张俊栋，刘文利

(1.河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063017；2.唐山市环境监测中心站，河北 唐山 063000)



北方物流城地下水环境影响预测与评价

张俊栋1，刘文利2

(1.河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063017；2.唐山市环境监测中心站，河北 唐山 063000)

北方物流城在运行过程中会产生生产垃圾与生产废水、生活垃圾和生活污水，区域地下水环境质量较差，分析地下水流场变化特征，根据污染物排放情况，确定污染指标，设定污染情景和源强，采用ModFlow三维水流模型和溶质运移模型对北方物流城地下水环境影响进行预测和评价，结果显示：区域内浅层潜水水质相对较差，主要超标污染物为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，含水层岩性为中粗砂和卵砾石，渗透性强，地下水流水力坡度大，污染物运移快，地下水极易受到污染，主要污染物为氨氮和CODCr。在无防渗或事故有防渗破裂情境下，浅层潜水会受到污染，如果叠加出现防渗层破损情况，造成地下水污染的风险会加大。为保护地下水环境提供科学依据。

地下水环境；影响；预测；评价

北方物流城在运行过程中会产生生产垃圾与生产废水、生活垃圾与生活污水，如果防渗不及时到位，不但污染土壤，而且地表垃圾经过雨水淋滤形成的渗滤液及生产、生活废污水会对地下水环境造成污染。由于该区含水层多为中粗砂和卵砾石层，地下水流流畅，污染物运移快，地下水很容易受到污染[1]。而地下水一旦遭受污染，因其隐蔽性和难以逆转性，地下水环境很难恢复[2]。因此，通过对现状地下水环境质量进行监测和评价，研究区域地下水流场变化特征和污染物的运移规律，对北方物流城运行可能造成的地下水环境影响进行预测和评价，进而为保护地下水环境提供科学依据。

1 现状地下水环境监测与评价

1.1 地下位监测与水流场特征

北方物流城项目区地处燕山南麓冲洪扇平原，含水层在垂向上分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组，上部第Ⅰ+Ⅱ含水组属孔隙潜水，岩性以细砂、中粗砂和卵砾石为主，厚度20～80 m，单位涌水量65～92 m3/h·m，富水性强。下部第Ⅲ+Ⅳ含水组属孔隙承压水，含水层岩性由卵石和中粗砂夹粘土、细砂组成，单位涌水量15～52 m3/h·m，富水性较强-中等。

为掌握项目区地下水流场变化特征，在已有观测资料的基础上，布设了42眼监测井，其中潜水井30眼，承压水井12眼，选择3月、6月和9月作为一个连续水文年的平水期、枯水期和丰水期。

根据监测结果，浅层地下水埋深季节变化较大，地下水埋深20～35 m，最大埋深为34.72 m，地下水流总体自东北向西南流动，枯水期因补给不足，加之受企业及地下水源地长期开采影响，地下水流场有所改变，地下水流分别自东北和西南向漏斗中心区汇集。深层地下水埋深25～35 m，由西向东逐渐变大，枯水期最大埋深为34.00 m，地下水流自北分别向西南和东南方流动，监测时段内没有深层地下水漏斗出现。

1.2 地下水环境质量监测与评价

布设水质监测井25眼，其中潜水井18眼，承压水井7眼。根据丰、平、枯水期水质监测资料，评价指标选取溶解性总固体、pH值、总硬度、氯化物、硫酸盐、高锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氟化物、氰化物、砷、挥发酚、六价铬、铜、铅、镉、铁、锰、汞等20项，采用综合评价方法按《地下水质量标准》(GB/T14848-93)Ⅲ类标准对项目区地下水环境质量进行评价。

在参与评价的18眼潜水井中，有9眼水质类别为Ⅲ类，水质质量良好，达标率50%；有 9处水质类别为Ⅳ类或Ⅴ类，水质质量较差，主要污染指标为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。造成污染超标的原因有两个，一是废污水渗漏、垃圾淋滤下渗等点源污染，二是长期过多施用氮肥和有机肥造成面源污染。从年内变化看，污染指标亚硝酸盐氮和硝酸盐氮平水期含量最高，枯水期次之，丰水期最小，但年内浓度梯度变化较小。

深层承压水水质质量较好，在参与评价的7眼承压水井中，有1眼井水质质量达到优良，其余为良好。

2 地下水环境影响预测

北方物流城项目区敏感点为丰润第二地下水源地和周围村庄居民饮用水源井，项目运行初期采用深层地下水供水，地下水流场变化可能对敏感点造成影响，运行期产生的废污水和垃圾若处理不当可能对当地地下水环境造成污染。本次采用ModFlow三维水流模型和溶质运移模型模拟和预测地下水流场变化，并对污染物排放在正常和事故工况下造成的地下水环境影响进行预测[3][4]。

