黔西南煤區(qū)巖溶地下河污染調(diào)查方法探析

張　恒

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

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黔西南煤區(qū)巖溶地下河污染調(diào)查方法探析

張恒

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

黔西南地區(qū)巖溶分布面積廣，地下水與地表水轉(zhuǎn)換頻繁，巖溶環(huán)境極其脆弱性，地下水保護程度低。區(qū)內(nèi)煤企廣布，排污現(xiàn)象普遍，污染問題嚴重，引起的社會關(guān)注度高。在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了黔西南煤區(qū)巖溶污染的調(diào)查方法，尤其是地下河的污染調(diào)查，為類似區(qū)域的污染調(diào)查、污染責(zé)任認定等工作提供了參考。

煤區(qū)；地下河；污染源調(diào)查

黔西南地區(qū)煤炭資源豐富，以儲量大、品種全、質(zhì)量優(yōu)、易開采等特點著稱，尤其是境內(nèi)的盤縣，現(xiàn)已探明儲量105億 t，遠景儲量380億 t，儲量分別占全市、全省的60%和15%，是貴州省的重點產(chǎn)煤縣和“黔電送粵”重要電源點，被譽為“煤電之都”。

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的快速發(fā)展，污染也日益嚴重。巖溶介質(zhì)的非均勻性，使得地下水賦存、運移也極不均勻。包氣帶中落水洞、漏斗、溶縫等發(fā)育，使地下水直接與地面和大氣相通，因此巖溶含水系統(tǒng)抗污染能力差，巖溶水資源環(huán)境十分脆弱，極易遭受污染。本文以黔西南某典型巖溶區(qū)污染調(diào)查工作為基礎(chǔ)，總結(jié)了煤區(qū)巖溶污染特征以及污染調(diào)查方法，為污染責(zé)任主體的判定以及污染防治工作的開展提供了技術(shù)參考。

1　研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚子準地臺黔北臺隆六盤水?dāng)嘞萜瞻残?gòu)造變形區(qū)。蓮花狀構(gòu)造、北北東向(新華夏系)構(gòu)造以及北東向(華夏系)構(gòu)造等三大構(gòu)造體系奠定了研究區(qū)構(gòu)造的基本輪廓。

研究區(qū)出露地層從石炭系至第四系均有出露，碳酸鹽巖在石炭系、二疊系、三疊系均有分布。晚二疊世龍?zhí)督M和長興組為主要賦煤地層，形成于陸相-海陸過渡相沉積環(huán)境。龍?zhí)督M厚度為150～800 m，埋深一般在250～1 500 m之間。煤層厚度為薄至中厚，可采煤層層數(shù)多，分布廣[1]。

2　污染特征

2.1污染物特征

根據(jù)研究區(qū)取樣分析，主要污染指標為懸浮物，沒有特殊的離子型污染物，污染主要表現(xiàn)為人體感官性差，污染水體呈灰色或黑色。污染物樣品浸出試驗顯示氟的相關(guān)性較高，據(jù)資料分析，西南地區(qū)龍?zhí)督M煤含氟量較高可能與峨眉山玄武巖噴發(fā)時曾向大氣排出大量含氟氣體和富氟火山灰有關(guān)，它們或以氣態(tài)成為煤植物吸收富集，或者以固態(tài)與植物殘體同時沉積于成煤沼澤[3]。

2.2污染模式

研究區(qū)內(nèi)煤企眾多，主要有煤礦及洗煤廠，附屬的堆場更是遍布全區(qū)。這些企業(yè)及堆場多不同程度地對區(qū)內(nèi)環(huán)境造成了影響。根據(jù)納污空間的不同，將區(qū)內(nèi)污染按地表水體污染、包氣帶污染以及地下水污染三種基本模式進行分類(圖1)。各污染模式有其獨有特征，又相互聯(lián)系，密不可分。

2.3污染特性

地下河污染以巖溶管道為載體，巖溶水動力條件及邊界條件復(fù)雜，滲漏途徑長而復(fù)雜，受管道形態(tài)及地下水補給、徑流作用影響，呈現(xiàn)出較為明顯的滯后性和周期性。

