太原市三給水源地TS7#供水井污染原因分析

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 山西太原030024）

0 引言

2018年10月10日19 時(shí)40 分，三給水廠工作人員發(fā)現(xiàn)水廠進(jìn)水濁度增高。經(jīng)調(diào)查排除水源地輸水管線爆管及人為破壞的因素后，對水源地各水井通過輪番開啟，多次水質(zhì)采樣比對后，顯示TS7#水源井現(xiàn)場水質(zhì)化驗(yàn)濁度為69.6 NTU，與以往數(shù)據(jù)相比差異較大，遠(yuǎn)高于地下水濁度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)為<3 NTU）。調(diào)查發(fā)現(xiàn)三給水源地（TS7#井）西北150 m 處，為營村回遷房項(xiàng)目工程，且水廠濁度增高當(dāng)日正在進(jìn)行樁基（約30 m）高壓灌漿。停止注漿作業(yè)后，對TS7#井進(jìn)行了近24 h 的揚(yáng)水作業(yè)，水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果顯示濁度下降至9 NTU。因此，初步認(rèn)定高壓灌漿是造成水質(zhì)污染的主要原因。

1 污染源分析

2018年10月17日，太原市供水集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測中心對TS7#井進(jìn)行水樣采集及現(xiàn)場檢測工作。該井出水渾濁度為207 NTU，水質(zhì)呈灰黑色。同時(shí)水質(zhì)監(jiān)測中心利用正常運(yùn)行的TS3# 水井水源，分別添加從TS7#井附近施工單位采集到的水泥和膨潤土樣，配制出不同渾濁度近似的模擬水樣。檢測結(jié)果見表1。

由試驗(yàn)成果可知，污染后的TS7#井及配制的模擬水樣在全硅、鋁、鐵、硫酸鹽項(xiàng)目等檢測數(shù)值較大，且隨著濁度的升高，以上各項(xiàng)的檢測值逐步升高，與濁度呈正相關(guān)性，同正常水源水質(zhì)相比，受污染的TS7#井污染指標(biāo)及污染程度與模擬水樣（水泥）具有較高的相似性，由此判定污染物為水泥漿，污染源為營村回遷房項(xiàng)目工程注漿場地。

表1 水樣對比水質(zhì)分析成果

2 井壁管分析

2.1 水源井成井結(jié)構(gòu)

TS7#水井井深970.97 m，孔口高程792.47 m，水源井水泵下置深度41 m，正常情況下水源井的靜水位約10 m，動(dòng)水位約30 m 左右，單井出水量1 000 m3/h。根據(jù)TS7#水井柱狀圖可知，0～107.16 m 為覆蓋層（主要為低液限粉土夾卵石混合土層），0～50.17 m，孔徑650 mm，井壁管內(nèi)徑600 mm，厚25 mm；50.17～107.16 m又加一套井壁管，內(nèi)徑為530 mm，壁厚35 mm，107.16 m以下為基巖。

柱狀圖上顯示其覆蓋層封堵井管直接坐落于基巖之上，而沒有深入基巖，造成對上部松散地層封堵、止水效果不好，因而在50.17～107.16 m 之間增加第二層井管提高封堵效果，彌補(bǔ)第一套井管的封堵缺陷。

太原市供水集團(tuán)當(dāng)年參與水井施工人員反映該井交付運(yùn)營時(shí)就發(fā)現(xiàn)了存在封堵效果不理想的情況。

2.2 井下電視

對視頻反復(fù)觀看對比后，可以得出如下結(jié)論：

1）TS7#井目前探測深度僅為488.310 m，約為原井深的一半深度。該處可見片狀物、機(jī)械部件及砂礫石堆積，且一直有細(xì)顆粒物下落，井壁管為濾水管，該濾水管深度479～488 m 與水井竣工柱狀圖中記載井深479～495 m 為花管相吻合。且井內(nèi)井深414～488 m段水質(zhì)較清澈，井壁管濾水管段進(jìn)水孔視頻較清晰，無大的銹蝕痕跡，僅有較小的銹斑。

