某电厂扩建项目地下水环境影响评价研究

王有林，许晓霞，赵中强

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

地下水作为地球上重要的水体，与人类社会有着密切的关系。地下水以其稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源。受气候变化和人类活动影响，近年来一些地区地下水资源发生变化，甚至出现了严重的超采和污染问题[1-4]。为保护地下水环境，防治污染，避免建设项目造成或加剧地下水环境污染，需科学合理的评价建设项目对地下水环境的影响。

国内地下水环境影响评价方面的研究始于20世纪70年代，有关学者对国内部分城市的地下水环境进行了评价和预测[5-9]。国家环保部于2011年2月正式出台了《环境影响评价技术导则—地下水环境》(HJ610-2011)，并于6月1日正式实施。2016年对导则进行了修订，并于2016年1月7日发布实施[10]。导则规定了地下水环境影响评价的原则、工作程序、内容、方法和具体要求，规范了地下水环境影响评价的相关工作，给相关从业者提供了技术依据。

华亭某电厂扩建工程属于电力项目，在施工期、运营期可能会对地下水环境产生一定影响。因此，本次评价目的是查清建设项目所在区域的水文地质条件、地下水环境现状，根据该项目的工程特征和污染特点，分析项目建设对当地地下水环境可能造成的不良影响，查明影响程度和范围，从而制定避免、减少地下水污染的对策，为项目实现合理布局、最佳设计提供科学依据。

1 工程概况与地下水环境影响识别

1.1 工程概况

某电厂扩建工程拟建设2×1 000 MW超超临界燃煤空冷发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，建设场地为一期预留扩建场地。本期工程生产主水源为污水处理厂的再生水，不足部分和备用水源为王峡口水库地表水，生活、消防水源为市政自来水。厂区设废水处理系统，工业废水处理后回用至全厂回用水系统，生活废水处理后作为厂区绿化用水。正常工况下，产生的废污水经处理后全部回用，退水量为零。

1.2 地下水环境影响识别

电厂对地下水水质的影响主要表现在其排放的工业废水渗漏的污染物对地下水水质造成污染，此外还应考虑到干煤、灰淋溶对地下水水质的污染情况。

电厂的工艺系统及污水排放情况表明，由于电厂工艺、设备等技术的不断完善，电厂污废水达到“零排放”标准，所有的污废水都被高效的回收再利用，酸碱废水、脱硫水、冷却排放水及冲洗废水经过处理后污水大部分进入循环再利用系统，对外界水质影响不大。然而绿化、冲洗厂房地面、输煤系统、汽车、道路等，大部分下渗外排，其成分和酸碱度还是会对地下水造成一定程度的污染。因此，在对电厂污废水排放量界定时，应该综合考虑所有可能对地下水造成影响的水，而不是单单考虑到工艺中的污废水排放问题。此外贮煤区降雨入渗，淋滤会对地下水产生影响。

2 场地水文地质特征

2.1 地下水赋存条件及分布规律

主厂区位于关山东侧侵蚀洪积扇和红崖河二级阶地上，总体地势西高东低，由西南向东北缓倾。根据本次的水文地质钻探成果，结合二期岩土工程钻探、周边坑探、水源井等资料，区内主要岩性为卵砾石层、含卵砾石粉砂土等。厂址区内第四系沉积物厚度为9.2～24.2 m。表层分布有0.4～6.7 m的填土层(多小于2 m，场地西北边缘地段较厚)，透水而不含水；其下部为卵砾石层，层厚约7.9～22.9 m，局部夹有粗砂、砂砾石层透镜体，其分布连续稳定，局部夹砂类土透镜体，具有较好的储水条件，是厂址区的主要含水层；最下部为新近系甘肃群泥岩，为隔水层，具水平层理。总体来看，地下水主要赋存于卵砾石层中，地下水流向与地形地势较为一致，总体流向从西南至东北方向，主要以大气降水和南汭河侧向补给。

