郭 华，周红卫，胡 超

(江苏省地质环境勘查院，江苏 南京 211102)

0 前言

随着社会经济的发展，石化产业建设项目也逐渐增多，各类石油化工企业对地下水造成的污染问题也越来越突出，因此，准确把握项目建设及规划实施对区域地下水的影响，对建设项目进行科学规划已成为当务之急。本文以连云港石化产业基地规划环评地下水环境影响评价项目为例，在概化出评价区水文地质概念模型的基础上，建立地下水渗流和溶质运移三维概念模型[1-3]，选取石油类为特征污染物，模拟不同时段石油类对周围环境的影响程度，为项目建设提供科学依据[4-6]。

连云港石化产业基地位于连云港市徐圩新区，主要承接江苏沿江石化产业转移，统筹兼顾长三角地区需求增长。规划区东部紧临海滨大道，北至苏海路及疏港大道，西至242省道，南至善后河及南复堆河北岸，总规划面积 84 km2。基地规划八个产业分区，包括炼化一区、炼化二区、多元化原料加工区、聚酯产业区、化工新材料和精细化工区、石化后加工区、预留炼化区及搬迁项目区，为全国七大石化产业基地之一。

1 水文地质条件

评价区环境水文地质条件较简单，主要分布孔隙潜水、微承压含水层、第Ⅰ承压和第Ⅱ承压含水层(组)。

(1)潜水含水层岩性主要有粘土、淤泥质粘土、亚粘土组成。厚度15 m左右，单井涌水量小于10 m3/d，水位随微地貌形态而异，一般在1.73～2.87 m之间，随季节变化，雨季水位上升旱季水位下降，年变幅0.6 m左右。

(2)微承压含水层(组)由粉砂、亚砂土夹粉砂组成，根据场区钻孔资料显示，微承压含水层顶板埋深16.5～24.5 m之间，含水层岩性为亚砂土夹粉砂以及粉砂层，含水层厚度2.5～6.0，富水性差，单井涌水量一般小于300 m3/d。

(3)第Ⅰ承压含水层(组)由粉细砂组成，顶板埋深55～58 m之间，厚度9 m左右，单井涌水量500 m3/d左右。

(4)Ⅱ承压含水层岩性主要为亚砂土、砂、砂砾石组成。含水层厚度变化较大，一般达40 m以上，单井涌水量一般500～2 000 m3/d左右。

评价区基底分布片麻岩、花岗片麻岩，富水性较差，可视作为相对隔水层，形成评价区的隔水底板。

2 水文地质概念模型

本项目预测评价范围以规划区为中心，南至善后河、埒子河，北至严港河，东濒黄海，西至烧香支河。南北长约11.5 km，东西宽约12.7 km，面积约97.3 km2。根据评价区水文地质条件，潜水含水层和微承压含水层广泛分布于整个评价区，为可能受到污染的含水层，因此本次评价将潜水含水层和微承压含水层作为预测的目标含水层，从上至下分布为潜水含水层、粘性土弱含水层和微承压含水层。评价区南边界为善后河、埒子河，北边界为严港河，东边界为黄海，西边界为烧香支河，故将潜水含水层边界概化为定水头边界，其余均为通用水头边界。评价区顶部边界一方面接受大气降雨及农业灌溉入渗补给，是补给边界，另一方面地下水又通过其蒸发，又是排泄边界。评价区基底为新近系粉质粘土层，透水性差，可视作为相对隔水层，形成评价区的隔水底板。

综上所述，评价区地下水系统的概念模型可概化成非均质各向异性、空间三维结构、非稳定地下水流系统。

3 地下水渗流和溶质运移三维数值模型

3.1 数学模型的建立

根据概化的地下水渗流与溶质运移概念模型， 取坐标轴方向与各向异性介质主方向一致，不考虑土体吸附及阻滞作用对渗滤液污染物运移的影响， 建立下列与之相适应的地下水渗流与溶质运移三维耦合数学模型[6-8]。

