珙縣某危險廢物填埋場水文地質(zhì)特征研究

， ，

(1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610052；2.四川省安全科學技術(shù)研究院，四川 成都 610045)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，產(chǎn)生大量的城市生活垃圾、工業(yè)固體廢物和危險廢物等固體廢物。據(jù)統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示[1]，我國危險廢物的生產(chǎn)量從2001-2007年的1×107t左右迅速增加到2013年[2]的3.156×107t，其處置對經(jīng)濟發(fā)展的影響作用越來越明顯[3]。因為危險廢物性質(zhì)復雜，種類繁多，產(chǎn)生的滲濾液有多種難降解的有害成份[4]，對地表水、地下水、土壤和空氣等帶來的污染尤其突出，公眾對無害化管理和處置的重視程度極高。安全填埋具有成本低、操作便捷、處理量大等優(yōu)點，所以各地將陸續(xù)修建填埋場進行處置。

據(jù)統(tǒng)計，全國 60%的人口以地下水作為飲用水水源[5]。填埋場若管理不善，存在滲濾液滲透的可能性，隨著填埋場的不斷增多，地下水受滲濾液污染的風險也不斷升高。場址優(yōu)選過程中，水文地質(zhì)條件是最重要的因素的之一，直接影響到填埋場建設(shè)的成敗[6-7]；填埋場污染分級評價中，水文地質(zhì)條件是主要指標，一般情況下可占指標體系的半數(shù)之多[8-9]；垃圾滲濾液在自然和工程措施下的污染范圍，是在水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上建立地下水水流和溶質(zhì)耦合模型進行預測[10-11]；可見，在填埋場建設(shè)前對場地進行水文地質(zhì)調(diào)查評價，對地下水環(huán)境的保護與防治具有重要意義。

本文以珙縣某危險廢物填埋場為例，開展野外調(diào)查和試驗工作，通過前人成果和野外資料整理分析，初步建立了研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，對該區(qū)今后進一步進行污染水文地質(zhì)研究工作具有重要的指導意義。

1 研究區(qū)基本背景

研究區(qū)屬中亞熱帶濕潤季風氣候，主要特征是熱量豐富，雨量豐沛，四季分明，春暖早天氣多變，夏熱雨急多旱澇，秋涼綿雨降溫快，冬溫雨少常干旱。境內(nèi)年均溫17.9℃，年均降水量1 099 mm，雨量多集中在6～9月，年均相對濕度83%，全年平均總蒸發(fā)量1 095.2 mm(表 1和圖 1)。

表1 珙縣歷年平均氣候數(shù)據(jù)

圖1 珙縣歷年平均溫度與降雨量

研究區(qū)西北部區(qū)域水體經(jīng)過溪溝直接匯入巡場河；東南部通過溪溝在花灘鎮(zhèn)附近匯入渾水河，此后在保沱寺附近匯入巡場河(圖 2)。

圖2 研究區(qū)水系圖

研究區(qū)總體地勢為西南高、西北及東南低，主要由侵蝕堆積地貌和構(gòu)造剝蝕地貌組成。研究區(qū)位于花灘向斜南翼至軸部區(qū)域，區(qū)內(nèi)風化裂隙發(fā)育深度淺、數(shù)量多、網(wǎng)狀發(fā)育；構(gòu)造裂隙主要發(fā)育于砂巖、粉砂巖等硬質(zhì)巖內(nèi)。出露地層有侏羅系下統(tǒng)自流井組(J1z)、中統(tǒng)遂寧組(J2sn)、上沙溪廟組(J2s2)、下沙溪廟組(J2s1)、第四系沖洪積層(Q4al+pl)、坡洪積物(Q4pl+dl)、坡殘積層(Q4el+dl)等。圖 3為研究區(qū)水文地質(zhì)簡圖，圖4為典型水文地質(zhì)剖面圖。

2 含水巖組與隔水層

研究區(qū)內(nèi)含水巖組與隔水層基本與地層分布一致，可分為以下4類：

1) 第四系全新統(tǒng)含水巖組：主要分布在溪溝兩側(cè)和斜坡地帶，厚度在0～8 m間，巖性以卵礫石、砂、砂土為主，夾淤泥、粘土等，結(jié)構(gòu)松散，滲透性主要受粘土、淤泥等阻隔水層分布的影響。

2) 侏羅系沙溪廟組、自流井組砂巖夾泥巖含水巖組(J2s、J1z)：研究區(qū)分布廣泛，是主要含水巖組。巖性主要為紫紅色砂質(zhì)泥巖和紫灰色長石石英細砂巖及泥質(zhì)砂巖不等厚互層，一般是砂巖多于泥巖。風化層厚度受地形、地下水埋深和巖性等影響，厚度在20～30 m間，風化裂隙在泥巖內(nèi)大多呈密集網(wǎng)紋狀、縫隙細而窄、延伸數(shù)米，有垂直于層面的規(guī)律，砂巖內(nèi)裂縫呈張開狀態(tài)，寬約2～10 mm，延伸可達數(shù)十米。