2.1 地下水流场预测

项目区基本上处于一个完整的水文地质单元—山前冲洪积扇顶部水文地质亚区，含水层垂向上呈层状分布，其透水性随方向变化不明显，上部潜水含水层和下部承压水含水层之间具有稳定的粘土层，在水平方向上与区外含水层存在着密切水力联系，因此可将含水层系统概化为非均质各向同性、具有通用水头边界的三维非稳定地下水水流系统。建立的数学模型如下：

H1(x，y，z，0)=H10(x，y，z) (x，y，z)∈Ω t>0

H2(x，y，z，0)=H20(x，y，z) (x，y，z)∈Ω t>0

式中符号意义可参考文献[5][6]，在此不赘述。

建立地下水流数学模型后，通过离散化处理[5][6]，将项目区剖分成130行160列20 800个矩形单元网格，同时设定相关水文地质参数和降水入渗量、井灌回归量和地下水开采量等源汇项，即可进行剖分单元的规则渗流计算。本次选用2015年3月～9月潜水和承压水地下水位资料，对建立的数值模型进行识别和验证，数值模拟的地下水流场与同时期实际观测结果基本一致，确定了相关水文地质参数和边界条件，即可利用该模型进行地下水流场预测。

利用上述识别和验证的地下水流数学模型，按照既定开采方案，对项目区地下水流场进行预测。根据预测结果，至2020年受工业及水源地大量开采地下水的影响，地下水位呈下降趋势，-3 m水位线漏斗面积42.36 km2，较2015年枯水期增加了29.88 km2；漏斗区中心水位达-8.51 m，较2015年同期的-4.56 m下降了3.95 m。至2025年和2030年，由于物流城改用地表水集中供水，漏斗中心水位开始恢复，2025年漏斗中心水位-6.75 m，较2020年同期恢复了1.76 m，-3 m封闭水位线漏斗面积比2020年同期减少了10.58 km2；2030年漏斗中心水位-6.12 m，与2020年和2025年相比恢复了2.39 m和0.63 m，-3m封闭水位线漏斗面积分别减少了11.54 km2和0.96 km2。

2.2 地下水污染预测

北方物流城项目运行期主要有16家生产用水企业产生废污水，污染指标为氨氮和CODcr，随着给排水设施的完善和防渗措施的实施，废污水全部排入污水处理厂集中处理，没有污染物外排，在正常工况下不会对地下水环境产生影响，仅在无防渗和防渗措施失效事故工况下才会对地下水环境产生影响。在地下水流场模拟预测的基础上，釆用溶质运移模型对上述两种情景下可能造成的地下水污染进行预测。数学模型如下：

C(x，y，z，t)=C0(x，y，z，t)

式中符号意义可参考文献[3][7]， Dij根据弥散试验确定，纵向弥散度为0.295 m。

2.2.1 正常工况无防渗情景

正常工况下，污水管道的跑、冒、滴、漏量按流通量的0.1%考虑。假设泄漏量全部通过地表进入地下水，设定源强为： 2020年氨氮0.56 kg/d、CODCr163 kg/d；2020年后氨氮7.739 kg/d，CODCr259.6 kg/d。污染预测结果见表1。

表1 正常工况无防渗情景地下水污染范围表

2.2.2 事故工况有防渗情景

假定污水管线由于连接处(如法兰、焊缝)开裂或腐蚀磨损等原因，发生泄漏，防渗层断裂或破坏，则将导致污染物泄漏污染地下水。渗漏检测发现及修复非正常工况时间为10 d，破裂泄漏孔径按20 mm计，经计算污水泄漏量为271 m3，其中氨氮4.47 kg，CODCr54.20 kg。污染预测结果见表2。

表2 事故工况有防渗情景地下水污染范围表

3 地下水环境影响评价

3.1 对地下水流场影响

根据预测结果，北方物流城项目区内用水企业开采井中心点影响降深量为0.10～4.13 m，影响半径30～460 m，距离附近居民生活水源井1 437～1 663 m，距离第二地下水源地914～1 684 m，项目运行初期用水仅对附近地下水流场有一定的影响，对周围敏感点基本没有影响。至2025年和2030年，由于改用地表水集中供水，停采地下水，对地下水流场及周边敏感点无影响。