圖1　污染模式示意圖

2.3.1污染的滯后性

污染物由地表進入巖溶管道后流速驟降，加之巖溶管道曲折、坑洼，相當(dāng)于分布多級天然沉淀池，污水極易沉積于管道底部。因此，排污初期污水排泄至暗河出口時，水中懸浮物含量低、濁度小，與未污染河水感官差異不大。但經(jīng)長期排污，污染沉積物已基本填平巖溶管道底部并延伸至出口，此時管道底部平坦，污染物沉積條件不足，在降雨作用下，含有大量污染物的水體排出地表，污染由量變積累成質(zhì)變，表現(xiàn)出較為明顯的水體發(fā)黑現(xiàn)象。

2.3.2污染的周期性

降雨入滲使地下水徑流擾動作用加強，對污染的影響作用較大，管道中沉積的煤顆粒受地下水徑流強度影響，呈周期性沉降與再懸浮，導(dǎo)致污染表現(xiàn)的周期性。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)氣象條件，每年5～10月為雨季，占全年降雨量80%以上，而降雨量最集中的是6～8月，降雨量占全年的降雨量的50%以上，12月至次年3月為枯季，僅占年降雨量的5.0%左右?？紤]到降雨入滲的滯后性及管道沉積煤粒的起動時間，區(qū)內(nèi)污染一般集中于每年的6～9月發(fā)生，其后隨降雨間斷發(fā)生。降雨轉(zhuǎn)為地下徑流后引起的擾動，因帶入地表徑流產(chǎn)生的泥土，致使出口水體最初感官表現(xiàn)為褐黃色，數(shù)小時后呈灰黑色。

3　調(diào)查與分析方法

3.1資料收集

包括前人進行的地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面工作成果資料、研究區(qū)氣象、水文資料，有關(guān)水質(zhì)、地下水開采利用資料，污染企業(yè)概況等。

3.2污染物相關(guān)性分析

主要通過以下三個方面，為污染物來源判定提供依據(jù)：

1)污染物化學(xué)成分檢測

選取地下水補給區(qū)內(nèi)污染物樣品及暗河出口沉渣進行化學(xué)成分檢測，對比并分析其相關(guān)性，為污染源判定提供數(shù)據(jù)支撐。

2)毒性浸出試驗

根據(jù)污染物化學(xué)成分對比結(jié)果，選取與泉口沉渣成分相關(guān)度較高的污染物進行毒性浸出試驗，查明污染物在水中浸出的化學(xué)成分及含量。

分析項目可包括但不限于《煤和煤矸石浸出試驗方法(MT/T 1016-2006)》中的測試項目：汞、砷、氟、銅、鎳、鋅、鉛、鎘和鉻。

3)水中有毒有害分檢測，檢測指標與毒性浸出試驗分析一致，測試結(jié)果與浸其對比，分析相關(guān)性。

3.3巖溶水文地質(zhì)調(diào)查

3.3.1巖溶形態(tài)調(diào)查

調(diào)查巖溶地貌形態(tài)的特點及空間分布，蓄水構(gòu)造、表層巖溶帶、地下巖溶管道、裂隙和洞穴的類型、結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征及分布規(guī)律，地下河系發(fā)育特征。

溶蝕洼地、漏斗、落水洞、豎井等巖溶形態(tài)的發(fā)育可以為推測其下部巖溶管道發(fā)育情況提供依據(jù)，同時也是污染的主要滲漏途徑。

3.3.2地下水系統(tǒng)劃分

地下水系統(tǒng)是指具有完整獨立的補給、徑流、排泄邊界和統(tǒng)一的水力聯(lián)系的地下水含水系統(tǒng)，由若干具有一定獨立性而又互相聯(lián)系、互相影響的不同等級的子系統(tǒng)或次級子系統(tǒng)所組成，每個地下水系統(tǒng)具有獨立的含水層系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、水循環(huán)系統(tǒng)、水動力系統(tǒng)、水文地球化學(xué)系統(tǒng)，有其相對獨立的特征和演變規(guī)律。

