巖溶含水層/弱透水層分布區(qū)某擬建化工項(xiàng)目地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析

安雙財(cái)

摘要：在我國(guó)西南基巖山區(qū)存在許多巖溶含水層-裂隙弱透水層交替分布區(qū)，這些地區(qū)巖溶含水層巖溶較為發(fā)育，而裂隙弱透水層隔水性相對(duì)較好，因此，開展這類基巖山區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)巖溶含水層水源保護(hù)及項(xiàng)目選址具有重要指導(dǎo)意義。本文以云南富源縣某擬建化工項(xiàng)目為例，通過(guò)污染項(xiàng)目對(duì)其下伏及周邊含水層的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為基巖山區(qū)此類項(xiàng)目選址提供參考。

Abstract： There are many alternating distribution of karst aquifer and fissure aquitard in the Bedrock Mountains in southwest of China. The development of karst in the karst aquifer is very well and the permeable of fissure aquitard is relatively well. Therefore， the risk analysis for groundwater contamination in this kind of karst aquifer is very important for the water resource protection and project site selection. Taking a proposed chemical project in Fuyuan county， Yunnan province as an example， this study predicts and analyzes the influence of the pollution project on the underlying and surrounding aquifers， so as to provide reference for the site selection of such projects in bedrock mountain area.

關(guān)鍵詞：巖溶含水層;弱透水層;地下水污染;風(fēng)險(xiǎn)分析

Key words： karst aquifer;aquitard;groundwater contamination;risk analysis

中圖分類號(hào)：X824? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）14-0274-04

0? 引言

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是地下水污染管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確評(píng)估一個(gè)水源地或污染源周邊的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)對(duì)地下水污染管理至關(guān)重要。因此，近年來(lái)，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估受到了許多學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-7]。針對(duì)不同場(chǎng)地不同尺度的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用的方法各有差異。對(duì)于平原區(qū)而言，李紹飛等[2]從污染源荷載、滲透補(bǔ)給條件、含水層巖性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面構(gòu)建評(píng)價(jià)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，根據(jù)突變理論，建立平原區(qū)淺層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)突變?cè)u(píng)價(jià)模型。而對(duì)于巖溶區(qū)而言，崔亞豐等[8]構(gòu)建了適合巖溶區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系并以地蘇地下河系流域?yàn)槔_展巖溶區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究表明地下水污染風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征與巖性、坡度、巖溶網(wǎng)絡(luò)發(fā)育等自然條件密切相關(guān)。而對(duì)于構(gòu)造對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的影響方面，梅向陽(yáng)等[9，10]針對(duì)向斜構(gòu)造對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，而王仁敏等[11]則探討了巨厚包氣帶巖溶區(qū)垃圾填埋場(chǎng)選址合理性及其對(duì)下游敏感保護(hù)目標(biāo)的影響。

綜上所述，場(chǎng)地地質(zhì)及水文地質(zhì)條件對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果影響明顯，而本文重點(diǎn)考慮巖溶含水層和裂隙弱透水層分布區(qū)某擬建化工項(xiàng)目對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的影響進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為我國(guó)基巖山區(qū)重點(diǎn)污染類項(xiàng)目選址及地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供借鑒。

1? 研究區(qū)水文地質(zhì)條件特征

1.1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

研究區(qū)位于區(qū)域雨汪旋卷構(gòu)造東南邊界，整體上，研究區(qū)地下水主要受雨汪旋卷構(gòu)造及北東南西向褶皺構(gòu)造的控制，不同次級(jí)構(gòu)造區(qū)域地下水富集性差異較大。根據(jù)水文地質(zhì)初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要出露三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組（T2ga）碳酸鹽巖巖溶含水層和三疊系永寧鎮(zhèn)組（T1yb）細(xì)砂巖及頁(yè)巖弱透水層，為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立完整的水文地質(zhì)單元，水文地質(zhì)單元范圍內(nèi)巖溶含水層主要為三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組灰、深灰色灰?guī)r巖溶含水層，而弱透水層主要為三疊系永寧鎮(zhèn)組黃綠、紫色細(xì)砂巖夾粉砂巖頁(yè)巖、泥灰?guī)r夾泥巖弱透水層，經(jīng)數(shù)值模擬分析顯示，受永寧鎮(zhèn)組弱透水層的影響，數(shù)值模擬評(píng)價(jià)范圍內(nèi)地下水主要沿著北東及南西兩個(gè)方向徑流，南西方向地下水主要向南側(cè)喜舊溪河排泄，沿著北東方向徑流地下水最終排泄于北東側(cè)黃泥河?？傮w上，研究區(qū)為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的完整水文地質(zhì)單元，因此，本次圈定如圖1黑色虛線范圍約28.49km2作為本次地下水風(fēng)險(xiǎn)分析的調(diào)查范圍，而白色虛線范圍11.72km2則為本次數(shù)值模擬預(yù)測(cè)分析范圍，根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)模擬計(jì)算區(qū)北西側(cè)以F1導(dǎo)水?dāng)鄬訑鄬訛槎髁窟吔?，南東側(cè)以三疊系永寧鎮(zhèn)組黃綠、紫色細(xì)砂巖夾粉砂巖頁(yè)巖為隔水邊界，南西側(cè)以個(gè)舊組分水嶺為隔水邊界，與區(qū)域地下水流向相符，由此，整個(gè)數(shù)值模擬研究區(qū)構(gòu)成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立完整的水文地質(zhì)單元。區(qū)域地下水主要受大氣降水入滲補(bǔ)給，沿著三疊系中統(tǒng)（T2ga）巖溶及裂隙介質(zhì)徑流，根據(jù)本次水文地質(zhì)調(diào)查，分析范圍內(nèi)，北側(cè)區(qū)域的地下水總體上沿著北東方向徑流，而南側(cè)箐門前一帶的地下水往南徑流，最終排泄于南側(cè)740號(hào)區(qū)域泉群，整體上，研究區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件較為清楚。

