頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移研究

頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移研究頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移研究

摘要：頁巖氣開采是一種新型能源開發(fā)方式，雖然具有可再生和清潔等優(yōu)點，但頁巖氣開采對地下水環(huán)境卻帶來了潛在的影響。本文結(jié)合現(xiàn)有研究，綜述了頁巖氣開采對地下水的影響，并以地下水污染物溶質(zhì)運移為研究對象，探討了頁巖氣開采引起的地下水污染物運移規(guī)律和影響因素。結(jié)果表明：頁巖氣開采會導致地下水中出現(xiàn)苯、甲烷等有機化合物污染物，對地下水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞；頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移過程受到水文地質(zhì)條件、污染物特性、水化學特征、環(huán)境因素等多方面因素的影響；在實際應(yīng)用中，需結(jié)合具體情況對地下水環(huán)境進行監(jiān)測和管理，減少潛在污染風險。

關(guān)鍵詞：頁巖氣開采；地下水；污染物溶質(zhì)運移；影響因素；環(huán)境管理

1.引言

頁巖氣是指以頁巖為主要儲存巖石的天然氣資源，目前被廣泛認為是近十年來最重要的新型天然氣資源之一。頁巖氣開采是一種新型的能源開發(fā)方式，對于推動世界能源革命、加快能源清潔化、促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面具有重要的推動作用。然而，隨著頁巖氣開采工程的深入推進，其對地下水和地表水環(huán)境帶來的潛在影響已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注。

地下水是頁巖氣開采最為關(guān)注的環(huán)境受體之一，而其中的污染物溶質(zhì)運移是影響水體質(zhì)量的重要因素之一。本文綜述了過去幾年中采用實驗室模擬試驗、現(xiàn)場實測、水文地質(zhì)模擬模型等方法開展的研究，旨在揭示頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移規(guī)律、影響因素及其管理方法，以期對頁巖氣開采對地下水質(zhì)的影響進行分析和評估，為頁巖氣開采的環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

2.頁巖氣開采對地下水的影響

頁巖氣開采對地下水的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）引起地下水位下降，導致地下水資源減少；（2）由于物質(zhì)運移而引起地下水中苯、甲烷等有機化合物污染；（3）由于頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的廢水或化學品溢出等事件，亦可能對地下水環(huán)境造成嚴重的污染。

2.1地下水位下降

頁巖氣開采過程中，產(chǎn)生大量的地下水，經(jīng)過破碎帶、裂隙帶等弱層向地下水庫中注入，導致地下水位下降。該現(xiàn)象主要由于采出地下巖石的體積減小，造成當?shù)鼗蛑苓叺貐^(qū)的地下水位下降。地下水位下降將導致地下水資源的減少，給水生態(tài)環(huán)境帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，在頁巖氣開采程中，應(yīng)加強地下水位監(jiān)測，確保地下水資源的合理利用。

2.2地下水中有機物污染

頁巖氣開采過程中涉及的一系列化學品會通過廢水、流體脫出等途徑，進入地下水系統(tǒng)，引起地下水的污染。有機物污染主要表現(xiàn)在地下水中出現(xiàn)苯、甲烷等污染物，引發(fā)的污染事件包括地下水中有毒、有害元素濃度升高、有機物變得更難被生物降解、生態(tài)系統(tǒng)受到影響等。地下水中有機物污染對環(huán)境影響顯著，容易造成不可逆的生態(tài)系統(tǒng)損害和健康風險。

2.3難治性污染問題

頁巖氣開采過程中，有時會因為失控、事故等原因?qū)е聫U水、乙烯等有毒化學物質(zhì)污染地下水。這些污染物一旦進入地下水庫，由于地下水流速相對較慢、環(huán)境復雜等因素的影響，難以進行有效的治理，難以達到治理效果目標，形成難治性污染問題。

3.頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移規(guī)律

地下水中污染物的運移受到很多因素的影響，包括水文地質(zhì)條件、污染物特性、水化學特征和環(huán)境因素等。下面將著重論述頁巖氣開采引起的地下水污染物溶質(zhì)運移規(guī)律及其影響因素。

