鐵礦開采對地下水環(huán)境影響評價實證研究

王 瀅，劉光武

(1.中國環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004;2.中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島066004)

我國礦產(chǎn)資源豐富，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時，也導(dǎo)致礦區(qū)地下水資源量減少，地下水水質(zhì)惡化。我國的環(huán)境影響評價工作始于20世紀(jì)70年代，環(huán)境影響評價體系不斷完善，但對于地下水環(huán)境影響評價一直沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評價內(nèi)容。2011年6月1日《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則—地下水環(huán)境》的實施，為礦山開采項目對地下水環(huán)境影響提供了較為全面的評價內(nèi)容和要求。

1 建設(shè)項目概況

鐵礦項目位于河北省灤縣境內(nèi)，面積7.62 km2。鐵礦一期Ⅱ采場為露天開采、Ⅲ采場為地下開采，二期為露天開采，其余礦山均為地下開采。除一期Ⅲ采場地采外，其余礦山地采均采用空場采礦嗣后充填采礦法。尾礦庫位于選礦廠的東南側(cè)800 m，滿足服務(wù)年限的尾礦排放要求。礦坑涌水凈化后用作生產(chǎn)新水使用，不能利用部分輸送至臺商工業(yè)園進(jìn)行綜合利用。采礦工業(yè)場地及生活污水采用地埋式污水處理設(shè)施進(jìn)行處理，處理后回用于選廠循環(huán)水系統(tǒng)。

2 地下水環(huán)境影響評價工作等級的劃分

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ610－2011)分類判據(jù)，礦區(qū)屬于Ⅲ類項目。根據(jù)評價區(qū)水文地質(zhì)特征，包氣帶防污性能弱、建設(shè)項目場地的含水層不易污染、地下水環(huán)境敏感程度為不敏感、污水排放量小、污水水質(zhì)復(fù)雜程度簡單，確定地下水環(huán)境評價中的污染類型評價等級為三級;地下水供排水規(guī)模大，地下水水位變化范圍大、地下水環(huán)境不敏感、環(huán)境水文地質(zhì)問題弱，確定地下水環(huán)境評價中的非污染類型評價等級為二級。

3 評價區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

3.1 地形地貌

礦區(qū)位于燕山南麓山前傾斜平原，主要是第四紀(jì)上更新統(tǒng)沖積層，地勢北高南低，地形有利于地下水向南運(yùn)動，地表巖性有利于降水滲入補(bǔ)給。地面高程介于16.7～20.4 m之間。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)位于燕山皺褶帶山海關(guān)隆起之昌黎凸起的西南邊緣地帶。

3.3 地層巖性

礦區(qū)出露地層以前震旦系、震旦系和第四系為主。第四系地層大面積覆蓋，基巖露頭除在礦區(qū)東部和尚山 ～鐵石山一帶有較連續(xù)的分布外，其它均為零星出露。

3.4 含水層

區(qū)域內(nèi)有兩個主要含水層，第四系含水層組和基巖裂隙含水系統(tǒng)。第四系含水層組下部有粘土隔水層，使得第四系含水層與下部基巖裂隙含水系統(tǒng)不存在直接水力聯(lián)系。

3.5 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄

礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，由于年降水量多集中在6、7、8三個月，故地下水呈現(xiàn)周期性的補(bǔ)給。因本區(qū)東北部及西北部地形較高，中間及一級階地地形較低，故地下水流向在灤河以西為西北流向東南，灤河以東為東北流向西南?；咀裱筛叩降?，由基巖裂隙水向第四系孔隙水運(yùn)動的規(guī)律。地下水主要通過河、渠及人工取水、地面和液面蒸發(fā)，植物蒸騰等途徑進(jìn)行排泄。

3.6 地下水動態(tài)變化規(guī)律

地下水動態(tài)基本遵循雨季上升，雨季過后水位逐漸下降的規(guī)律，年變化幅度在2～3 m，與區(qū)域地下水動態(tài)變化基本一致。地下水動態(tài)變化規(guī)律見圖1。

圖1 地下水動態(tài)變化規(guī)律

4 地下水環(huán)境現(xiàn)狀評價

4.1 地下水環(huán)境現(xiàn)狀評價

為反映地下水質(zhì)狀況，項目布設(shè)了29個監(jiān)測點位，采用《導(dǎo)則》推薦單因子指數(shù)法進(jìn)行了現(xiàn)狀評價。評價結(jié)果表明，露天采場周邊4個監(jiān)測點水質(zhì)溶解性總固體、硝酸鹽、亞硝酸鹽3項出現(xiàn)超標(biāo)，其余10項指標(biāo)均滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)范圍在0～0.9，超標(biāo)原因主要是人為有機(jī)污染;尾礦庫周邊3個監(jiān)測點水質(zhì)氨氮、硝酸鹽2項出現(xiàn)超標(biāo)，其余11項指標(biāo)均滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)范圍在0～0.91，人和動物的排泄物及農(nóng)用化肥的流失，通過滲漏、雨水淋溶等途徑進(jìn)入地下水導(dǎo)致;其余22個監(jiān)測點各項指標(biāo)均滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。

