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(共13张PPT)
5.2地下水环境影响预测与评价
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地下水环境影响预测
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案例导入：涿州市第二垃圾填埋场项目
地下水环境影响预测
预测原则、范围、时段、因子
预测方法及要求
1 建设项目地下水环境影响预测方法包括数学模型法和类比预测法。其中，数学模型 法包括数值法、解析法、均衡法、回归分析、趋势外推、时序分析等方法。
2 一级评价应采用数值法；二级评价中水文地质条件复杂时应采用数值法，水文地质条件简单时可采用解析法；三级评价可采用回归分析、趋势外推、时序分析或类比预测法。
3 采用数值法或解析法预测时，应先进行参数识别和模型验证。
4 采用解析模型预测污染物在含水层中的扩散时，一般应满足以下条件：
a）污染物的排放对地下水流场没有明显的影响。
b）预测区内含水层的基本参数（如渗透系数、有效孔隙度等）不变或变化很小。
5 采用类比预测分析法时，应给出具体的类比条件。类比分析对象与拟预测对象之间应满足以下要求：
a）二者的环境水文地质条件、水动力场条件相似。
b）二者的工程特征及对地下水环境的影响具有相似性。
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地下水环境影响预测
模型概化与参数选取
1 水文地质条件概化：应根据评价等级选用的预测方法，结合含水介质结构特征，地下水补、径、排条件，边界条件及参数类型来进行水文地质条件概化。
2 污染源概化：污染源概化包括排放形式与排放规律的概化。根据污染源的具体情况，排放形式可以概化为点源或面源；排放规律可以简化为连续恒定排放或非连续恒定排放。
3 水文地质参数值的确定：对于一级评价，地下水水量（水位）、水质预测所需用的含水层渗透系数、释水系数、给水度和弥散度等参数值，应通过现场试验获取。对于二级、三级评价所需的水文地质参数值，可从评价区以往环境水文地质勘察成果资料中选取，或依据相邻地区和类比区最新的勘察成果资料确定；对环境水文地质条件复杂而又缺少资料的地区，二级、三级评价所需的水文地质参数值，也应通过现场试验获取。
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地下水环境影响预测
水流模型的解析解：
潜水、无限边界、群井稳定流开采：
承压水、无限边界、群井稳定流开采：
潜水、非稳定流：
承压水、非稳定流：
H 0—潜水含水层初始厚度，m；
h—预测点稳定含水层厚度，m；
k—含水层渗透系数，m/d；
i—开采井编号，从 1 到 n；
ri—预测点到抽水井 i 的距离，m
Ri—第 i 开采井的影响半径，m。
s—预测点水位降深，m；
Q —第 i 开采井开采量，m3 /d；
T—含水层的导水系数，m2 /d；
W (u i ) —井函数，可通过查表的方式获取井函数的值（查表《地下水动力学》）
M —含水层平均厚度，m；
t — 为自抽水开始到计算时刻的时间；
—潜水含水层给水度，无量纲；
—含水层的贮水系数，无量纲。
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地下水环境影响预测
水质模型的解析解：
适用于承压含水层中一维稳定流二维水动力弥散平面连续点源问题的解析解
式中：x,y—计算点处的坐标位置；
t—时间，d；
C(x,y,t)—t时刻点x,y处的示踪剂浓度，mg/L；
M—承压含水层的厚度，m；
mt—单位时间注入示踪剂的质量，kg/d；
u—水流速度，m/d；
n—有效孔隙度，无量纲；
DL—纵向弥散系数，m2/d；
DT—横向弥散系数，m2/d；
—第二类零阶修正贝塞尔函数，（查表《地下水动力学》）；
—第一类越流系数井函数，（查表《地下水动力学》 ）；
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地下水环境影响预测—数值解
工作步骤
1 明确工作目标和任务：
根据所要考察的实际水文地质问题确定所研究的目标和任务，进而对预计的研究成果精度提出恰当的要求。
2 收集资料与野外调查：
明确水质模型的范围，对区域地质背景、水文地质背景进行调查，查明含水介质条件、地下水流动条件和研究区的边界条件三方面内容。
收集研究区内的地层、岩性、构造、第四纪地质及地貌资料；收集区内地表水体相关资料，包括河流的流速、流量、含砂(泥)量、河床淤积速度，地表水的水位、水质、蓄水量及其渗漏补给地下水量；收集区域土壤、植被、农作物相关资料，分析包气带水的运移特征及其水质特征；查明地下水的补给、径流、储存和排泄条件，分析地下水水动力、水化学特征及含水层富水性变化规律；分析区域大气降水和蒸发的时空分布特征及降水入渗条件；分析区内水循环特征，分析大气降水、地表水、包气带水与地下水的相互转化特征及其水均衡要素。
在此基础上查明含水层(目的层)系统的结构、裸露区的入渗条件、垂向和侧向水量交换条件、地下水在不同时期(枯、平、丰水期)和不同开采条件下的渗透水流状态以及地下水在天然状态和开采条件下的水均衡条件、地下水水化学背景、地下水污染、水资源开发利用状况等等。