3.1水文地質(zhì)條件

地下水的水文地質(zhì)條件對污染物的溶質(zhì)運移過程具有重要的影響。在不同的地質(zhì)條件下，污染物的運移過程相差很大。美國Pennsylvania州馬斯丁斯堪卡15個監(jiān)測站的實測結(jié)果表明，污染物在頁巖地層系統(tǒng)中的溶質(zhì)運移受到地質(zhì)屬性、地下水流動方向、污染物物理化學特性、孔隙水流動速度等因素的影響。研究表明，當?shù)叵滤魉佥^慢且污染物的物化性質(zhì)相對穩(wěn)定時，污染物的持久化和從地下水系統(tǒng)中去除過程會變得更加緩慢；反之，則污染物的運移速度相對較快。

3.2污染物特性

污染物特性是影響污染物溶質(zhì)運移過程的因素之一。頁巖氣開采中，地下水中污染物主要包括有機物質(zhì)、重金屬和放射性元素等，這些污染物會在地下水中通過擴散、吸著、重力沉降等多種運移方式進行遷移。污染物的物理化學特性根據(jù)需要進行有選擇的監(jiān)測。比如揮發(fā)性有機化合物（VOCs）受到溫度等因素的影響，可以揮發(fā)出地下水而進入空氣，非揮發(fā)性有機化合物和水中金屬則容易被吸附在地下巖石和沉積物的顆粒表面，難以從地下水中移除。

3.3水化學特征

地下水的水化學特征是污染物溶質(zhì)運移的另一個重要因素。頁巖氣開采中地下水的水化學特征主要由水中主要離子濃度、pH值、電導率等指標來表現(xiàn)。地下水由于吸附、離子交換等作用可以形成復合物，如污染物化合物與地下水中有機物、金屬離子等形成非解離物等。運移中的污染物與背景水質(zhì)物質(zhì)之間的互動和協(xié)同作用，決定了運移過程的復雜性和難以預測性。

3.4環(huán)境因素

環(huán)境因素也是影響污染物溶質(zhì)運移的因素之一，包括溫度、pH、含氧量、有機物質(zhì)量比、流速等環(huán)境因素。這些因素可以影響污染物的生物有效性、質(zhì)量穩(wěn)定性和污染程度，同時也會影響流體介質(zhì)的物理化學狀態(tài)、微生物生長等。研究表明，隨著pH值或溶解氧濃度的升高、流速的加快等因素，頁巖氣開采中的污染物溶質(zhì)運移速度相應(yīng)地加快。

4.環(huán)境管理

為了保護地下水資源及其生態(tài)環(huán)境不受污染，頁面氣開采工程必須加強環(huán)境管理。首先，應(yīng)依據(jù)地下水水文地質(zhì)條件和污染物運移規(guī)律進行定位和監(jiān)視，通過人工降雨、灌溉等方式補充地下水資源，切實維護入水河道、沼澤和湖泊的水量和能量平衡。其次，應(yīng)建立流體質(zhì)量監(jiān)測體系，實時監(jiān)測開采過程中排放的廢水，對廢水進行處理后直接排放或注入深井。此外，應(yīng)遵循以防為主的原則，采用雨水過濾、環(huán)境載體抽樣等技術(shù)，提高環(huán)境風險監(jiān)測的準確性和及時性。

5.結(jié)論

通過綜述現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，頁巖氣開采對地下水環(huán)境帶來了潛在的影響，主要表現(xiàn)在地下水位下降、有機物污染和難治性污染問題。

在污染物溶質(zhì)運移方面，受到水文地質(zhì)條件、污染物特性、水化學特征、環(huán)境因素等多方面因素的影響。為了降低環(huán)境風險，有必要加強對地下水環(huán)境的監(jiān)測和管理，減少潛在污染風。此外，由于頁巖氣開采是一項長期、復雜的工程，環(huán)境管理必須持續(xù)進行，定期進行環(huán)境風險評估和監(jiān)測調(diào)查。同時，需要加強技術(shù)研發(fā)，開發(fā)出更加環(huán)保、高效的開采技術(shù)和廢水處理方法，將頁巖氣開采對地下水環(huán)境的影響降到最低。只有在環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展之間取得平衡，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。另外，除了環(huán)境問題，頁巖氣開采還面臨著一些道德和社會問題。首先，許多地區(qū)的頁巖氣儲層存在于私人土地上，開采操作可能會影響到當?shù)鼐用竦呢敭a(chǎn)權(quán)和安全。一些人擔心其土地價值的下降，同時還有人擔心開采過程中可能會導致爆炸、火災(zāi)等意外事故。其次，頁巖氣開采會造成空氣和噪音污染，影響當?shù)鼐用竦慕】岛蜕钯|(zhì)量。最后，頁巖氣開采還可能引發(fā)地震，給當?shù)鼐用駧聿槐匾娘L險。

