作者：张毅
本文在区域水文地质特征和地下水环境现状调查的基础上，对大唐延安发电厂厂址区及灰场区进行地下水环境影响预测及评价，为工程设计运行和地下水环境保护提供科学依据，同时也为同类问题提供借鉴。
1地下水环境影响评价等级及评价范围
1.1工程概况及项目类别
拟建大唐延安发电厂2x350 MW“上大压小”热电联产工程由厂址区、石家沟灰场区两部分组成。厂址区位于陕西省延安市以东约22 km处的姚店镇，延河北侧蟠龙河西岸阶地地带；而石家沟灰场位于厂址区北西侧约4.5 km处。
该热电联产工程在建设和运营过程中不开采地下水，对厂址周边地下水水位及流场影响不大，但厂址区污染物事故渗漏、少量污水和灰场堆灰渗滤液的排放可能造成周边地下水水质污染，根据导则规定，本工程属I类建设项目。
1.2地下水环境影响评价等级、评价范围及保护目标
根据I类建设项目地下水评价工作的等级指标对本建设项目进行综合判定，厂址区及灰场区地下水环境影响评价工作等级均为“二级”，综合判定评价区地下水环境影响评价工作等级为“二级”。
按照导则要求并结合工程周边的区域地质条件、水文地质条件、地形地貌特征和地下水保护目标，确定区域水文地质评价范围如下：西侧以丰富川与蟠龙河之间的分水岭为界，东侧以务羊川和蟠龙河之间的分水岭为界，北侧以白石沟、前丈子沟及罗沟一线为界，南侧以延河南岸为界，评价范围约55 km2。
根据评区地下水环境现状调查分析，工程建设后可能对厂址区、灰场区潜水及其径流下游的地下水产生影响，故本次评价与预测的地下水环境保护目标为厂址区及其下游松散层孔隙潜水、基岩风化裂隙水，选取厂址下游最近的变压厂临时生产用水井M19为保护目标；石家沟灰场区及其下游的孔隙裂隙水及基岩风化裂隙水，选取石家沟村的分散式生活饮用水水源泉点露头M76为保护目标。
2评价区地质条件与水文地质条件
2.1地质条件
评价区位于陕北黄土高原中部，主要地貌单元为黄土梁峁和河谷。厂址区及灰场区的地层主要由第四系松散层和三叠系泥质砂岩组成。厂址区第四系地层主要为全新统的杂填土、黄土状粉土、圆砾、中更新世的黄土和晚更新世的黄土等，厚度为1.8-14.3 m；下伏三叠系瓦窑堡组( T3w)泥质砂岩，产状接近水平，岩性为灰绿、黄绿色碎屑及泥质结构，上部呈现强风化特征，厚度为1.0-5.0 m，下部为中等风化，厚度约为10-15 m。灰场区第四系地层主要为全新统的黄土状粉土、中更新世的黄土和晚更新世的黄土等；下伏三叠系瓦窑堡组( T3w)泥质砂岩，其产状、岩性特征及风化程度与厂址区的基本一致。
2.2 水文地质条件
评价区降雨量少，年平均降水量为507.7 mm，而年平均蒸发量为1 618.2 mm。区内有延河和皤龙河2条主要河流分布，多年平均径流量分别为27 013和2 100万m3。
厂址区地下水类型主要为第四系孔隙潜水和下伏基岩风化裂隙潜水。第四系孔隙潜水主要分布在厂址区上部、蟠龙河下游右岸I级阶地上，水位埋深约2.5-7.5 m，含水层岩性主要为砂土层及卵砾石层；基岩风化裂隙潜水主要为三叠系瓦窑堡组的砂岩风化带孔隙裂隙潜水。潜水的补给来源主要是西侧山区沟谷及北侧上游的侧向径流补给和大气降水人渗补给，排泄途径主要为侧向径流补给下游地下水或在河床沿岸渗流补给地表水及少量人工开采。据调查，区内除一口水井作为备用水源外其余水井均已废弃，地下水开采利用量较少。地下水位年变幅约0.46-1.1 m，变动较小。
灰场区上部为黄土和黄土状粉土，下伏三叠系砂岩，地下水主要赋存于地面以下30-40 m的砂岩风化裂隙带中，而上部黄土和黄土状粉土中基本没有地下水分布。地下水的补给来源主要为侧向径流和大气降水入渗补给，排泄途径主要为侧向径流及泉眼排泄，没有地下水开采利用情况。地下水位年变幅较小，最大为0.51 m。
3地下水流和溶质运移数值模型
3.1 水文地质概念模型 ．
根据评价区的水文地质条件选取合适的模拟范围，对模拟范围内的地下水系统实际的边界性质、内部结构、水力特征和补给排泄条件等进行合理概化，以进行数学模拟并准确充分地反映地下水系统的主要功能和特征。
