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地下水環境影響一級評價水文地質調查的工作內容和方法

发布日期:2014-04-28 14:40 文章作者:梁靜等 訪問量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

梁靜, 徐鐵兵*

(河北省環境科學研究院,河北,石家莊,050037

 

摘要:自《環境影響評價技術導則—地下水環境》實施以來,地下水環境影響評價就成爲整個建設項目環境影響評價中的難點。本文以對水文地質調查的調查精度要求最高的一級評價爲例,從資料收集、野外調查、室內模擬和汙染預測幾個方面論述一級評價水文地質調查的內容和方法,總結了在此過程中需要注意的幾個問題,爲廣大的水體環境影響評價工作者提供參考。

關鍵詞:地下水;環境影響評價;水文地質調查

Hydrogeology survey work content and method of the one-level environmental impact assessment of groundwater

Liang Jing;Xu Tiebing*

Environmental Science Research Institute of Hebei Province, Hebei, Shijiazhuang, 050037)

AbstractThe environmental impact assessment of groundwater has became the difficulty since the implementation technical guidelines for environmental impact assessment--groundwater environment. This paper held out a first-class assessment example. It demanded the highest precision of hydrogeological survey accuracy among three classes assessment. This paper summarized hydrogeological investigation contents and methods of first-class assessment including data collection, field survey, indoor simulation and pollution prediction. Moreover, several points were summarized,which provided reference to the environmental impact assessment of groundwater.

Keywords: Groundwater; Environmental impact assessment;                     Hydrogeological survey

1 引言

地下水是水資源的重要組成部分。隨著城市規模的擴大、人口的增加和社會經濟的快速發展,地下水供水比例越來越高,已成爲生活和工農業用水最主要的供水水源之一。因此,保護地下水水源不受汙染、保證地下水資源的合理利用,引起國家和整個社會的重視。2011年,國家環境保護部制定了《環境影響評價技術導則—地下水環境》(以下簡稱導則)1。表明今後的地下水環境影響評價將更加嚴格和規範。自導則實施以來,地下水環境影響評價就成爲整個建設項目環境影響評價中的難點2,其主要原因有:(1) 地下水環境影響的隱蔽性:由于地下水環境受汙染隱于地下,人們不能直接觀察到,即使汙染程度已經很嚴重,還是很難被發現;(2) 地下水環境影響的滯後性:從地下水環境汙染發生到顯現危害需要經曆漫長的曆程,有可能建設項目已經結束,地下水的危害才突顯出來;(3) 地下水環境影響評價任務的艱巨性:查清地下水環境耗資大、專業性強、技術複雜,在項目論證階段實施難度大。

《導則》將地下水環境影響評價劃分爲三個工作等級。其中,一級評價對水文地質調查的要求最高。本文詳細介紹地下水環境影響一級評價需要進行的工作,二級和三級評價可在此要求的基礎上簡化1

2 水文地質調查內容及方法

結合項目評價範圍,按11万开展调查工作,调查内容包括: 收集评价区内水文地质、工程地质、环境地质等环境背景等有关资料,调查评价区内地下水质量现状和开发利用情况;详查评价区水文地質條件;调查環境水文地質问题和地下水汙染源特征;开展環境水文地質钻探,以了解工作区地层结构、含水層與隔水層分布、包气带岩性空间分布;进行抽水实验、弥散实验,确定地下水環境影响预测所需要的水文地质参数。工作思路详见圖 1

 

地下水環境影響一級評價水文地質調查的工作內容

已有區域地質、水文地質、環境地質資料的收集與分析

含水層與隔水層分布

水文地質參數確定

地層、包氣帶岩性空間分布

水文地質條件

分析與調查

地下水汙染

源調查

環境水文地質

問題調查

地下水汙染预测与评价


 

 1  地下水汙染预测与评价的一般步骤

Fig.1 Working process of groundwater pollution prediction and assessment

2.1 收集資料

在工作开始阶段,首先要收集现有的研究区相关资料。包括:该地区区域水文地质调查报告及水文地质圖;地下水资源评价报告;综合水文地质普查报告;供水水文地质勘察报告;地下水资源普查报告;地下水资源量调查评价报告(也可收集项目周边地区已有项目工程的水文地质勘察报告);地下水水源保护区建立相关政府文件;第四系潜水动态监测数据、曲线,动态报告,和同期大气降水、蒸发资料:评价区河流、渠系及其支流上、下游断面多年流量资料;区内农田分布面积与灌溉定额(均衡计算用);项目工程可行性研究报告和工程地质勘察报告等。以上这些资料,对于了解和掌握研究区基本的水文地质和环境地质条件和建设项目的基本情况是有帮助的,要尽量收集。一般来说,在此阶段收集的资料直接影响后面野外調查的工作量。