為了解決這些道德和社會問題，需要建立完善的社會風險評估機制，確保開采過程中人員和環(huán)境的安全。同時，政府需要制定相關(guān)法律法規(guī)，明確企業(yè)在開采中必須遵守的規(guī)定和責任，同時對違規(guī)企業(yè)進行懲罰和監(jiān)督。此外，政府還應(yīng)該加強與當?shù)鼐用竦慕涣骱蜏贤?，聽取當?shù)鼐用竦囊庖姾托枨?，在制定開采方案時充分考慮他們的利益和權(quán)益。

總之，頁巖氣開采具有重要的經(jīng)濟和戰(zhàn)略意義，但也面臨著一系列的環(huán)境、道德和社會問題。在開展頁巖氣開采的同時，必須堅持環(huán)保、安全、科技創(chuàng)新和社會責任的原則，確保頁巖氣開采能夠為經(jīng)濟和社會發(fā)展做出貢獻，同時也能夠保護環(huán)境和社會公正。此外，還有人擔心頁巖氣開采會促進化石燃料的使用，對環(huán)境產(chǎn)生更多負面影響。這一問題的解決需要全社會的共同努力，轉(zhuǎn)型為更加環(huán)保、可持續(xù)的能源形式，并逐步減少對化石燃料的依賴。當然，頁巖氣作為一種相對清潔的化石燃料，仍然具有一定的應(yīng)用前景，但不應(yīng)過度依賴，并在轉(zhuǎn)型過程中積極推進清潔能源的發(fā)展。

同時，頁巖氣開采還需要克服技術(shù)、成本等方面的挑戰(zhàn)。比如，頁巖氣開采過程中需要大量的水和化學品，同時還需要公路建設(shè)、孔洞修建等基礎(chǔ)設(shè)施，這些均需要大量的資金和技術(shù)投入。另外，頁巖氣產(chǎn)量的變動和市場價格的波動也可能帶來一定的投資風險。因此，在開展頁巖氣開采的同時，需要制定長遠的投資和發(fā)展規(guī)劃，并充分評估風險，做好各種應(yīng)對措施。

總之，頁巖氣開采是一個技術(shù)、經(jīng)濟和政策的復雜問題，需要各方面的共同努力。在保護環(huán)境的前提下，發(fā)展頁巖氣產(chǎn)業(yè)可以為經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，同時也可以促進能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。我們需要審慎地權(quán)衡各種因素，探索合適的發(fā)展路徑，推動頁巖氣開采和可持續(xù)能源的發(fā)展相協(xié)調(diào)、相互促進。除了上文提到的挑戰(zhàn)之外，頁巖氣開采還可能帶來社會和地方政府的反對。一些地方居民可能擔心頁巖氣開采會對當?shù)氐沫h(huán)境和健康帶來負面影響。同時，由于開采需要大量的水和化學品，可能會對當?shù)氐乃Y源造成影響。這些擔憂需要得到充分的重視和解決。政府、企業(yè)和公眾需要在共同參與和協(xié)作中，找到平衡發(fā)展和環(huán)境保護的方式。其中，注重透明和信息公開，加強社會和公眾參與和監(jiān)督機制，是解決社會反對問題的關(guān)鍵。

此外，全球能源市場的變化和不確定性也給頁巖氣產(chǎn)業(yè)帶來了一定的壓力。近年來，由于油價下跌、疫情等因素，頁巖氣市場需求、價格等方面都受到較大影響，給頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來很大挑戰(zhàn)。因此，為了保證頁巖氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要加強國際合作，促進全球能源市場的穩(wěn)定和跨國合作，開展多樣化的能源供應(yīng)和需求，讓各種能源得到充分應(yīng)用，從而保持市場穩(wěn)定和均衡。