4.2 水文地質(zhì)現(xiàn)狀分析

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有地下水水位降落漏斗等環(huán)境水文地質(zhì)問題。近30年，雖然第四系地下水位普遍下降2～9 m，旱季水位下降1～2 m，但民井沒有出現(xiàn)掉泵的問題。

4.3 基巖裂隙水現(xiàn)狀評價

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，基巖裂隙水10項指標(biāo)中，污染物除鐵超標(biāo)0.07倍外，其它各因子指標(biāo)均可滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，主要是由于鉆孔水質(zhì)受礦體影響所致。

5 地下水環(huán)境影響分析

5.1 礦井涌水抽排對地下水的影響分析

5.1.1 涌水量預(yù)測

式中:Q為地下水涌水量(m3/d);K為潛水含水層滲透系數(shù)(m/d);S為豎井水位降低值(m)M為含水層厚度(m);R0為引用影響半徑，m;R0=R+r0，R為影響半徑，R=10Sr0為引用半徑，m;采用不規(guī)則多邊形，a/b小于2～3，F(xiàn)為開采系統(tǒng)面積。

5.1.2 對區(qū)域地下水流場影響分析

由于礦區(qū)地下水接受降水補(bǔ)給的季節(jié)性變化，礦坑排水產(chǎn)生降落漏斗，其影響范圍內(nèi)地下水位、水量將發(fā)生變化，局部水文地質(zhì)環(huán)境將會受到影響。由于本項目位于一個相當(dāng)封閉的水文地質(zhì)單元中，本項目排水對區(qū)域水資源沒有較大的影響。

5.1.3 開采初期對含水層影響分析

采場所在區(qū)域第四系含水層由全新統(tǒng)砂礫石含水層和上更新統(tǒng)中細(xì)砂含水層組成，分布于采場的兩側(cè)。設(shè)計采用帷幕注漿堵水，堵水后，涌水量可減少90%，最終第四系地下水影響半徑約200 m。影響范圍見圖2。

圖2 開采初期對第四系含水層影響范圍

5.1.4 開采后期對含水層的影響分析

鐵礦開采不可避免會對基巖裂隙～巖溶承壓含水層造成一定程度的疏干影響，且隨著開采時間的延長，礦坑長年疏干排水將使基巖裂隙～巖溶含水層儲存水量逐漸減少，當(dāng)?shù)V坑涌水量超過地下水天然補(bǔ)給量時，基巖承壓水層地下水位就開始逐漸下降。但由于地下基巖裂隙～巖溶水滲透系數(shù)小，含水性和透水性相對較弱，采空區(qū)又能夠得到及時充填，因此，階段采空區(qū)的地下水位降深影響范圍會比較小，礦坑涌水量可基本維持一個相對穩(wěn)定的數(shù)量。

采場均會對基巖裂隙含水層產(chǎn)生影響，由于礦山距離較近，各影響范圍會有疊加影響，地下水涌水量會有減少，影響范圍也會縮小。影響范圍見圖3。

5.1.5 礦井涌水抽排對基巖含水層用水戶的影響分析

評價區(qū)內(nèi)礦山開采深度較深，礦山開采均會影響基巖含水層，且影響范圍較大。經(jīng)調(diào)查，影響范圍內(nèi)集中飲用水水井深度一般在100～150 m，最大井深150 m，主要采用基巖裂隙～巖溶水，礦山開發(fā)將對飲用水源井產(chǎn)生影響。經(jīng)計算水井水位降深2～5 m，但集中飲用水水井較深，地下水埋深淺，不會使水井出現(xiàn)掉泵現(xiàn)象。

圖3 開采后期對基巖含水層影響范圍

5.1.6 服務(wù)期滿后對地下水影響分析

礦山退役后，井下停止疏干排水，礦區(qū)范圍地下水位會逐漸上升。根據(jù)當(dāng)?shù)仄骄涤炅?、礦區(qū)徑流滲透條件和基巖裂隙側(cè)向補(bǔ)水量粗略估算，評價區(qū)域礦山退役后，大約在10年左右，基巖含水層地下水位可由疏干最低水位恢復(fù)到原有水平。

