 m，面积约 5 km2，见图 1。

4.2 基于GMS的地下水环境影响预测分析

4.2.1 水文地质概念模型

水文地质概念模型是把含水层的内部结构、边界性质、水力特征、渗透性能和补给排泄等条件概化为便于进行数学与物理模拟的基本模型。基于场地的水文地质条件、气象、水资源开发利用资料，建立场地水文地质概念模型如下：

（1）含水层概化：潜水含水层为本次评价目的层，也为地下水溶质运移和流场模拟层。根据含水层土层性质，将其垂向分为潜水层和下伏弱透水层。潜水层埋深为0.87 m～2.41 m，平均水位埋深为1.24 m可概化为各向同性、非均质、连续分布、底板近似水平的含水层，渗透系数0.04 m/d，底界埋深15 m；下伏弱透水层连续稳定分布，平均厚度6.3 m，垂向渗透系数6.4×10-5m/d，因潜水含水层与承压含水层之间的水力联系异常微弱，故不考虑污染物继续向下运移至下伏含水层。

（2）边界条件：模拟区潜水含水层中地下水流以水平运动为主，北部紧邻海河，故模拟区北部河流设定为定水头边界，取平均水位4.14 m，平均水力坡度0.74‰；弱透水层概化为隔水边界；两侧边界与地下水流向近乎垂直，侧向补给量为零，故概化为零流量边界。

（3）初始条件：以监测孔监测的水位数据作为地下水的初始流场，见表4。

表4 潜水水位标高统计表

（4）源汇项设定：研究区接受大气降水补给和河流侧向补给，排泄方式主要为径流（从模拟区南部边界流出）和蒸发排泄，其中年平均降水强度为602.9 mm；年平均蒸发强度为1187.2 mm。

4.2.2 地下水渗流与溶质运移模型

潜水二维非稳定流基本微分方程为[11]：

式中：Kxx，Kyy为渗透系数在 x、y 方向上的分量，m/d，此处假定渗透系数的主轴方向与坐标轴方向一致；Kn为边界面法线方向的渗透系数，m/d；W为单位时间、面积上垂向补给含水层的水量，m/d；h 为水头，m；H 为含水层初始厚度，m；μ 为给水度，无量纲；t0为初始时刻；h1为定水头值，m；Γ1为渗流区域的定水头边界；Γ2为渗流区域的侧向流量边界；n为边界面的法线方向；q（x,y,t）为二类边界的单宽流量，m/d，流入为正，流出为负，隔水边界为0。

本次溶质运移模型假定溶质运移符合Fick定律，溶质运移二维地下水对流-弥散数学模型为[12]：

式中：n为介质孔隙度，无量纲；t为时间，d；Dij为水动力弥散系数张量，m2/d；vi为地下水渗流速度张量，m/d；C为污染物组分的浓度，mg/L；CS为源和汇水流中组分的浓度，mg/L；qs为源和汇，1/d；C0（x,y,t0）为已知浓度分度，mg/L；Ω为模拟的区域；ζ2是通量边界；fi(x,y,t)为边界ζ2上的已知的弥散通量函数。

4.2.3 事故工况下的溶质运移模拟

事故工况设定场地内柴油储罐泄漏并将石油类作为预测对象，进行地下水溶质运移预测。溶质运移模拟范围，按行×列×垂近似剖分为25×20×2（层），共计1000个单元格，单元格长度为100 m。假设储油罐连续泄漏10天后得到有效控制，泄漏的石油类物质下渗进入潜水含水层。泄漏场地概化为定浓度的点污染源，污染源初始浓度2000 mg/L，场地初始浓度为5 mg/L且弥散系数为30 m2/d，污染物进入目标含水层后，不同时间的预测结果见图2。

图2 事故工况下石油类污染物随时间扩散图（红色框为场地所在位置）

由图2可知，柴油储罐在防渗措施毁坏时，污染范围随时间扩大，污染源中心位置基本保持不变，越靠近污染源污染物浓度越高。但由于模拟区内潜水含水层岩性以人工吹填砂、粉土、淤泥质粘土为主，渗透系数低，水力坡度小，地下水流速极其缓慢，水动力弥散强度也受到限制，最终制约了污染物的扩散范围。故即使污染物迁移2000天，其污染范围才大致为16万m2，对场地周边地区地下水水质的影响很小。

5 结论

（1）由地下水环境质量现状分析可知，场地潜水为Ⅴ类水，为不适宜饮用地下水。场地下潜水地下水环境质量较差，与原生环境、海侵影响以及地表河流的水质有关。

（2）事故工况下，泄漏的污染物通过介质体从污染源不断向四周扩散运移，越靠近污染源浓度越高，越远离污染源浓度越低。污染物预测结果表明：选择适宜的存储场地、设置必要的防渗措施、定期进行地下水监测及事故发生时应急处置均能有效地控制地下水污染。

（3）本次评价为了简化模型，假设柴油储罐泄漏时石油类污染物直接进入潜水含水层，未考虑其在包气带中的滞留转化过程，故现实污染范围可能会比预测值小，预测结果的精度需进一步研究。