从垂向上来看，厂址区地下水埋藏较浅，丰水期地下水埋深0.6～5.5 m。水平方向上含水层分布均匀稳定，潜水水位由西南向东北递减(图1)。

图1 厂区地下水等水位、等埋深图

2.2 地下水补、径、排特征

主厂区为地下水的补给径流区，地下水的补给来源是地表水的入渗和大气降水。由于地形相对平坦，砂砾卵石及漂石裸露地表，对大气降水及地表水渗入有利，且年降雨量在600 mm以上，补给较充足。西南侧山前季节性溪流于丰水期形成地表径流，除沿途少量蒸发损耗外，绝大部分水量垂向入渗转化为地下水后向下游侧向径流；此外，红崖河对地下潜水形成侧向补给。地下水由西南向东北径流，流向与地形地势基本一致，同时与红崖河的流向近平行。潜水主要以泉的形式排泄，其次为径流流出、陆面蒸发及人工排导等排泄方式。

2.3 场地地下水资源量计算

场地地下水资源计算是以本次评价区水文地质调查及水文地质钻探工作为基础。根据前期调查工作成果，确定厂区50 m深度范围内地下水含水层为单一结构的潜水含水层。厂区处于水量富水区，矿化度均小于1 g/L。

根据调查结果，主厂区潜水含水层为本次计算评价的重点。厂区水位埋深较浅。该区主要受上游地下水径流的侧向补给，红崖河的侧向补给影响较小。因此从厂区的实际情况考虑，本次工作采用补给量法(式1)，即断面法计算厂区的地下水补给资源量。

Q=K·I·B·H·T

(1)

式中：Q为地下水径流补给量(m3/d)；K为渗透系数(m/d)；I为水力坡度；B为计算断面宽度(m)；H为含水层厚度(m)；T为均衡计算时间(d)，T=365 d。

正确、合理地选择地下水资源计算公式及参数，是保证和提高地下水资源计算精度的基础，只有在正确计算参数的前提下，所计算的地下水资源才能反映客观情况。然而计算参数又受到诸多因素的制约，因此，计算参数的确定具有十分重要的意义。

依据确定的计算公式，需计算的水文地质参数有：(1)含水层渗透系数(K)，根据厂址区ZK01、ZK03钻孔抽水试验成果及水文地质手册经验值，厂区含水层为含碎石砂卵砾石层，渗透系数(K)值取均值44.41 m/d；(2)水力坡度(I)，根据本次调查水点，采用实测的方法确定，为提高其精度，本次工作对该区的水点进行实测，并编制综合水文地质图，由图上的等水位线，求得水力坡度(I)均值为30.1‰。30 m深度范围内砂卵砾石层厚8～22.9 m，故含水层厚度平均取15 m，计算断面宽度B由图上量取值为550 m。

本次工作对厂区内有供水意义的潜水进行地下水资源计算，采用补给量法，即断面法计算工作区地下水补给资源。计算成果如表1所示，厂区潜水侧向流入补给量为402.5×104m3/a。

表1 地下水补给量计算表

2.4 地下水环境现状监测

因为评价区近三年内均无地下水监测资料，因此本次评价期为一个连续水文年，对枯、丰水期的地下水水位、水质各监测一次。项目场地上游和两侧的地下水水质监测点各不少于1个点/层；建设项目场地及其下游影响区的地下水水质监测点不少于3个点/层，共设置监测点10个。

水质监测共选取了41个指标进行监测，监测项目包括：K+和Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、NO3-、NO2-、矿化度、溶解性固体、电导率ms/cm、高锰酸盐指数、可溶性SiO2、游离CO2、HBO2、Br-、I-、石油类、总硬度、暂硬度、永久硬度、pH、细菌总数、大肠菌群、挥发酚、氰化物、F-、As、Cr6+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Mn、Cu、Zn、Se、Co、Ni。

水质单项评价参数以《地下水质量标准(GB/T14848-2017》中的分类指标为参考标准[11]，整体评价方法采用内梅罗指数法[12-13]，将地下水质量分为5种类别，不同类别的标准值相同时，遵从从优不从劣的原则。然后在对各项评价指标的评价结果进行综合比较时，一般采用就高不就低原则来确定地下水的质量类别，即当有某一参数含量较高时，则它所属的类别即为地下水的类别，最后的归类取决于各单项参数评价的最高值。