1.2 研究區(qū)構(gòu)造水文地質(zhì)特征

F1逆斷層：位于場(chǎng)地北側(cè)（圖1），地表部分被覆土掩蓋，走向北東，傾向南東，傾角42～60°，斷裂兩側(cè)均為灰?guī)r，富水性強(qiáng)，透水性強(qiáng)，項(xiàng)目區(qū)地下水沿北東向排泄。

F2逆斷層：位于項(xiàng)目區(qū)北側(cè)，走向北東，傾向南東，傾角25～63°，項(xiàng)目區(qū)地段，斷層北側(cè)為灰?guī)r，南側(cè)為頁(yè)巖，頁(yè)巖具有一定的阻水作用，故導(dǎo)致北側(cè)的巖溶裂隙水在斷裂F1地段被南側(cè)頁(yè)巖阻斷，沿?cái)嗔袴1向北東向徑流，根據(jù)圖2落水洞位置推測(cè)沿著場(chǎng)地北西側(cè)F2斷層可能存在巖溶發(fā)育帶，尤其是該斷層與F3夾持的個(gè)舊組巖溶含水層三角區(qū)域3口深井（100m）均為揭露地下水位，表明該區(qū)域存在巖溶導(dǎo)水帶，F(xiàn)2在場(chǎng)地北西側(cè)導(dǎo)水性較強(qiáng)，場(chǎng)地西側(cè)地表水及地下水沿著溝谷向北側(cè)徑流，至F2處順著落水洞進(jìn)入地下，沿著地下水暗河向北東側(cè)徑流排泄。

研究區(qū)受區(qū)域雨汪旋卷構(gòu)造影響，各斷層導(dǎo)水性和富水性差異較大，在雨汪旋卷構(gòu)造作用下，地下水主要沿著北東及南西向徑流，同時(shí)受旋卷構(gòu)造兩側(cè)褶皺構(gòu)造影響，研究區(qū)范圍內(nèi)形成局部富水盆地，整體上，雨汪旋卷構(gòu)造控制著研究區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件特征。