最后，值得指出的是，頁巖氣開采需要更加嚴格的環(huán)境、安全和監(jiān)管標準。為了保護環(huán)境和人民生命財產(chǎn)安全，政府需要制定更加嚴格的監(jiān)管和安全標準，并保證其有效執(zhí)行。同時，企業(yè)需要承擔更強的社會責任和環(huán)境保護義務(wù)，加強技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，開展生產(chǎn)和運營的安全保障與環(huán)境保護措施，例如少用水、少排放、固廢處理等環(huán)保措施，從而保持行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。更加經(jīng)濟、環(huán)保、安全的頁巖氣開采模式，需要政府與企業(yè)之間的緊密合作，包括各種配套政策、技術(shù)研發(fā)、資金投入等多方面的措施。

總之，頁巖氣開采作為一種重要的經(jīng)濟能源，具有良好的市場前景和發(fā)展?jié)摿?，同時也面臨諸多挑戰(zhàn)和風險。為了推動頁巖氣產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，需要各方面的共同努力，采取合適的發(fā)展策略，加強監(jiān)管和技術(shù)創(chuàng)新，加大投入并降低成本，促進頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)。只有確保頁巖氣開采的安全、環(huán)保和可持續(xù)性，才能真正實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展目標，為人類走向更加美好的未來，貢獻自己的力量。此外，頁巖氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展還需要關(guān)注社會和經(jīng)濟影響。在頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，政府和企業(yè)需要關(guān)注社會和經(jīng)濟影響，包括就業(yè)、稅收和經(jīng)濟增長等方面。頁巖氣開采能夠提供大量的就業(yè)機會，為當?shù)鼐用駝?chuàng)造經(jīng)濟利益。在很多地區(qū)，頁巖氣開采已經(jīng)成為一種重要的經(jīng)濟支柱，為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展做出了貢獻。

同時，頁巖氣開采還能帶動當?shù)囟愂盏脑黾?，增加政府的財政收入。這些收入可以用于改善當?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)、教育和健康等方面，從而提高當?shù)鼐用竦纳钏?。此外，頁巖氣開采還可以促進當?shù)亟?jīng)濟的增長，為當?shù)仄髽I(yè)和商家提供更多的商機和市場。

然而，要實現(xiàn)頁巖氣開采的可持續(xù)發(fā)展還需要解決一些問題。首先，頁巖氣開采會對當?shù)丨h(huán)境造成一定的影響，如水資源的消耗、土地使用沖突等等。因此，政府和企業(yè)需要采取一些措施來降低對環(huán)境的影響。其次，頁巖氣開采對當?shù)厣鐓^(qū)的影響也需要關(guān)注，包括噪音、交通和社會文化沖擊等問題。政府和企業(yè)需要與當?shù)厣鐓^(qū)密切合作，聽取他們的意見和建議，共同探討解決方案。

總的來說，頁巖氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要考慮到多方面的影響，包括環(huán)境、社會、經(jīng)濟等方面。政府和企業(yè)需要密切合作，采取一系列措施，以確保頁巖氣開采的安全、環(huán)保和可持續(xù)性，同時平衡好經(jīng)濟和環(huán)境的關(guān)系。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，真正為社會做出貢獻。另外，頁巖氣開采還需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)，確保開采過程的合法性和合規(guī)性。政府需要加強監(jiān)管，加強安全檢查和環(huán)境保護，防止不良企業(yè)的不當行為。企業(yè)也需要自覺遵守法律法規(guī)，加強安全管理和環(huán)境保護，落實企業(yè)社會責任，促進可持續(xù)發(fā)展。

此外，頁巖氣開采還需要加強技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。技術(shù)創(chuàng)新可以降低開采成本，提高開采效率，同時減少對環(huán)境和社會的影響。目前，頁巖氣開采技術(shù)已經(jīng)不斷發(fā)展和完善，比如采用更為環(huán)保的水力壓裂技術(shù)，提高采集效率和減少對水資源的消耗等等。政府可以加大對頁巖氣開采技術(shù)的支持和投資，推動技術(shù)進步和創(chuàng)新。

最后，頁巖氣開采還需要加強國際合作和交流。各國可以分享經(jīng)驗和技術(shù)，共同探討解決方案，加強資源合作和環(huán)境保護，同時推動全球能源的可持續(xù)發(fā)展。對于發(fā)展中國家而言，頁巖氣開采可以成為一種重要的能源來源和經(jīng)濟支柱，同時也可以促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和改善居民生活水平。

綜上所述，頁巖氣開采在為經(jīng)濟發(fā)展和能