3) 侏羅系遂寧組泥巖夾砂巖弱含水巖組(J2sn)：分布于研究區(qū)北東側(cè)，巖性為磚紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、長石石英砂巖、夾少量泥灰?guī)r。表層發(fā)育網(wǎng)狀風化裂隙、深部裂隙多閉合，強風化帶厚度多在8～10 m，泥質(zhì)粉細砂巖中裂隙寬約0.1～2 mm，延伸較遠，多為泥質(zhì)充填。

4) 隔水層：侏羅系中統(tǒng)遂寧組(J2sn)、上沙溪廟組(J2s2)和下沙溪廟組(J2s1)中深部連續(xù)分布的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等各類泥巖，往往只形成細小而分散的微小裂隙，遇水后形成淤泥質(zhì)。一般為風化帶孔隙-裂隙水的隔水底板，或是紅層承壓水的頂?shù)装濉?/p>

圖3 研究區(qū)水文地質(zhì)簡圖

圖4 典型水文地質(zhì)剖面圖

3 地下水類型

根據(jù)研究區(qū)地形、地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造和含水介質(zhì)性質(zhì)及其在空間展布特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為碎屑巖類孔隙-裂隙水和松散巖類孔隙水等2大類。

3.1 松散巖類孔隙水

3.1.1 第四系沖洪積物孔隙水

此類地下水主要分布于調(diào)查區(qū)東南側(cè)，沿區(qū)內(nèi)較大溪溝分布，地下水主要賦存于砂卵礫石及粘質(zhì)砂土中，厚度0～8 m。地下水埋深多在1.0～3.5 m間，單井涌水量約5 m3/d，地下水除能滿足人畜飲用外，還能用作家庭庭院經(jīng)濟建設(shè)，為水量較豐富區(qū)。

3.1.2 第四系坡洪積物孔隙水

此類地下水主要分布于項目區(qū)中部，沿區(qū)內(nèi)沖溝分布；地下水主要以井的形式揭露；含水層厚度約0～5 m；地下水埋深多在0.5～2.5 m間，單井涌水量約3 m3/d，僅能滿足人畜飲用，為水量貧乏區(qū)。

3.2 碎屑巖類孔隙-裂隙水

3.2.1 風化帶孔隙-裂隙水

風化帶孔隙-裂隙水廣泛分布于研究區(qū)區(qū)淺部，是研究區(qū)主要的地下水類型，也是該地區(qū)部分分散農(nóng)戶日常生活和生產(chǎn)用水的主要水源。主要分布地層為遂寧組(J2sn)，在沙溪廟組(J2s)和自流井組(J1z)也有少量分布。

該區(qū)風化帶厚度在4～30 m，一般未超過10 m。地下水的富集程度受地質(zhì)環(huán)境和地貌條件的控制，丘頂、谷坡地帶地形較陡，是地下水的入滲補給和徑流區(qū)，地下水循環(huán)交替強，水力坡度大，賦存條件差，不利于地下水儲存，富水性差。地形和緩的地區(qū)，網(wǎng)狀風化裂隙比較發(fā)育，風化帶保留較好，如坡腳、溝谷帶風化層厚度大，補給范圍大，地下水沿著谷坡向坡底溝谷區(qū)徑流、埋藏，因此，富水相對較好?？傮w來說，調(diào)查區(qū)內(nèi)風化帶孔隙-裂隙水較貧乏，單井涌水量一般小于5 m3/d。

3.2.2 構(gòu)造裂隙水

主要分布于研究區(qū)南西側(cè)沙溪廟組(J2s)和自流井組(J1z)出露區(qū)域，由于地形切割的影響，不具備連續(xù)大面積分布的特點，貯存層間承壓水的條件已經(jīng)被破壞，故僅賦存有構(gòu)造裂隙水。據(jù)調(diào)查訪問和收集資料分析，單井涌水量多在5～10 m3/d，屬于水量相對豐富區(qū)。

3.2.3 紅層承壓水

沙溪廟組(J2s)和自流井組(J1z)巖性相似，主要為泥巖與砂巖的不等厚互層。砂巖以沙溪廟組最發(fā)育，成層厚而夾層多。分布于整個調(diào)查區(qū)內(nèi)的深部，構(gòu)成東西向的花灘向斜的兩翼，形成紅層丘陵及低山區(qū)?，F(xiàn)場調(diào)查未發(fā)現(xiàn)地表出露點，這類地下水主要由機井揭露。

單井涌水量多在20 m3/d，屬于水量較豐富區(qū)。由于紅層承壓水的埋藏與分布具有一定的不均勻性，在其內(nèi)部也存在相對較富和相對貧乏區(qū)，影響因素是較小范圍內(nèi)巖性、構(gòu)造、地貌和植被等情況的差異。

4 地下水運動特征

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水主要的補給來源，水稻種植期的水田水、溪流溝水、水塘也是區(qū)內(nèi)地下水的另一補給來源。