1.3 研究區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件

根據(jù)本次調(diào)查和區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)域地下水類型以碳酸鹽巖巖溶水、碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖成夾層型的巖溶水，受雨汪旋卷構(gòu)造及北西南東兩側(cè)褶皺構(gòu)造的影響，根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查及勘察顯示項(xiàng)目場(chǎng)地所處三疊系中統(tǒng)（T2ga）碳酸鹽巖巖溶水含水層較為豐富，而場(chǎng)地中部分布的三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組頁(yè)巖隔水層透水性較差，受含水層及隔水層分布特征的影響，研究區(qū)范圍內(nèi)主要受近北東南西向斷層構(gòu)造的控制，地下水主要受大氣降水入滲補(bǔ)給，順著溶蝕裂隙及層間裂隙徑流，受東側(cè)個(gè)舊組第二段（T2gb）頁(yè)巖隔水底板的影響，研究區(qū)南西側(cè)箐門前水庫(kù)一帶形成相對(duì)較為富集的富水盆地，根據(jù)雨汪電廠門口散戶水井揭露地下水位埋深約為35m，而穩(wěn)定水位埋深約為15m，富水層位巖溶含水層具有一定承壓性，穩(wěn)定水位標(biāo)高與項(xiàng)目場(chǎng)地西南側(cè)出露的Q1和GW3龍?zhí)兑约澳衔鱾?cè)箐門前水庫(kù)西側(cè)Q2龍?zhí)冻雎兜臉?biāo)高相當(dāng)，由此推斷，雨汪電廠門口及南側(cè)區(qū)域以箐門前水庫(kù)為中心形成較為豐富的富水盆地。除了雨汪電廠門口散戶抽取地下水作為水源排泄外，研究區(qū)地下水主要沿著兩個(gè)方向排泄，箐門前水庫(kù)西南側(cè)主要往西南方向徑流排泄，而項(xiàng)目區(qū)西側(cè)出露的GW3龍?zhí)都癚1排泄進(jìn)入西側(cè)溝谷河流，往北徑流經(jīng)落水洞進(jìn)入F2導(dǎo)水?dāng)鄬拥叵掳岛酉虮睎|方向徑流，最終排泄于北東側(cè)黃泥河，受不同斷層構(gòu)造導(dǎo)水性和阻水性差異影響，研究區(qū)北側(cè)地下水埋深及富集程度差異較大，整體上，本次研究區(qū)地下水主要沿著北東側(cè)黃泥河溝谷排泄，而南西側(cè)主要往南側(cè)發(fā)乃村南側(cè)泉群（圖1）及喜舊溪河排泄，地下水排泄主要以泉及抽水井抽水形式排泄，經(jīng)調(diào)查分析，研究區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件較為清楚。

1.4 區(qū)域及場(chǎng)地巖溶發(fā)育及分布及特征

根據(jù)本次調(diào)查和區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)域地下水類型以三疊系中統(tǒng)（T2ga）碳酸鹽巖巖溶含水層為主（圖1），受區(qū)域雨汪旋卷構(gòu)造影響，研究區(qū)范圍內(nèi)各斷層導(dǎo)水性及富水性差異較大，根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目北西側(cè)落水洞及3個(gè)深孔未見地下水可以推斷研究區(qū)范圍內(nèi)主要發(fā)育的巖溶為F2斷層一帶可能存在地下暗河沿著F2斷層向北東側(cè)發(fā)育，最終以泉的形式排泄于北東側(cè)黃泥河，受東南側(cè)（T2gb）頁(yè)巖隔水底板影響，項(xiàng)目南東側(cè)以箐門前水庫(kù)為中心，地下水形成較為富集的富水盆地。而南側(cè)地下水主要向發(fā)乃一帶的740號(hào)區(qū)域泉群排泄，研究區(qū)范圍內(nèi)巖溶發(fā)育分帶特征較為明顯，巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)主要受雨汪旋卷構(gòu)造的控制。

2? 研究區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)前述水文地質(zhì)條件調(diào)查及分析概化，依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行模型概化并進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)分析，下面將給出邊界條件概化及氨氮特征污染物在7200天后污染羽狀物擴(kuò)散范圍圖如圖3和圖4所示，圖中坐標(biāo)網(wǎng)格為每個(gè)間隔為500m。

從上述預(yù)測(cè)圖4可以看出，重點(diǎn)污染工程區(qū)氨氮污染羽狀物主要沿著北側(cè)和北西方向遷移擴(kuò)散，雨水收集池及事故水池區(qū)域的氨氮污染羽狀物在7200天后向北西方向最遠(yuǎn)遷移距離約為200m，未能到達(dá)GW3龍?zhí)都兴?，而液氨站超?biāo)濃度氨氮污染羽狀物在7200天后向北側(cè)最遠(yuǎn)遷移距離約為300m。

3? 結(jié)果與討論

通過(guò)上述數(shù)值模擬分析顯示，對(duì)于巖溶區(qū)化工項(xiàng)目的選址，如果巖溶含水層中間夾有裂隙弱透水層，那么盡可能將重度污染工程分部在裂隙弱透水層中，可大大減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)條件下對(duì)地下水污染造成的風(fēng)險(xiǎn)。以本次擬建項(xiàng)目為例，位于中部裂隙弱透水層中的重點(diǎn)污染工程羽狀物遷移擴(kuò)散速度較慢，對(duì)周邊的敏感目標(biāo)影響較小，而如果將項(xiàng)目落在高滲透性的巖溶含水層中或巖溶管道分布區(qū)，那么項(xiàng)目對(duì)地下水造成的污染風(fēng)險(xiǎn)將不可控。但對(duì)于本項(xiàng)目而言，把重點(diǎn)污染工程區(qū)分布于裂隙弱透水層中，對(duì)于選址困難地區(qū)，即使是巖溶區(qū)，也不應(yīng)是化工類項(xiàng)目的禁區(qū)。此外，從上述污染物遷移擴(kuò)散方向及距離可以看出，受不同含水層/弱透水層分布影響，羽狀物擴(kuò)散方向及距離差異較大，但最終未對(duì)項(xiàng)目周邊敏感目標(biāo)造成污染影響，即超標(biāo)濃度羽狀物在7200天內(nèi)未能到達(dá)周邊泉點(diǎn)及溶洞入口。綜合以上分析，對(duì)于我國(guó)西南巖溶區(qū)項(xiàng)目選址，應(yīng)因地制宜，而不是一概而論，重點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行深入調(diào)查及分析至關(guān)重要。只有在分析清楚水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，開展預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)工作，才有可能獲取更合理的評(píng)價(jià)結(jié)論，從而為項(xiàng)目區(qū)選址及項(xiàng)目環(huán)評(píng)提供更為可靠的依據(jù)。