3.2 对地下水环境影响

北方物流城运行期主要污染指标为氨氮和CODCr，污染物在水动力条件作用下主要由东北向西南运移，与地下水径流方向一致。从流场分布看，北方物流城运行初期受企业开采影响，地下水水力坡度大，污染物运移速度较快，包气带岩性大部分地区为细砂，防污性能差，浅层潜水很容易受到污染。预测到2030年氨氮最大运移距离513.6 m，污染影响范围0.28 km2； CODCr最大运移距离364.8 m，污染影响范围0.22 km2；在事故工况防渗层出现破裂的情况下，氨氮最大运移距离为247.2 m，影响范围为0.11 km2，减少影响面积0.17 km2；CODCr最大运移距离为216 m，影响范围为0.08 km2，比正常工况无防渗措施减少影响面积0.14 km2。

邻近敏感点第二地下水源地处于地下水上方径流区，不会受到污染影响。污染源距离下游敏感点居民饮用水源井1 437～1 663 m，在污染影响范围之外。另外居民饮用水源井目前都是开采深层承压水，浅层潜水与深层承压水之间有巨厚的粘土相隔，两者水力联系不密切，上部污染潜水对下部承压水越流污染的可能性较小。

4 结论与建议

4.1 结论

从地下水质量评价结果看，浅层潜水水质相对较差，主要超标污染物为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。由于包气带岩性多为细砂，含水层岩性为中粗砂和卵砾石，渗透性强，地下水流水力坡度大，污染物运移快，地下水极易受到污染。北方物流城运行期主要污染物为氨氮和CODCr，在正常工况无防渗和事故有防渗破裂情境下，浅层潜水会受到污染，如果叠加出现防渗层破损情况，则造成地下水污染的风险会加大。

4.2 建议

(1)对固体废弃物和生活垃圾及时集中处理和清运，加强污水处理设施和排污管线监管，杜绝跑、冒、滴、漏、渗，防止地下水污染。

(2)加强项目区地下水环境监测，在线监测与常规监测相结合，充分做好各种污染事故情景的应急预案。

(3)参照相关标准，严格实行功能分区地面防渗和污水构(建)筑物基础防渗措施，有效降低对地下水污染的风险。

(4)开展水力调控措施研究[8]，如地下帷幕墙技术、井排技术等，提高地下水污染应急处理能力。

[1]张俊栋,刘国胜,曹东卫，等. 唐山市丰润区北方现代物流城地下水环境影响评价报告[R].河北省唐山水文水资源勘测局.2016,5.

[2]王焰新.地下水污染与防治[M].北京：高等教育出版社.2007.

[3]环境保护部.环境影响评价技术导则-地下水环境[M].中国环境科学出版社.2011.

[4]Modflow:模块化三维有限差分地下水流动模型[M].地质出版社.1999.

[5]陈崇希,唐仲华.地下水流动问题数值方法[M].中国地质大学出版社.1990.

[6]孙讷正.地下水流的数学模型和数值方法[M].地质出版社.1981.

[7]孙讷正.地下水污染数学模型和数值方法[M].地质出版社.1989.

[8]金晓文,曾斌,刘建国,等. 地下水环境影响评价中数值模拟的关键问题讨论[J]. 水电能源科学.201,32(5):23-28.

Prediction and Evaluation of Groundwater Environment Impact in North Logistics City

ZHANG Jun-dong1，LIU Wen-li2

(1.Tangshan Hydrology and Water Resources Survey Bureau, Hebei Province, Tangshan 063017, China; 2. Tangshan Environmental Monitoring Center Station, Tangshan 063000, Hebei, China)

In the running of north Logistics city, the waste water, domestic waste and domestic sewage are produced in the course .The quality of groundwater is poor. The characteristics of groundwater flow are analyzed, and the pollution index is determined according to the pollutant discharge .The effect of ModFlow three-dimensional flow model and solute transport model on the groundwater environment in the north logistics city is predicted and evaluated. The results show that the shallow sub-water quality in the area is relatively poor, and the main pollutants are nitrate nitrogen and nitrite nitrogen, The lithology is coarse sand and gravel, the permeability is strong, the groundwater flow is large and the pollutants are moving fast, and the groundwater is highly polluted. The main pollutants are ammonia nitrogen and CODCr . In the absence of seepage or seepage failure due to the situation, shallow diving will be contaminated .if the superposition of impervious layer damage, the risk of groundwater pollution will increase, providing a scientific basis for the protection of groundwater environment.

groundwater environmental； impact；prediction；evaluation

2017-01-16

张俊栋(1967-)，男，河北东光人，教授级高级工程师，主要从事水文水资源和水文预报研究工作。

P641.74

A

1004-1184(2017)03-0064-03