公路建設(shè)對(duì)地下水水源地影響預(yù)測(cè)

謝先明，廖興良，王　淵

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì)，廣東 廣州 510510)

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公路建設(shè)對(duì)地下水水源地影響預(yù)測(cè)

謝先明，廖興良，王淵

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì)，廣東 廣州 510510)

通過地下水易污性評(píng)價(jià)及公路施工和運(yùn)營(yíng)期間對(duì)地下水水源地的影響預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公路施工及正常運(yùn)營(yíng)期間對(duì)水源地水質(zhì)和水量影響較小。事故條件下的影響程度取決于事故車輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類型、發(fā)生事故的嚴(yán)重程度及公路排水系統(tǒng)在暢通狀態(tài)等。預(yù)測(cè)結(jié)果為公路設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督以及水源地的保護(hù)與管理發(fā)揮技術(shù)指導(dǎo)作用，為政府相關(guān)部門決策提供參考依據(jù)。

公路；地下水水源地；影響預(yù)測(cè)

公路建設(shè)對(duì)區(qū)域交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大貢獻(xiàn)，但在施工和運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的不利影響也不容忽視[1]。地下水一般具有水質(zhì)好、更新慢、受污染不易恢復(fù)等特點(diǎn)。工程施工一旦對(duì)地下水產(chǎn)生影響，可能會(huì)引起不可逆轉(zhuǎn)的后果，故更應(yīng)該引起重視。

公路建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境影響主要包括三個(gè)方面[2]：一是隧道進(jìn)入含水層可能造成地下水流失，引起局部地下水含水層疏干、水位降低等水文地質(zhì)問題；二是危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車輛在事故狀態(tài)下泄漏化學(xué)物質(zhì)造成地下水環(huán)境污染；三是施工期人員和機(jī)械排污及運(yùn)營(yíng)期服務(wù)區(qū)污水排放等造成地下水水質(zhì)污染。

本文以某工程實(shí)例為基礎(chǔ)，采用定性和半定量的方法，對(duì)公路建設(shè)引起地下水水源地地質(zhì)環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)公路的設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督以及水源地的保護(hù)與管理提供參考依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

1.1地理位置

研究區(qū)位于珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)的東北部邊緣山區(qū)。

1.2地形地貌

研究區(qū)處于四面環(huán)山、北側(cè)開口的近口袋狀丘間谷地中，屬低山丘陵地貌，總體由南西往北東傾斜，高程為56.0～876.0 m，地形切割強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，水土及生態(tài)環(huán)境保持良好。

1.3氣象水文

研究區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫20.9℃，多年平均降雨量2 169.8 mm。

地表水系屬東江干流次級(jí)支流。區(qū)內(nèi)主要有三條山間小溪，其中兩條流經(jīng)水源地，匯流后往北東方向流出研究區(qū)。小溪上游居民稀少，無明顯污染源，水質(zhì)良好。

1.4研究區(qū)范圍

以水源地所在區(qū)域地表分水嶺為界，為相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。處于研究區(qū)內(nèi)的公路長(zhǎng)約3.0 km，研究區(qū)面積約13.0 km2。公路位于水源地西側(cè)的補(bǔ)給-徑流區(qū)，與水源地保護(hù)區(qū)邊界最近距離約為700.0 m。

1.5水源地概況

水源地為允許開采量約5 000 m3/d(C級(jí))的地下水備用水源地，目前未開采。

1.6公路概況

為設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h雙向六車道高速公路，路基寬34.5 m，自北往南增高穿過研究區(qū)。研究區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)有橋梁1座、涵洞12座、路塹7段和路堤若干段等四種不同構(gòu)筑物，無服務(wù)區(qū)和加油站。