另一方面，對(duì)于此類復(fù)雜水文地質(zhì)條件地區(qū)化工項(xiàng)目建設(shè)后續(xù)還應(yīng)該做好地下水污染跟蹤監(jiān)測(cè)及應(yīng)急替代措施，尤其是西側(cè)水源泉點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)條件下，一旦監(jiān)測(cè)到該點(diǎn)受項(xiàng)目建設(shè)影響導(dǎo)致污染，應(yīng)及時(shí)為其做好替代方案。此外，充分利用項(xiàng)目區(qū)地下水西側(cè)溶洞入口做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，一旦項(xiàng)目區(qū)污染地下水向該處匯集，可在該點(diǎn)采取收集處理措施。

4? 結(jié)論

本文以云南富源縣某巖溶含水層/裂隙弱透水層分布區(qū)某擬建化工項(xiàng)目地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析為例，通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查及勘察，在查明擬建污染項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)測(cè)，通過(guò)研究主要獲得以下認(rèn)識(shí)：

①通過(guò)解析計(jì)算及數(shù)值模擬分析表明，通過(guò)將高污染項(xiàng)目放在裂隙弱透水層中可降低項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

②對(duì)于巖溶區(qū)化工項(xiàng)目的選址及地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行充分對(duì)比分析，因地制宜，根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)及含水層/隔水層分布特征進(jìn)行有效布局以及采取有效防控措施至關(guān)重要。

③巖溶區(qū)落水洞作為地表水/地下水匯集區(qū)，在極端情況下可直接在這些地區(qū)采取污染防治工程，減少污染地下水進(jìn)一步擴(kuò)散。

參考文獻(xiàn)：

[1]覃榮高，邱仁敏，黎明，曹廣祝，王金生，仵彥卿.包氣帶—含水層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2020，35（02）：111-123.

[2]李紹飛，陳伏龍，余萍，孫書洪.平原區(qū)淺層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51（12）：1035-1040，1049.

[3]張博，李國(guó)秀，程品，孫法圣，王洪義.基于隨機(jī)理論的地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].水科學(xué)進(jìn)展，2016（01）：100-106.

[4]孫才志，陳相濤，陳雪姣，鄭德鳳.地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展，2015，35（05）：152-161.

[5]Locatelli L， Binning PJ， Sanchez-Vila X， S？ndergaard GL， Rosenberg L， Bjerg PL. A simple contaminant fate and transport modelling tool for management and risk assessment of groundwater pollution from contaminated sites. J Contam Hydrol 2019， 221： 35-49.

[6]Henri CV， Fernandez-Garcia D， de Barros FPJ. Probabilistic human health risk assessment of degradation-related chemical mixtures in heterogeneous aquifers： Risk statistics， hot spots， and preferential channels. Water Resour Res 2015， 51（6）： 4086-4108.

[7]de Barros FPJ， Fiori A. First-order based cumulative distribution function for solute concentration in heterogeneous aquifers： Theoretical analysis and implications for human health risk assessment. Water Resour Res 2014， 50（5）： 4018-4037.

[8]崔亞豐，何江濤，王曼麗，趙閱坤，王菲.巖溶地區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法探究——以地蘇地下河系流域?yàn)槔齕J].中國(guó)巖溶 2016（04）：372-383.

[9]梅向陽(yáng)，王菁，覃榮高，曹廣祝.云南曲靖市沾益區(qū)某向斜構(gòu)造巖溶區(qū)地下水污染數(shù)值模擬研究[J].價(jià)值工程，2019，38（05）：138-142.

[10]梅向陽(yáng)，王菁，覃榮高，曹廣祝.云南富寧縣某冶煉項(xiàng)目所處背斜構(gòu)造區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析[J].價(jià)值工程，2019，38（06）： 125-129.

[11]王仁敏，梅向陽(yáng)，覃榮高，曹廣祝.含巨厚非飽和帶巖溶含水層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析[J].價(jià)值工程，2019，38（12）：135-139.