首先，根据表2对各组分进行单项评价，给予每个组分赋予不同的评价分值。

表2 地下水质量评分表

然后根据综合评价分值F公式进行综合计算。公式如下：

(2)

(3)

最后，根据上述公式计算F值，按照表3确定地下水质量类别。

表3 地下水质量分级表

按照内梅罗指数评价方法，对地下水质量进行评价，从表4看出，华亭电厂区地下水监测井共有10眼，其中8眼监测井的水质类别为Ⅱ类，其个数是监测井总数的80%；Ⅳ类有1眼，其个数是监测井总数的10%；Ⅴ类有1眼，其个数是监测井总数的10%。由于J13和TJ3这2眼井处于西华镇周围，这一带是生活居住区和农业区，由于人类活动产生的大量含有“三氮”污染物的废水肆意排放，其中的污染物进入地下水，导致NO3-和NO2-超过了Ⅲ类标准的上限，在进行单项组分评分时其值会偏高，所以在计算综合分值时会影响最后的计算结果，使得这2眼监测井的水质类别变差。Ⅱ类监测井是监测井总数的80%，整个研究区内的地下水水质状况良好。

表4 地下水质量评价结果

3 地下水环境影响预测与评价

3.1 预测原则、范围与时段

考虑到地下水环境污染的隐蔽性和难恢复性，还应遵循环境安全性原则，预测评价能为地下水污染的防治和地下水环境保护提供科学依据。

预测的范围、时段和内容根据建设项目类别为Ⅰ类，评价等级Ⅰ类一级、工艺特征和环境特征，结合环境功能和环境保护要求确定，以项目的工艺流程产生的工业废水在林滤作用下造成的地下水污染、污水处理站渗漏对地下水水质可能造成的动态影响为重点，综合分析在建设期和运营期的正常工况和事故工况下，这些特征污染物对地下水环境影响的预测结果。

参照现状调查范围，预测范围为：主厂区以南汭河、红崖河分水岭为界，面积约为10.4 km2。该项目地下水影响预测时段包括建设项目建设期、生产运营期两个阶段。其中项目建设期拟定为2年；生产运营期为电场开始投入至服务期满，拟定为2017-2036年，共20 a。

3.2 预测因子

预测因子为拟建项目产生的污染物有关的因子。该项目主要污染物为煤与煤灰堆积经淋滤作用形成的渗滤液，因此预测因子的选取只要依据煤与煤灰所含化学物质及国家地方要求控制的污染物来确定。

结合主厂区水质监测资料，确定主厂区的评价预测因子：SO42-、TDS、NO32-。其中所选取的预测因子分别代表了反应性污染物(SO42-、NO32-和氟化物)和保守性污染物(TDS)，其在含水层介质中的降解、迁移、反应机理差别不同，反应性污染物在迁移过正中容易与环境发生氧化反应，污染数量会随年限的增长而降低，保守性污染物则一般不会与含水层介质或地下水发生化学反应。

3.3 数值模拟模型

污染物对地下水的影响因素主要为两类，一类是与入渗量有关的因素，包括降雨量、降雨强度、降雨历时、蒸发量、周边地形等；另一类是与包气带及含水层性质有关的因素，这主要包括包气带厚度、包气带和含水层的渗透性能、地下水径流强度以及随地下水的迁移距离等水文地质和地球化学因素。根据污染物的迁移途径，该项目地下水预测分析为非饱和带(包气带)污染物迁移和饱和带污染物迁移预测。评价等级为一级，采用地下水数值模型法对正常工况和非正常工况下污染物影响范围及距离、污染物浓度动态变化进行预测分析。

根据实际水井调查情况，第四系松散孔隙含水层、基岩风化裂隙含水层为研究区当地居民主要水井取水层位，且两层含水层之间存在水力互补联系，因此可将两层含水层作为同一个溶质运移模拟的目标含水层，该含水层可概化为非均质各向同性、连续分布、底板近似水平的含水层，其下部为25.5～40.5 m厚的弱透水层可视为隔水层。包气带岩性为全更新世粉土、粉质粘土，可视为透水或弱透水的上部边界。