1)地下水流数学模型：

对于非稳定流三维地下水流系统，可用下列微分方程的定解问题来描述：

(1)

2)溶质运移数学模型：

(2)

3.2 模型识别和验证

采用GMS数值模拟软件对评价区进行了网格剖分，平面上划分为60×60 m等距网格单元，图1所示，垂向上剖分为潜水含水层、粘性土弱含水层和微承压含水层共3层，图2所示，单元数共计81 336个。潜水含水层、微承压含水层初始水位由实测水位观测给出，粘性土弱含水层初始水位由上、下含水层水位插值给出。根据含水层岩性特征及富水性条件，将整个含水层系统分为10个分区，其中潜水含水层5个分区，粘性土弱含水层2个分区，微承压含水层3个分区，图3、图4分别列举了模型第1层(潜水含水层)和第3层(微承压含水层)水文地质参数分区图。

图1 评价区平面图网格剖分图 图2 评价区垂向网格剖分图(第105行)

图3 潜水含水层参数分区图 图4 微承压含水层参数分区图

表1 识别后各分区水文地质参数参数表

根据评价区水文地质资料，对水文地质参数的多次试算，使计算流场与实测流场相拟合，求得各分区水文地质参数(表1)，评价区地下水位拟合精度见图5和图6。

4 地下水环境影响评价预测

4.1 地下水污染情景预测设定

情景设定：本次模拟预测情景设定对特征污染物在非正常工况，发生风险事故，防渗失效情景预测；

预测因子：选取石油类作为预测因子。

源强设定：假设发生风险事故，防渗失效，泄漏的污水通过防渗层进入到地下水中，泄漏量按园区内企业平均污水产生量(3 562.5 m3/d)的5%考虑，从开始泄漏到发现泄漏并修复所需时间为30 d，则非正正常工况预测源强渗漏量178.1 m3/d。浓度10 mg/L。

图5 潜水含水层流场拟合图

图6 微承压含水层流场拟合图

表2 石油类污染预测范围

图7 石油类渗漏100 d后污染影响范围图 图8 石油类渗漏1 000 d后污染影响范围图

4.2 地下水污染情景预测

在非正常工况、防渗失效措施的情景下，石油类的污染模拟结果见图7～图10和表2所示，模拟结果显示，渗漏发生100 d后，石油类污染影响范围扩大到50 853 m2，超标范围为24 238 m2，最大运移距离为133 m；1 000 d后石油类污染的影响范围为 74 000 m2，超标范围为40 398 m2，最大运移距离为191 m；10 a后石油类污染的影响范围为112 311 m2，超标范围为69 715 m2，最大运移距离为369 m；20 a后石油类污染的影响范围为167 588 m2，超标范围为 88 359 m2，最大运移距离为559 m。

图9 石油类渗漏10 a后污染影响范围图 图10 石油类渗漏20 a后污染影响范围图

5 结语

(1)非正常工况下，污染物通过介质体从污染源不断向四周扩散、运移，浓度变化趋势是越靠近污染源位置浓度越高，越运离污染源位置浓度越低；事故发生10 a后，污染物残余浓度随着时间的推移在对流—弥散作用下逐渐消散。

(2)在非正常工况、防渗失效措施的情景下，20 a后由于包气带的厚度较薄，污染物经垂直入渗已经影响到潜水孔隙含水层底部；但由于石油类污染的影响范围为 167 588 m2，超标范围为88 359 m2，最大运移距离为559 m。

(3)结合评价区水文地质条件、地下水保护目标及敏感点分布情况，本次评价采用GMS软件对本项目可能造成地下水环境影响做出预测，预测结果表明：项目在非正常工况下会对地下水环境产生一定影响。在对工业园区实施严格的防渗措施，建立完善的地下水监测系统，强化地下水应急防范措施的前提下，项目对地下水环境的影响将大大减弱，从地下水环境保护角度看，其影响是可以接受的。