2.2 野外調查

为详细掌握建设项目场地的环境水文地質條件(给出的環境水文地質资料的调查精度应大于或等于11万)及评价区域的环境水文地質條件(调查精度应大于或等于15萬),對評價區域(具體範圍根據《導則》確定)進行11万水文地質條件调查。调查的主要内容包括:评价区分布的地下水类型,含水层和隔水层的岩性组成、厚度、渗透系数及含水层的富水程度;地下水的补给、径流和排泄条件;地下水动态,包括水位、水质、水量、水温等因素。地下水的开发利用现状,包括供水水源地和水源井的分布情况(包括开采层的成井密度、水井结构、深度及开采历史);地下水的现状监测(要掌握现状监测井的深度、结构、成井历史及使用功能);原生環境水文地質问题、地下水开采过程中水质、水量、水位的变化情况,及引起的環境水文地質问题;与地下水有关的其他人类活动情况调查,入保护区划分情况等。具有工作包括:

2.2.1 野外試驗

1)水文地質鑽探

为查明工作区地层结构以及含水层的分布特征,对建设项目评价区开展水文地质勘察钻探工作,根据评价区钻探所取得的地层、地下水位数据,并结合该区域地形地貌条件,编制水文地质钻孔柱状圖和评价区水文地地质剖面圖。基于此,能较清楚的认识評價區分布的地層岩性,地下水類型,含水層和隔水層的岩性組成、厚度

2)抽水試驗

水文地質參數是研究地下水運動問題非常重要的參數.根據現場抽水試驗資料確定含水層水文地質參數是野外水文地質工作中經常采用的較爲行之有效的方法之一[3]。根據試驗目的,選擇合適的抽水試驗類型,並選用相應的公式對湧水量,水位降深和時間進行相應的計算,得到水文地質參數,掌握評價區含水層和隔水層的滲透系數及含水層的富水程度。

3)滲水試驗

滲水試驗用來測定包氣帶非飽和岩土層滲透系數。從滲水試驗結果可知,評價區包氣帶垂向滲透系數,用于判斷建設場地的包氣帶的防汙性能。

2.2.2 地下水環境現狀監測

地下水環境現狀監測主要通过对地下水水位、水质的动态监测,了解和查明地下水水流与地下水化学组分的空间分布现状和发展趋势,地下水与地表水、不同含水层之间的补给、排泄关系,为地下水環境现状评价和环境影响预测提供基础资料。

1)地下水水位監測

爲查明評價區的地下水埋深地下水流向及開發利用情況,在滿足《導則》要求的情況下,盡量選擇評價區域現有的地下水水井(包括民用井、農用井,泉等)進行水位監測,若不滿足要求,在水文地質鑽探階段要增設地下水水位觀測井。分別在評價區域的枯、平、豐三期進行一次測量。

2)水准測量

水准測量目的在于確定各類水文地質點、物探點、地表水監測斷面的地面標高,據此確定地下水流場。測量對象包括全部水位統測點及河流監測斷面。通过野外地下水水位和地面标高的监测,采用计算机结合监测数据、地形特点,绘制地下水等水位线及埋深圖。

3)地表水流量監測

其目的在于通過對研究區內河流及其主要支渠上下遊斷面流量監測、水准測量,確定地下水與地表水補排關系,調查期地下水與地表水轉換量。

4)地下水均衡調查

其目的在于通过地下水开采量调查,地表水流量监测,对评价区地下水资源进行均衡计算。调查内容包括地下水开采井数、日开采量、井深、开采层位(孔隙水、裂隙水)、地下水水位、井孔类型(大口井、机井);统计分散式农户自备水源井分布、井深、开采层位、地下水埋深、平均单井开采量及全区地下水总开采量;通过对区内河流及其支渠上、下游河流断面的监测,分别了解各段面间地表水的增、减量,地下水与地表水补排关系。调查了解评价区农田灌溉定额,确定评价区边界类型。计算评价区大气降水入渗补给量、农田灌溉补给量、河流(人工渠)入渗补给量、地下径流补给量;地下水分散开采量、地下径流流出量、河流(泉)排泄量、地面蒸发排泄量,据此编制地下水开采现状圖、地下水开采强度分区圖。

5)地下水水質監測

地下水水質監測的成果主要用于對評價區域的地下水環境質量現狀進行評價,並爲建設項目的特征汙染物的環境影響預測提供基礎數據。監測頻率,樣品采集和測定的具體要求見《導則》和《地下水環境監測技術規範》[4]

2.2.3 地下水汙染源調查

目的在于了解评价区内地下水汙染源的基本情况,其中包括各厂污染源名称、主要污染物的浓度、排放去向、等标污染负荷等内容。一般可通过搜集现有资料解决;对于没有污染源調查资料,或已有部分调查资料,尚需补充调查的地区,可与環境水文地質问题同步进行。

2.3地下水環境影響預測與評價

一级评价要求对地下水水质、水量采用数值法进行影响预测和评价。一般的步骤分为:建立地下水水流数值模型,识别和验证该模型和地下水汙染预测。

2.3.1 地下水流數值模型建立

水文地质概念模型是把含水层实际的边界性质、内部结构、渗透性质、水力特征和补给排泄等条件进行概化,便于进行数学与物理模拟。地下水流數值模型建立具体步骤如下:

1)模型概化

①確定研究區:必須包括敏感目標,盡可能選擇研究程度較高的地區,選擇天然地下水邊界(河流、斷層、地層分界線等),盡量避免人爲邊界(行政區等)。

②含水層概化:通過分析現有資料(地質、水文地質以及水資源開發利用報告等)。獲取含水層在均質性、各向同性和水流動態等方面的特征,根據含水層特征,將模型概化爲相應的滲流系統(例如具有非均質、各向同性特點三維地下水非穩定滲流系統),爲選擇合適的地下水滲流模型提供基礎資料。

③邊界概化:包括垂向邊界和側向邊界。模型在確定邊界時遵循盡可能采用自然邊界的原則,最好以完整的水文地質單元(一個流域:與其他流域沒有水量交換)爲計算區。例如,河流就是自然邊界:當其與地下水有密切(聯動:河流與地下水水位一致)的水力聯系,可作爲水頭邊界;反之,可作爲流量邊界。

2)建立地下水滲流數學模型

根據含水層的水力特征(均質性、各向同性、水流的穩定性等),結合邊界條件,選擇合適的地下水滲流偏微分方程,並給出初始條件。

3)建立地下水滲流數值模型

目前,數值模擬最常用的軟件有兩種, Waterloo公司開發的三維地下水流及汙染物運移模擬軟件Visaul Modflow和由brigham yong university 的環境模型實驗室與美國軍工水道試驗站合作開發的地下水模型系統Groundwater Model System(簡稱GMS)

運行軟件,再依次將地面高程、地下水水位、含水層底板高程等基礎數據輸入模型,將邊界側向流量、地下水開采量、大氣降雨量邊界置入模型。根據模擬區已有的水文地質資料,進行水文地質參數分區,並將抽水試驗獲得的滲透系數以及不同岩性的滲透系數經驗值,帶入各分區,作爲初始水文地質參數。然後即可運行模型,得到各水位點的計算值,即爲地下水水流數值模型。

2.3.2 识别和验证地下水流數值模型

模型的識別和驗證是整個模擬中極爲重要的一步工作,通常要進行反複地調整參數才能達到較爲理想的擬合結果。通过各统测水位点的计算值与实测值进行比较,率定参数,校正构建的地下水渗流数值模型。经校正后,即可认为构建的模型能够客观反映研究区的水文地質條件。模型的识别验证主要遵循以下原则:①模拟的地下水流场要与实际地下水流场基本一致;②从均衡的角度出发,模拟的地下水均衡变化与实际要基本相符;③识别的水文地質條件要符合实际水文地質條件。

2.3.3地下水流场预测和地下水汙染预测

一般要預測正常工況和非正常工況兩種情況。以識別和校正後的模型爲基礎,系統分析擬建工程在建設、生産運行和服務期滿後的各個過程中,可能造成地下水水質汙染的汙染源和汙染因子,聯合求解水流方程和溶質運移方程就可得到汙染質的時空分布。

3 小結

由于建設項目中産生的廢、汙水一般不直接排入地下水中, 加上水文地質條件的复杂性,地下水環境影响评价是整个环境影响评价中的薄弱环节。但是要保证地下水環境保护措施的有效性和可操作性,保护措施的选择必然要依据地下水运动的基本原理,如何减缓携带污染物的地下水渗流速率,降低污染物迁移途径中含水介质的渗透系数和地下水的水力坡度等。地下水环评的重要性不言而喻。在此过程中需要注意以下问题:①地下水環境现状调查应以收集现有资料为主, 必要时补充做些现场调查和试验。②地下水的污染源調查应注重那些能使污染物进人地下水中的源的位置。③在建立地下水水流模型階段,在確定邊界時,盡可能采用自然邊界的原則,最好以完整的水文地質單元(一個流域:與其他流域沒有水量交換)爲計算區。

參考文獻:

[1] 環境影響評價技術導則: 地下水環境[S]. 北京:國家環境保護部,2011.

[2] 朱學愚,錢孝星. 地下水環境影响评价的工作要点[J]. 水資源保護,1998(4) : 48  53.

[3] 薛禹群、朱學愚,地下水動力學[M].北京:地質出版社,1979.207-240.

[4] 地下水環境监测技术规范[S]. 北京:國家環境保護部,2004.

作者简介:梁靜(1986 -),女,工学硕士,研究方向为地下水環境。Tel0311-89253500 E-mailliangjing0316@126.com 

通讯作者:徐鐵兵(1973 -),男,工學碩士,高級工程師,研究方向爲環境影響評價和固體廢物資源化。Tel0311-89253571E-mailxutb@foxmail.com;通訊地址:河北省石家莊市裕華區雅清街30號。


發布者:辦公室
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