2　水文地質(zhì)條件

2.1地層巖性

中泥盆統(tǒng)老虎頭組(D2l)砂巖、礫巖，分布于西部，傾向南東，傾角約45°。

上泥盆統(tǒng)天子嶺組(D3t)灰?guī)r，分布于中部，傾向南東，傾角約40°。

上泥盆統(tǒng)帽子峰組(D3m)砂巖、粉砂巖等，分布于中東部，傾向南東，傾角約50°。

下侏羅統(tǒng)藍(lán)唐群(J1ln)砂巖、粉砂巖，底部夾炭質(zhì)頁巖及煤層。分布于東北部。

沖洪積層(Q4)：分布于中部溝谷地帶，主要為粘性土及含卵礫石粘性土，或含粘性土卵礫石層，厚度2.0～8.0 m。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，經(jīng)歷多次構(gòu)造活動(dòng)改造。水源地主要發(fā)育北東向斷裂構(gòu)造F1和北西向構(gòu)造F2、F3。由于受北東向斷裂構(gòu)造影響，巖石裂隙發(fā)育，有利地下水的運(yùn)移與富集。

2.3水文地質(zhì)條件

地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水(巖溶水)等三大類。

水源地主要含水層為天子嶺組(D3t)砂巖、灰?guī)r及構(gòu)造裂隙中，屬帶狀(脈狀)構(gòu)造裂隙承壓含水層(帶)，呈北東南西向，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造方向一致。水源地水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，礦化度為0.4 g/L。地下水水位埋深年變幅0.10～0.44 m，涌水量年變幅19.0～85.0 m3/d，水溫年變幅0.6℃～0.9℃，屬動(dòng)態(tài)穩(wěn)定型。

地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，總體由南西往北東徑流，大體與地表水系的流向相近。多以散片狀滲流和泉水的形式排泄。如出露于北東向斷裂構(gòu)造線附近的1號(hào)上升泉，枯季流量為3.32 L/s。

3　易污性評(píng)價(jià)

3.1評(píng)價(jià)體系

采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)及賦值

采用不規(guī)則多邊形網(wǎng)格單元?jiǎng)澐址ǎ瑢⒀芯繀^(qū)劃分為沖洪積和基巖分布區(qū)兩大單元。各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值見表1。

易污性指標(biāo)值計(jì)算由下式確定：

DRASTIC=5×D+4×R+3×A+2×S+T+5×I+3×C

3.3評(píng)價(jià)結(jié)果

計(jì)算得沖洪積分布區(qū)DRASTIC值為117，基巖區(qū)為94。表明研究區(qū)地下水易污性較低，具有較強(qiáng)的防污性能，有利于地下水資源的保護(hù)。

4　施工期對(duì)水源地的影響

4.1對(duì)水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)

4.1.1構(gòu)筑物施工方法

橋梁為1×20 m小箱梁結(jié)構(gòu)單跨中橋，墩臺(tái)采用鉆孔樁作為基礎(chǔ)，樁身大部分處于殘坡積及風(fēng)化基巖中，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r或砂巖，處于裂隙水含水層上部。

涵洞均采用鋼筋砼蓋板涵的結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)口形式為八字墻，出口形式為八字墻或直墻式。基礎(chǔ)采用機(jī)械開挖，人工修整及淺孔控制爆破施工法。涵臺(tái)基礎(chǔ)采用就地立?，F(xiàn)澆，混凝土采用砼拌合場(chǎng)集中拌制、混凝土攪拌運(yùn)送車運(yùn)輸、混凝土輸送泵泵送入模。鋼筋砼蓋板采用集中預(yù)制，汽車吊安裝蓋板。出入口端墻采用漿砌片石砌筑，砂漿拌合機(jī)拌制砂漿，人工手推車運(yùn)輸。涵洞處填土采用小型壓實(shí)機(jī)具水平分層、對(duì)稱壓實(shí)。

路塹段長(zhǎng)20.0～325.0 m，最大挖方高7.0～62.0 m，開挖巖性主要為粉質(zhì)粘土、風(fēng)化砂巖，局部夾灰?guī)r。主要以機(jī)械施工為主，局部輔以人工開挖及淺孔爆破方法施工。邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)為客土噴播及三維網(wǎng)植草，局部采用錨桿(索)格梁加固。