地下水系統(tǒng)劃分以巖溶地下水系統(tǒng)為主。非可溶巖地層或覆于可溶巖地層之上，或夾于其間，整體構(gòu)成了巖溶地下水系統(tǒng)的相對隔水邊界，但地表又發(fā)育有經(jīng)其流入巖溶區(qū)的水系，對巖溶地下水產(chǎn)生補給作用，故非可溶巖地層根據(jù)其出露特征，以地表分水嶺為界納入相鄰巖溶地下水系統(tǒng)，作為其補給區(qū)考慮。地下水系統(tǒng)劃分中，應(yīng)進行地下水資源量計算，反推地下河出口流量，以驗證系統(tǒng)劃分的合理性。

3.4地形分析

受構(gòu)造侵蝕作用影響，煤系地層出露高度或低于其下伏巖溶含水層，為提高調(diào)查工作效率，可預(yù)先對區(qū)內(nèi)地形進行分析，以有進入巖溶區(qū)條件的受納水體為調(diào)查方向，溯源查明其流域內(nèi)污染源分布情況。

3.5污染源排查

以地下水補給區(qū)為調(diào)查重點，主要調(diào)查對象為研究區(qū)內(nèi)的煤企及堆場等。煤企主要有煤礦、選煤廠(以濕法選煤為主的洗煤廠)。查明其平面分布位置和污水排放情況。在大氣降水及地表徑流作用下，分析其是否與巖溶管道存在水力聯(lián)系，從而確定污染源來源。

1)煤礦調(diào)查主要從以下四方面進行：(1)煤礦的位置及規(guī)模；(2)煤礦生產(chǎn)狀況(3)煤礦排污情況；(4)受納水體去向，沿途地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。

2)洗煤廠的調(diào)查主要從三個方面進行：(1)洗煤廠分布區(qū)域；(2)在產(chǎn)洗煤廠廢水產(chǎn)生量及污水處理設(shè)施配備情況；(3)廢水排放去向。

3)對于地表各種形式的污水池、坑、塘、庫等，調(diào)查其面積大小、容量、結(jié)構(gòu)、襯砌情況、投入使用的時間、設(shè)計運行年限、包氣帶厚度和巖性，污水種類成分，排污規(guī)律、排放量，池中水位的變化規(guī)律，目前滲漏情況等。

4)對于地表固體廢物的堆放地、地表填坑等，調(diào)查廢物的種類、成分、可溶性、廢物的堆放面積、廢物體積、表層土的巖性，填坑底是否有襯砌，埋藏的封閉程度，堆放填埋的時間，有無淋濾污染水體的跡象。

3.6水污染現(xiàn)狀調(diào)查

水污染現(xiàn)狀調(diào)查主要包括三個方面：污染源調(diào)查分析、地表水污染現(xiàn)狀調(diào)查和地下水污染現(xiàn)狀調(diào)查，這三個方面是相輔相成的。污染源是水體污染的根源，而地表水和地下水之間存在著一定的水力聯(lián)系。單獨分析其中的某一個問題，并不能完整地分析出水污染的內(nèi)在規(guī)律。地表水體的污染現(xiàn)狀調(diào)查可追溯污染源，彌補污染源排查遺漏。

3.7影像分析

通過影像分析，進行地表巖溶形態(tài)、污染源分布等的識別。

根據(jù)工作條件及成本投入等因素，可選擇遙感影像解譯或谷歌地球影像識別等多種形式，地表巖溶形態(tài)的識別只要是用于巖溶管道走向的推測判定；堆場等的污染源識別用于因資料收集或調(diào)查精度不足造成的污染源排查遺漏。

3.8地球物理勘探

在巖溶水文地質(zhì)調(diào)查及初步分析基礎(chǔ)上，于地下調(diào)查難以開展且暗河走向推斷較為可靠的區(qū)域進行地球物理勘探工作，了解地下巖溶發(fā)育情況、埋藏條件等。主要方法有：電剖面法、高密度電法、淺層地震、地質(zhì)雷達、激發(fā)激化法、音頻大地電場法、EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)、核磁共振、自然電場法、無線電波透視等方法。

對于物性前提不明的地區(qū)，在布置物探之前，應(yīng)先開展適量的有效性試驗工作[4]。

3.9水質(zhì)檢測

在調(diào)查分析確定的巖溶地下水系統(tǒng)內(nèi)，取水樣進行常規(guī)組分檢測和同位素分析，確定地下水補給來源，為地下水系統(tǒng)劃分提供數(shù)據(jù)支撐。