厂址区模拟范围约1.6 km2，含水层为潜水含水层，主要有2类：一类是延河和蟠龙河河床及两岸中的孔隙水，含水层厚度一般在5m左右，岩性为卵砾石、中砂和粉细砂；另一类是强风化砂岩裂隙水，厚度一般在5-10 m。数值模型中考虑一层含水层系统，地下水运动为二维运动。模型边界概化为GHB边界，上部为自由水面边界，底部为零流量边界。含水层的主要补给来源有侧向地下水径流和大气降水，大气降水采用多年平均值；排泄途径有侧向地下水径流、向河流的排泄和蒸发。
灰场区模拟范围约2.9 km2，含水层为潜水含水层，主要为强风化砂岩裂隙水，含水层厚度一般在5m左右。数值模型中考虑一层含水层系统，地下水运动为二维运动。灰场区模型边界概化为GHB，上部为自由水面边界，底部为零流量边界。潜水含水层的主要补给来源有侧向地下水径流和大气降水，大气降水采用多年平均值；排泄途径主要有人工开采、泉水出流及侧向地下水径流等，人工开采量和泉水出流量小且分散，对地下水位影响小，在模型中不予考虑。
3.2水流运动与溶质运移数学模型
厂址和灰场模拟区地下水流系统均概化为非均质各向同性非稳定二维地下水流系统，数学模型如下：
式(1)中：Ω为地下水渗流区域；H为地下水水头(m)；h为含水层含水厚度(m)；S2为模型的第二类边界；q2为边界流量（m3/d）；kxx、kyy为分别为x，y主方向的渗透系数(m/d);w为源汇项(m/d)；μ为给水度。
溶质运移的二维水动力弥散方程的数学模型如下：
式(2)中：C为地下水中组分的溶解相浓度，ML≈：0为含水介质的孔隙度，无量纲；t为时间，T;xi为沿直角坐标系轴向的距离，L；Dij为水动力弥散系数张量，L2T-1；V为孑L隙水平均实际流速，LT-1; qs为含水层内源／汇的体积流量，T-1；Cs为源或汇水流中组分的浓度，ML-3；T为Neumann边界。
3.3 水流运动数值模型及识别
本文应用Visual MODFLOW软件建立延安发电厂厂址区及灰场区的地下水流和溶质运移模型，经过校正后对厂址区及灰场区地下水环境影响进行评价与预测。
厂址区概化为一层潜水含水层，分2个区，共剖分有效单元64 215个，单元大小为5 mx5 m，预测模拟时长为30 a；灰场区概化为一层潜水含水层，只分一个区，共剖分有效单元11 254个。单元一般大小为20 mx20 m，灰场区泄漏点附近进行局部加密，单元大小为10 m×10 m。厂址区和灰场区模型的参数分区图见图1、2。
厂址区地下水位年变幅约0.46-1.1 m，灰场区地下水位年变幅最大为0.51 m，年变幅均较小，故本文根据厂址区及灰场区实际观测的地下水等水位线对模型进行识别和验证。从图3和4中可以看出水位拟合误差较小，这说明模型较为准确地反映了厂址区和灰场区的实际情况。经校正后的模型参数见表1。
4预测情景及源强
4.1 风险事故情景设计
拟建工程的建设阶段、生产运行阶段的正常工况及服务期满后的阶段对地下水环境基本没有影响或影响很小，不会造成地下水污染；因此本次预测主要针对的是拟建工程生产运行阶段的事故工况，并重点考虑厂址区和灰场区可能出现的、由地下水污染物迁移对地下水环境产生影响的事故泄漏点。厂址区和灰场均有防渗措施，确定厂址区2种预测情景：防渗出现破损情况下，工业废水处理间和脱硫废水处理池发生污染物泄漏；确定灰场区一种预测情景：防渗出现破损情况下，灰场发生污染物泄漏。
预测时假设在厂址区与灰场区防渗破损5%的情况下各泄漏点处的污染因子的运移情况。
4.2特征污染因子及泄漏源强
根据电厂工程废污水排放情况分别选择高锰酸盐指数、C1-和F-作为工业废水处理间、脱硫废水处理池和灰场泄漏点的污染因子。预测时在泄漏点下游30 m处设置浓度观测井。
事故工况下各泄漏点的特征污染因子的泄漏量由防渗完好部分的渗漏量和防渗破损部分的泄漏量求和得到。计算公式如下：
式(3)中：Q1为防渗完好部分的渗漏量，L3T-1；K为防渗设施的渗透系数，LT-1;A1为防渗完好部分渗漏面积，L2；ΔH为防渗层上下水位差，L;δ1为防渗砂浆与混凝土池壁总厚度，L; Q2为防渗破损部分的泄漏量，L3T-1．；K2为包气带垂向渗透系数，LT-1;A2为防渗破损部分泄漏面积，L2;82为包气带厚度，L。