路堤段路堤施工方法是先清除地表松散土、腐殖土和覆蓋土，直接填筑在天然地面上或開挖臺(tái)階，然后采用填土填筑，最大填土高為25.5 m。

該段路面設(shè)計(jì)為混凝土，采用集中場(chǎng)地拌制、汽車運(yùn)輸?shù)确绞绞┕ぁ?/p>

4.1.2對(duì)水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)

1)正常工況下

橋梁、涵洞、路塹和路堤施工過程中可能影響水源地水質(zhì)的主要是施工過程中的各種廢棄物、施工泥漿、機(jī)械故障產(chǎn)生的泄漏油污、爆炸物殘留物、養(yǎng)護(hù)廢水等。堆積的廢棄物主要為建筑材料，施工結(jié)束可清場(chǎng)處理；施工泥漿采用風(fēng)化土造漿，滲透性較小，可能會(huì)封堵部分裂隙；而油污及爆炸物含量一般很低，一般只在機(jī)械發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量油污，易吸附于粘性土中，可與廢泥、廢漿混合后外運(yùn)。

綜上所述，正常工況下施工對(duì)水源地水質(zhì)影響較小。

2)不利工況下

在暴雨、廢渣未及時(shí)清運(yùn)、運(yùn)輸拋灑等不利工況下，施工產(chǎn)生的廢水可能會(huì)隨地表徑流下滲進(jìn)入含水層，但因工程量小，產(chǎn)生的廢水量少，經(jīng)過長(zhǎng)距離運(yùn)移后，已被稀釋。

路塹施工由于挖方段沒有大的斷層破碎帶經(jīng)過，開挖部分主要為巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育地帶，往深部裂隙逐漸閉合，滲透性變差，受影響范圍僅限于開挖的地段。

綜上所述，不利工況下對(duì)水源地水質(zhì)影響較小。

表1　評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值表

4.2對(duì)水量的影響

橋梁、涵洞、路面施工過程無需抽排地下水，底板巖層基本保持原始狀態(tài)，地下水補(bǔ)給徑流條件沒有明顯改變。高邊坡施工可能造成補(bǔ)給區(qū)局部地段的地下水位下降，水力梯度減小，地下水滲流速度減緩，不利于地下水的補(bǔ)給。但相對(duì)于水源地補(bǔ)給區(qū)范圍而言，施工面積小，影響范圍僅限于路塹開挖地段，不會(huì)對(duì)區(qū)域地下水的補(bǔ)給造成明顯影響。路堤回填可能影響局部地段的降雨入滲補(bǔ)給量，淺部地下水的補(bǔ)給受到一定限制，對(duì)深層地下水影響較小。

橋梁上部結(jié)構(gòu)及涵洞蓋板均為預(yù)制件，預(yù)制場(chǎng)所不在研究區(qū)范圍內(nèi)。因此，預(yù)制件制作施工對(duì)地下水水量不會(huì)產(chǎn)生影響。

綜上所述，公路施工對(duì)水源地水量影響甚微。

5　運(yùn)營(yíng)期對(duì)水源地的影響

5.1正常運(yùn)營(yíng)期的影響預(yù)測(cè)

5.1.1對(duì)水質(zhì)的影響

研究認(rèn)為[3-9]，公路路面徑流中的污染物主要有SS、COD、重金屬、P、N 營(yíng)養(yǎng)物，油脂、PAHs等，主要來源于車輛輪胎與路面摩擦脫落的橡膠屑、筑路材料磨損顆粒、大氣降塵、汽車尾氣、車輛滴漏等。路面徑流的污染負(fù)荷主要集中于降水初期，隨著降雨量的增加，污染物濃度將迅速衰減。污染物的濃度隨著降雨?duì)顩r及路面污染物累積狀況的不同而隨機(jī)變化。