根据所收集的资料，对模型所含的参数和定解条件进行初步的分析，明确还需为获取必要信息所进行的调查研究工作。在此基础上，制定和设计出为获得这些参数和条件所必须进行的勘探和试验，包括需要增加的钻探工作量、抽水试验或野外弥散试验的布置，室内水质分析等。
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地下水环境影响预测—数值解
3 选择模型 ：根据工作目的选择所需要的模型。
对流-弥散模型考虑了水动力弥散的作用，能比较精确地刻画过渡带的浓度分布，比纯对流模型更加符合实际。对于时空范围大的水质问题，或对研究区的精度要求不太高时，可选用较简单的纯对流水质模型，这样就避免了因确定水动力弥散系数而带来的困难。对于局部的水质问题或者精度要求较高的水质问题，必须用对流-弥散模型，它能反映污染物在含水层中的时空分布规律。
根据收集资料和野外调查结果，分析计算区内的水文地质条件，确定计算区的范围、含水层的结构及地下水流动方程的类型。如，含水系统是单层的还是多层的；含水层是承压的、无压的，还是承压-无压的；多层结构的层间水力联系是面状越流、“岩性天窗”勾通，还是两者兼有；含水层是均质结构、二元结构，还是多层非均质结构，等等。
4 现场试验 ：初步确定了地下水水质模型的基本类型后，经常碰到的问题是缺乏某些资料，如地下水位长期观测资料、水质统测资料、某些水文地质参数、源汇项等。水位和水质资料的缺乏可以补充观测网点，增加观测时段来获取；水文地质参数，可选用经验值或进行抽水试验、弥散试验等方法来获得。地下水补给来源主要有降雨入渗、灌溉入渗、渠系渗漏、越流补给等，地下水的排泄方式主要有侧向径流排泄、潜水蒸发排泄和人工开采，主要利用经验公式和野外调查获得。
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地下水环境影响预测—数值解
5 建立模型：根据研究区的基本情况和收集到的资料建立数学模型，数学模型包括研究区的水文地质条件、初始条件和边界条件。由于水文地质条件的复杂性很难用一个通用的程序来解决，我们要根据实地的水文地质条件，提出能符合该类条件的通用模型，输入研究区的主要数据，经过适当的修改、补充，得到研究区的仿真模型。
对流-弥散模型输入的主要数据包括：
①含水层的几何参数，包括边界形状、顶底板高度等。
②各剖分结点的初始水头与初始浓度，对于未知的结点值可通过相邻结点上有关值插值获得。
③源汇项：抽水井（或注水井）的位置和强度，河流、地表水体的位置及补给量，灌溉回归水的分布与强度，各污染源的位置以及各源汇项的水质等。
④水流方程的边界条件（如一类边界、二类边界或流量边界分布）与水质方程的边界条件（如等浓度边界）。
⑤各种水文地质参数的估计值，包括给水度、弹性给水度、渗透系数、降雨入渗系数、灌溉回归入渗系数、纵向弥散度、横向弥散度、分子扩散系数等。
⑥水位、水质的长期观测资料，或野外试验期间水位与水质动态的观测资料，主要用于模型校正。
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地下水环境影响预测—数值解
6 模型校正及运转：
将各种水文地质参数的估计值与边界条件、初始条件等各种有关数据代入水质模型中，模拟已有的抽水过程或污染过程，将各观测孔的计算水位值或示踪剂浓度值与实测的水位值或示踪剂浓度值之差的平方求和作为目标函数，当目标函数极小时就称模拟结果较优。
要达到模拟结果较优，需要对参数进行反复修正，但必须符合水文地质的约束条件，最终得到一个能够代表该区域实际情况的水质模型。为了提高模型的仿真性与可靠性，可用其他时段的观测资料对已模拟的参数和边界条件进行检验。
7 模型预测 ：
经过反复校正或检验后可获得一个仿真的水质模型。结合所研究问题的具体任务与目标，可操作水质模型使其运转。设计不同的预案预测水质的发展趋势，提供各种趋势的效果，管理部门可通过对比各种方案的不同效果，作出相应的对策，从而达到地下水管理与规划的目的，同时有效地控制地下水污染过程。
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地下水环境影响评价
Ⅰ类建设项目评价
Ⅰ类建设项目对地下水水质影响时，可采用以下判据评价水质能否满足地下水环境质量标准要求。
1、以下情况应得出可以满足地下水环境质量标准要求的结论：
①建设项目在各个不同生产阶段、除污染源附近小范围以外地区，均能达到地下水环境质量标准要求。
②在建设项目实施的某个阶段，有个别水质因子在较大范围内出现超标，但采取环保措施后，可满足地下水环境质量标准要求。
2、以下情况应做出不能满足地下水环境质量标准要求的结论：
①改、扩建项目已经排放和将要排放的主要污染物在评价范围内的地下水中已经超标。
②削减措施在技术上不可行，或在经济上明显不合理。
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地下水环境影响评价
Ⅱ类建设项目评价
Ⅱ类建设项目对地下水流场或地下水水位（水头）影响时，应依据地下水资源补采平衡的原则，评价地下水开发利用的合理性（水源地、企业供水）及可能出现的环境水文地质问题的类型、性质及其影响的范围、特征和程度（水利工程、矿山疏干排水、滨海工程）等。
Ⅲ类建设项目
Ⅲ类建设项目的环境影响评价应按照Ⅰ类和Ⅱ类建设项目进行。
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工
作
程
序

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