综合研究区水文地质条件和地下水系统的独立性、完整性来确定本研究区的地下水流场模拟范围。根据厂址的水文地质条件，模拟区范围内基本构成了地下水补、径、排的完整的地下水流体系。模型的南、西边界属于山区与平原的冲洪积扇过渡带，可概化为山前侧向补给边界，该边界处理为定流量边界；主厂区北面以南汭河、红崖河分水岭为界，可概化成流量边界，模拟区面积约为10.4 km2。

3.4 主厂污染物迁移模拟

按照前述的数值模型、边界条件和计算参数，以非稳定流方式运行模型，拟合计算得到初始渗流场等水位线见图2。

图2 初始渗流场等水位线图

为查明研究区周围污染物迁移特征，对污染物污染晕的现状进行模拟。对研究区污染物的运移进行了20 a的预测，采用假设研究区内地下水流为稳定流时计算的地下水流场为初始水头，对SO42-、NO32-、TDS的污染情况进行了预测。

对SO42-污染进行模拟，模拟结果见图3。

图3 不同时期SO42-污染晕分布图

对TDS污染进行模拟，模拟结果见图4。

图4 不同时期TDS污染晕分布图

根据对SO42-、NO32-、TDS的污染运移模拟成果(表5)，可得以下规律：(1)由于主厂所在位置有发育第四系的冲洪积层，堆积物以颗粒为主，或含少量泥岩碎石，有利于污染物运移;(2)SO42-比NO32-和TDS的污染晕面积大，水平运移速度也偏大，这和硫酸根离子浓度较高有关；(3)随着时间的推移，污染物的污染晕的范围增大，逐渐呈羽状，浓度向两轴方向逐次递减，渗滤液污染程度与距污染源的距离有关，距离污染源越远，污染物浓度越低；(4)在污染物浓度平面分布图中，同一位置污染物的浓度随时间逐渐增大。

表5 污染物模拟期内运移距离及影响范围

3.5 地下水影响综合评价

根据模拟结果，污染物在地下水含水层中向各个方向均有运移，这和溶质运移的弥散性有关，但主要以水平运移为主。污染物运移形成的污染晕大致为长轴沿流线方向的近似椭圆。表明水力梯度最大的地方污染物的运移速度最快，水力梯度较小的地方污染物的运移速度较慢，水力梯度是影响污染物运移的主要因素。

污染物渗流主要随水流运移，表明污染物主要是受地下水水流方向的影响。虽然污染物的运移最终是与地下水的流向相同，但是污染物溶解在水中，也有其一定的扩散范围，而且随着时间的变化受外界因素影响。但由于研究区所在位置低洼，水流的汇水作用较明显，因此在研究区污染源处溶质的弥散性不易被模拟出来，只在局部污染晕的边缘有所体现。但在地下水流的下游方向上，污染晕基本呈现出以水流方向流线为对称轴对称分布，这是溶质运移中对流—弥散作用的结果，说明污染物在运移过程中对流和弥散作用起主要作用。

电厂主厂扩建项目所在区域位于西华镇的上游，距离华亭县较远，除西华镇以外居住居民稀少，当地饮用水源地位于电厂上游3 km处，而污染物是随水流方向运移，且污染物的迁移影响范围较小，对居民生活影响较弱。华亭电厂灰场项目距城镇较远，下游1 500 m处才有居住居民，由于污染物的迁移影响范围较小，对居民生活影响较弱。

4 结语

(1)通过污染物解析法预测模拟，施工期污、废水对评价区地下水环境影响不大。根据可研报告的防渗、监测、改造措施后，并结合已监测的地下水化学成分分析结果可知，项目正常运营将不会对地下水环境造成明显影响。

(2)污染物运移形成的污染晕大致为长轴沿流线方向的近似椭圆。污染物渗流主要随水流运移，污染物的迁移影响范围较小，对居民生活影响较弱。

(3)为确保电厂主厂扩建项目不对周围环境造成危害，检查主厂区及灰场区是否按设计要求正常运行，确保符合所有管理标准，故在电厂主厂扩建项目设置环境监测系统。