事故工况下各泄漏点特征污染因子的泄漏量相关数据见表2。
事故工况下高锰酸盐指数的泄漏浓度为150 mg/L，其Ⅲ类标准值为3 mg/L，超标倍数50倍；C1-的泄漏浓度为20 000 mg/L，其Ⅲ类标准值为250 mg/L，超标倍数80倍；F-的泄漏浓度为5.68 mg/L，其Ⅲ类标准值为1 mg/L，超标倍数5.68倍。
在模拟污染因子在地下水中的运移情况时，不考虑吸附作用、化学反应等因素，重点考虑对流、弥散作用。结合前人所做的研究与评价区具体的水文地质条件并出于安全的角度考虑，纵向弥散度参数值取为10 m，水平横向与纵向弥散度的比值为0.1。
5结果分析
预测前首先按污染因子在事故工况下连续泄漏的情景进行模拟，以获得泄漏点下游浓度观测井中污染因子的浓度超标时刻。根据预测发现高锰酸盐指数的超标时刻为41 d，设定此后50 d内防渗破损处将得到修复，将泄漏持续时间设置为91 d；Cl-1的超标时刻为61 d，将泄露持续时间设置为lll d。灰场的污染物发生泄漏时难以发现泄漏点的位置，污染物F--续泄漏，故泄漏持续时间设定为10 950 d。
厂址区仅以CI-为例给出了污染因子的迁移范围图（见图5-8），灰场给出了F—在10 950d时的迁移范围图（见图9-10），预测的各泄漏点污染因子在模拟期内的迁移特征统计结果见表3。
综上所述，高锰酸盐指数、C1-和F-从连续泄漏的某一时刻开始到防渗破损处得到修复之后的一段时期、一定范围内均有超标现象，但随着泄漏点的防渗破损得到修复，地下水中特征污染因子的浓度很快降到标准值以下，地下水污染情况受到良好控制且不会影响到下游的保护目标，因此对地下水环境的影响不大，该项目可行。
6结论
(1)事故工况下的特征污染因子在地下水中迁移的预测结果表明：设置必要的防渗措施、定期进行地下水监测和发生事故时及时治理均能有效地控制地下水污染现象。
(2)除本文中设计的3种风险事故情景外，可能发生污染物泄漏的还有事故油池、储油罐等设施，污染物在事故工况下的泄漏源强计算、在地下水中的运移情况的预测等均可参考高锰酸盐指数、C1-和F-。
(3)本次评价与预测工作虽然进行了地下水环境现状调查，但为了简化模型，模拟预测时并未参照地下水中污染因子的浓度背景值，因此模拟结果具有一定的误差；而预测时假设各泄漏点处的污染因子直接进入含水层中，未考虑污染因子在包气带中的迁移过程，因此又放大了污染因子污染潜水含水层的最坏情景，因此预测结果的精度需进一步研究。
由表3可知，事故工况下工业废水处理间的污染因子高锰酸盐指数在100 d时最大浓度为9．Omg/L，高于Ⅲ类标准值，超标范围577 m2，但未到达保护目标处；395 d时最大浓度降至0.14 mg/L，远低于Ⅲ类标准值，故污染因子对厂址区下游地下水及保护目标的影响很小。
由图5～8及表3可知，事故工况下脱硫废水处理池的污染因子C1-在100 d时最大浓度为600 mg/L，高于Ⅲ类标准值，超标范围407 m2，但未到达保护目标处；400 d时最大浓度降至60 mg/L，远低于Ⅲ类标准值，故污染因子对厂址区下游地下水及保护目标的影响很小。
由图9-10及表3可知，事故工况下灰场的污染因子在连续泄漏10 950 d时最大浓度为2.5 mg/L，高于Ⅲ类标准值，超标范围2 493 m2，但未到达保护目标处，故污染因子对灰场区下游地下水及保护目标的影响很小。
7摘要：大唐延安发电厂在运行过程中可能对地下水环境产生影响，针对该问题建立了地下水流和溶质运移的水文地质概念模型、数学模型和数值模型，设置了3种预测情景并给出了泄漏量的计算方法，最终对高锰酸盐指数、Cl和F一的运移情况进行了预测与评价。结果表明：3种特征污染因子在一定范围、一定时期内均有超标现象，但超标范围小且均未影响到保护目标，随着防渗破损处得到修复，地下水污染情况受到良好控制，因此对地下水环境影响不大。
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