在緩坡、平壩及溝谷地區(qū)，包氣帶中分布的粉質(zhì)粘土層滲透性弱，受其阻隔，地下水接受補給條件較差。孔隙-裂隙水主要在丘頂接受補給，在丘坡由高處向低處運移形成徑流區(qū)，溝谷、斜坡帶和稻田底部為地下水的埋藏徑流與排泄區(qū)，其總體特點是就近補給就近排泄，水量一般較小，其動態(tài)隨降雨變化十分明顯。

構(gòu)造裂隙水在接受降水補給，地下水下滲后逐漸集中到含水層與下部隔水層的層間裂隙中繼續(xù)運移，并在由溪溝切割形成的溝底、斜坡帶出露或巖性接觸帶出露。這類地下水的水量變化仍然較大，但當補給區(qū)面積大時，可終年不干，其動態(tài)仍隨降雨而變化。

受花灘向斜的影響，沙溪廟組(J2s)和自流井組(J1z)構(gòu)成自流盆地，充滿裂隙的地下水在靜水壓力下向深部運移，在研究區(qū)內(nèi)被人工機井揭露，該類地下水量穩(wěn)定，水位動態(tài)受降雨影響較小。

5 水文地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)地形、地質(zhì)、水文、水文地質(zhì)邊界、埋藏特征和填埋場位置關(guān)系等[12]，總共劃分了10個水文地質(zhì)分區(qū)；根據(jù)場地位置關(guān)系和埋藏特征，分為I、II和III等3個一級分區(qū)，根據(jù)地表分水嶺特征又進一步細分二級分區(qū)，各分區(qū)基本信息見表2，各分區(qū)位置關(guān)系見圖 5。

I1區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水補給，形成地表水流和地下水徑流，經(jīng)過填埋場后向下游排泄；I2、I3和I4等3個水文地質(zhì)分區(qū)的地下水的補給區(qū)域與項目紅線影響，排泄區(qū)位于下游側(cè)溪溝；II1～5等5個分區(qū)位于項目區(qū)下游，該類水文地質(zhì)分區(qū)的徑流區(qū)和排泄區(qū)屬于I分區(qū)的排泄區(qū)，地下水的水質(zhì)、水量受I分區(qū)影響；III分區(qū)天然地質(zhì)環(huán)境下與I、II分區(qū)屬于隔離狀態(tài)，但近年來為改善農(nóng)村居民生活條件，建設(shè)多處約70m深的飲用水井，這些機井連通了表層的風化帶裂隙水、構(gòu)造裂隙水、第四系松散堆積物孔隙水和深部的紅層承壓水，I、II水文地質(zhì)分區(qū)可成為III分區(qū)的補給區(qū)，進而影響III分區(qū)地下水的水質(zhì)與水量。

圖5 水文地質(zhì)分區(qū)圖

6 入滲特征

在填埋場場址區(qū)內(nèi)選取2處試驗點，使用雙環(huán)法進行滲水試驗。采用下式計算包氣帶滲透系數(shù)：

(1)

式中：K為滲透系數(shù)(m/d)；Q為穩(wěn)定的滲入水量(m3/d)；F為試坑(內(nèi)環(huán))滲水面積(m)，內(nèi)環(huán)滲水面積0.049 m2；Z為試坑(內(nèi)環(huán))中水層厚度(m)，0.1 m；H＇k為毛細壓力(一般等于毛細上升高度的一半)(m)；l為試驗結(jié)束時水的滲入深度(m)。

研究區(qū)包氣帶粉質(zhì)粘土滲水試驗結(jié)果見表 3及圖 6。可見粉質(zhì)粘土層的滲透系數(shù)為0.011～0.013 m/d，滲透性等級為弱透水，防污能力較好。

表3 試坑滲水試驗成果表

表2 水文地質(zhì)分區(qū)一覽表

圖6 試坑滲水速度歷時曲線

7 結(jié)語

(1)研究區(qū)地下水類型可劃分為碎屑巖類孔隙-裂隙水和松散巖類孔隙水等2大類。主要來源是大氣降水的補給，其次有水田水、溪流溝水、水塘。松散巖類孔隙水、風化帶孔隙-裂隙水和構(gòu)造裂隙水具有就近補給就近排泄的特點，地下水動態(tài)隨降雨變化明顯，水量一般較少至中等，少量匯水面積較大的構(gòu)造裂隙水水量較大，一般在由溪溝切割形成的溝底、斜坡帶出露或巖性接觸帶出露排泄，或以地下水徑流方式排泄；紅層承壓水在靜水壓力作用下向深部運動，研究區(qū)內(nèi)通過機井揭露排泄，水量較豐富。

(2)水文地質(zhì)I分區(qū)是填埋場場址區(qū)內(nèi)地下水形成、徑流的區(qū)域，地下水質(zhì)量直接遭受滲濾液泄漏的威脅，地下水向下游區(qū)域排泄；II區(qū)水質(zhì)水量均受填埋場建設(shè)的威脅；III區(qū)通過機井與I、II區(qū)連通，間接受威脅。

(3)通過雙環(huán)試坑滲水試驗，場址區(qū)粉質(zhì)粘土層的滲透系數(shù)為0.011～0.013 m/d，滲透性等級為弱透水，防污能力較好。