研究區(qū)的公路設(shè)計(jì)縱坡約為0.8%，路面標(biāo)高自北往南增高，路面徑流將通過排水溝等導(dǎo)排出研究區(qū)。少量污染物隨降雨濺溢到排水溝外，隨地表水流入滲補(bǔ)給地下水。因研究區(qū)風(fēng)化土層厚度較大，具有較好的隔污性能，污染物下滲過程中，大多被粘土吸附，實(shí)際到達(dá)含水層的污染物濃度較低。因此，高速公路正常運(yùn)營(yíng)對(duì)水源地的水質(zhì)不會(huì)有明顯的影響。

5.1.2對(duì)水量的影響

研究區(qū)公路段運(yùn)營(yíng)期間除生態(tài)用水外，無其它用水要求，無需抽取地下水。公路建成后，路基寬約34.5 m，占地面積較小，僅局部地段對(duì)淺部地下水降雨入滲補(bǔ)給量產(chǎn)生影響，深層地下水的入滲補(bǔ)給不會(huì)受到影響，地下水補(bǔ)給來源、水力坡度等總體保持現(xiàn)狀，地下水水量沒有明顯變化。因此，公路在正常運(yùn)營(yíng)期間對(duì)水源地水量影響輕微。

5.2事故條件下的影響預(yù)測(cè)

5.2.1對(duì)水質(zhì)的影響

假設(shè)研究區(qū)路段發(fā)生化學(xué)品運(yùn)輸車交通事故，為稀釋化學(xué)品，將需要大量用水沖洗，大部分沖洗液將形成路面徑流匯入公路邊溝并經(jīng)排水溝排出研究區(qū)，少量沖洗液可能濺出并隨水流進(jìn)入附近的地表水體，部分直接下滲進(jìn)入含水層，部分隨地表水徑流，不斷下滲補(bǔ)給地下水。根據(jù)本區(qū)的地層巖性和水文地質(zhì)條件分析，淺部地下水含水層水質(zhì)影響程度比深層含水層嚴(yán)重。因此，事故如果發(fā)生，對(duì)區(qū)內(nèi)的地表水和地下水的水質(zhì)將造成一定影響,從而對(duì)水源地水質(zhì)存在污染的風(fēng)險(xiǎn)。

因該路段設(shè)計(jì)較為順直，路面坡度小，發(fā)生事故的幾率極小。且該路段距互通立交較近，若發(fā)生事故，可及時(shí)疏散至互通立交進(jìn)行應(yīng)急處置，降低對(duì)附近環(huán)境的影響。

綜上所述，事故條件下，對(duì)水源地水質(zhì)的影響取決于事故車輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類型、化學(xué)品是否泄漏、發(fā)生泄漏事故的嚴(yán)重程度以及公路排水系統(tǒng)的暢通狀態(tài)。

5.2.2對(duì)水量的影響

為應(yīng)急處置事故，有可能就近短時(shí)抽取河溝或山塘的地表水進(jìn)行稀釋，但事故處置不會(huì)開采地下水，故對(duì)水源地水量無影響。

6　結(jié)語

(1)研究區(qū)地下水易污性較低，防污性能較強(qiáng)，有利于地下水資源的保護(hù)。

(2)預(yù)測(cè)橋梁、涵洞、路塹、路堤和路面施工，對(duì)水源地的水質(zhì)和水量影響較小。在極端不利條件下，路塹和路堤施工對(duì)水源地的水質(zhì)可能會(huì)存在一定的影響。

(3)預(yù)測(cè)運(yùn)營(yíng)期對(duì)水源地水質(zhì)和水量影響均較小。事故條件下，對(duì)水源地水質(zhì)存在污染風(fēng)險(xiǎn)，其影響程度取決于事故車輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類型、化學(xué)品是否泄漏、發(fā)生泄漏事故的嚴(yán)重程度以及公路排水系統(tǒng)的暢通狀態(tài)；對(duì)水源地的水量無影響。

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2016-03-08

謝先明(1982-)，男，廣東韶關(guān)人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

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