3.9.1常規(guī)組分檢測

包括鉀、鈉、鈣、鎂、硫酸鹽、氯化物、重碳酸鹽、pH值、溶解性總固體、總硬度、耗氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等。

3.9.2同位素分析

主要為氘、氧同位素。

3.10連通試驗

根據(jù)調(diào)查分析，在具備污染條件且與出口有連通可能的暗河入口區(qū)域開展連通試驗，目的是查明污染通道和暗河出口的連通性?？刹捎没瘜W(xué)示蹤試驗與物理連通試驗相結(jié)合的方式進行多點投源。

選擇的化學(xué)示蹤劑應(yīng)該是安全無毒,既能在自然界衰減消失,在試驗期內(nèi)又有足夠的穩(wěn)定性；既廉價易得,又有較高的檢測性；既溶于水又不改變地下水流性質(zhì)的物質(zhì)[7]。

示蹤劑主要有以下幾類:

1)化學(xué)染料示蹤類。熒光素、酸性大紅、龍膽紫等,方法簡便易行,效果較好。

2)固形漂浮物。石松孢子、酵母菌等，取樣與分析方法復(fù)雜，但效果較好。

3)放射性同位素類。氚(3H)、鉻(51Cr)、鋇(32Br)、碘(131I)等，分析方法復(fù)雜,但效果較好。

4)鉬酸銨[(NH4)6·MO7O24·4H]2O]。是我國研制出的一種新的示蹤劑,既適用于室內(nèi)，又適用于野外現(xiàn)場分析。

這些是目前水利水電工程中用得最多的示蹤劑原料，在巖溶介質(zhì)分類研究和滲漏通道的查找方面發(fā)揮了重要作用[8]。

物理方法主要是投入木屑、谷殼等遇水飽和后密度略小于的物質(zhì)，在出口處掛網(wǎng)攔截的方式確定管道連通性。

3.11污染源論證

在調(diào)查、檢測等工作成果基礎(chǔ)上，分析污染模式，論述污染途徑，以試驗結(jié)論為依據(jù)，有理有據(jù)逐個論述污染責(zé)任主體，預(yù)測污染發(fā)展趨勢，提出防治建議，編寫調(diào)查論證報告。

4　結(jié)語

經(jīng)工程實踐檢驗，在資料收集基礎(chǔ)上，采用多種工作手段，通過污染物相關(guān)性分析、巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、地形分析、污染源排查、水污染現(xiàn)狀調(diào)查、影像分析、地球物理勘探、水質(zhì)檢測等方法，進行的巖溶地下河污染調(diào)查工作，查明了研究區(qū)地下水污染源，厘清了責(zé)任主體，分析了污染趨勢，對污染防控工作決策提供了環(huán)境水文地質(zhì)依據(jù)，可推廣到類似地區(qū)污染源調(diào)查工作中。

[1]徐宏杰,桑樹勛,易同生,等.黔西地區(qū)煤層埋深與地應(yīng)力對其滲透性控制機制[J].

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[5]楊正剛.物探技術(shù)在城市地下巖溶涌泉管道探測的應(yīng)用研究[C].貴州省巖石力學(xué)與工程學(xué)會2012年學(xué)術(shù)年會. 2012.

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[10]段先前.貴陽大干溝地區(qū)巖溶地下水滲漏污染研究[D].貴州:貴州大學(xué)碩士論文.2006.

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Pollution Sources Survey in Karst Underground River in Coal-producing Regions Southwest of Guizhou

ZHANGHeng

(Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation, Chengdu 610072, China)

Karst is widespread in southwest of Guizhou where transformation between groundwater and surface water is frequent. The Karst environment is very fragile and groundwater protection is feeble in this region. Because of the contaminants discharged by the abundant coal mine enterprises, the environmental?pollution is extremely serious, which becomes a matter?of great?concern to the public. On the basis of field investigation and analysis, the methods of pollution sources survey especially in the underground river in southwest of Guizhou are summarized, which can provide reference to pollution investigation and?liability finds.

Coal field；underground river；pollution source investigation

2016-02-01

張恒(1977-)，男，甘肅甘谷人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)專業(yè)技術(shù)工作。

X523

B

1004-1184(2016)04-0093-03