5.2 尾礦庫滲濾液對地下水的影響分析

5.2.1 淺層地下水水質(zhì)影響分析

根據(jù)鐵礦尾礦砂浸出毒性監(jiān)測結(jié)果，各指標(biāo)均滿足III類標(biāo)準(zhǔn)要求，對地下水水質(zhì)影響輕微;根據(jù)尾礦庫回水監(jiān)測數(shù)據(jù)，pH、色度均可滿足地下水III類標(biāo)準(zhǔn)要求，SS和石油類指標(biāo)地下水無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，COD濃度約為15.0 mg/L。項目尾礦滲漏水首先經(jīng)壓實的細(xì)尾砂過濾，再經(jīng)庫底土壤吸附降解，使得下滲水在進(jìn)入含水層時的COD濃度大大降低，進(jìn)入地下水后，與上游地下水進(jìn)一步混合、稀釋，污染物濃度還可得到進(jìn)一步降低，故本項目尾礦水滲漏對周圍淺層地下水影響很小，不會對周圍居民飲用水造成污染。

5.2.2 深層地下水水質(zhì)影響分析

評價區(qū)域第四系含水層底部均有厚度2～22 m的粉質(zhì)粘土、粉土或含淤泥質(zhì)粉土及殘破積層為隔水層，該層延展性較好，厚度較穩(wěn)定。通過水位觀測，兩層水之間基本沒有水力聯(lián)系，該層隔水性能良好。第四系與基巖水力聯(lián)系甚微。因此，深層地下水水質(zhì)基本生不受淺層水和地表水的影響。但礦井水的抽排將加速深層地下水的循環(huán)，導(dǎo)致部分巖層的礦物質(zhì)被剝蝕，使深層地下水的礦化度存在增加的傾向，從而可能導(dǎo)致深層地下水存在礦化度增大的趨勢。

5.3 廢石淋溶水影響分析

根據(jù)現(xiàn)狀資料，評價區(qū)鐵礦無放射性異常，根據(jù)廢石浸出毒性浸出試驗結(jié)果，廢石浸出液14項監(jiān)測因子均滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－93)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。廢石淋溶水滲漏對地下水水質(zhì)影響很小。

6 對策措施

6.1 采場東部邊幫防治水措施

采場東北部第四系沖洪積砂、砂礫卵石層孔隙潛水含水層透水性、富水性極強(qiáng)，若不進(jìn)行防治水處理，新河將作為定水頭補(bǔ)給水源，并以本段為涌水通道，向采場內(nèi)大量涌水。為保證采場邊坡穩(wěn)定，保護(hù)環(huán)境必須對該含水層進(jìn)行治理。設(shè)計在Ⅰ采場東北部采用高壓噴射帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行灌注防滲。幕線總長766.55 m，注漿孔88個，單排排列，平均孔深度27 m，主要封堵第四系砂礫卵石潛水含水層。預(yù)計可封堵90%滲水。

6.2 礦坑涌水處理利用措施

礦坑涌水中主要污染物為 SS，另有少量COD﹑石油類。礦坑涌水及收集的雨水送到采選工業(yè)場地沉淀池，經(jīng)沉淀處理，礦坑涌水水質(zhì)可滿足選礦用水水質(zhì)要求，作為選礦新水。評價建議富余礦坑涌水在區(qū)域綜合利用。將多余礦井涌水輸送至臺商工業(yè)園，使礦坑涌水利用率達(dá)到100%。

7 結(jié)語

(1)項目設(shè)計采用帷幕注漿堵水，涌水量可減少90%，開采初期對第四系地下水影響半徑約200 m;開采后期由于采場礦山距離較近，各影響范圍會有疊加影響，地下水涌水量會有減少，影響范圍也會縮小;礦山退役后，大約在10年左右，基巖含水層地下水位可由疏干最低水位恢復(fù)到原有水平。

(2)礦井涌水抽排對基巖含水層用水戶產(chǎn)生一定影響，水井水位降深2～5 m，但集中飲用水水井較深，地下水埋深淺，不會使水井出現(xiàn)掉泵現(xiàn)象。

(3)項目尾礦滲漏水經(jīng)壓實的細(xì)尾砂過濾，再經(jīng)庫底土壤吸附降解，對周圍淺層地下水影響很小;第四系與基巖水力聯(lián)系甚微，深層地下水水質(zhì)基本生不受淺層水和地表水的影響，但可能導(dǎo)致礦化度增大。

(4)提出地下水環(huán)境保護(hù)措施可有效保護(hù)礦區(qū)地下水環(huán)境。研究成果為有關(guān)部門進(jìn)行地下水環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

[1]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.HJ610－2011.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社.2011.

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