2）井深416.75 m 處為水井變徑處，可見灰?guī)r裸露、破碎，顯示原井壁管封堵出現(xiàn)破損，可能是下部灰?guī)r砂礫石或塊碎石的來源之一。

3）井深109.098 m 處為基巖變徑處，以下井壁掛滿絮狀物。該處井壁管水平環(huán)狀痕跡分明，且有似為鉆井水平環(huán)狀痕跡。

4）井深50.7 m 處為井管變徑處，有明顯的水平裂縫與垂直裂縫相交，且該處上下井壁管水平環(huán)狀痕跡明顯。井深50.7～36.0 m 之間井壁管出現(xiàn)多處水平、垂直或水平與垂直相交的銹痕、銹蝕包、銹蝕鼓包及類似鐘乳石類的銹蝕包群，推斷該段井壁管銹蝕嚴(yán)重，很能較多處為銹蝕裂縫或銹蝕孔。井深36 m 以上井管銹蝕包明顯減小，較平整，推測井管較完整，銹蝕破損處較少，但局部也有明顯的銹蝕包向下的銹蝕水流痕跡。

5）井深36 m 至井口，較少的井管壁銹蝕斑痕，個(gè)別的銹蝕包及井管搭接處的水平銹蝕痕跡。靜水位一般維持在井口以下約10 m 左右。0～2.7 m 為井房護(hù)口井壁管。推測原井壁管單根長約6 m。

3 污染途徑測試

TS7#水源井中出現(xiàn)松散巖類地層中被污染孔隙水，分析認(rèn)為水源井因井壁管長期腐蝕、成井工藝等因素造成井管破損，進(jìn)而形成滲漏通道。本次采用示蹤法，查明了井壁管內(nèi)外之間的水力聯(lián)系，大致判斷井壁管破損位置。

3.1 投料孔施工

在TS7#井與樁基后注漿施工點(diǎn)之間布置水文地質(zhì)勘探1#投料井。該井位于TS7#井西北方向52 m，深度50 m，采用跟管鉆進(jìn)工藝，地下水位以下均下置濾水管。

1#孔孔口高程794.95 m，靜水位為6.66 m，50 m孔深以內(nèi)地層結(jié)構(gòu)以低液限黏土為主，其中20～22 m、45～50 m 處為卵石混合土層，具強(qiáng)透水性。場地位置關(guān)系見圖1。

圖1 場地位置關(guān)系

3.2 示蹤試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)方法

1）本次試驗(yàn)中，采用氯化鈉作為示蹤劑，通過測量電導(dǎo)率的變化來觀測地下水的流經(jīng)途徑。

2）本次使用的電導(dǎo)率測試設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)包括：電導(dǎo)率測試傳感器，遙測終端機(jī)（無線終端機(jī)）、壓力式液位計(jì)、電源，以及計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)分析軟件。其中的智能電導(dǎo)率傳感器用于測量井中地下水的電導(dǎo)率和水溫。

3）在1#投料井中，投入食鹽示蹤劑，在TS7#井42 m、77 m 處進(jìn)行電導(dǎo)率監(jiān)測。

3.2.2 試驗(yàn)過程

2019年1月12日14:30，供水集團(tuán)工作人員將TS7#井中的水泵提起，隨后安裝電導(dǎo)率測量設(shè)備，將1# 傳感器放入井下77 m 處，2# 傳感器放入井下42 m 處，并測試了電導(dǎo)率初始值及水溫。15：45 由我方人員將融化好的氯化鈉溶液投放至1#井內(nèi)，溶液體積1 m3，在溫度35°的水中投入食用鹽400 kg。

為增加了水頭壓力，加快地下水流速，于2019年1月15日9:30 從TS7#井中泵水，泵至1#投料井中。當(dāng)天1#傳感器（77 m 處）于15:25 達(dá)到峰值；2#傳感器（42 m 處）于16:30 達(dá)到峰值。

為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，于2019年1月15日20:43 在1# 孔進(jìn)行二次投放示蹤劑，食鹽投放量為150 kg。1#傳感器（77 m 處）于1月16日23:05 達(dá)到峰值；2#傳感器（42 m 處）于1月17日00:05 達(dá)到峰值，兩次峰值的出現(xiàn)，證明示蹤劑滲流途徑唯一，示蹤試驗(yàn)結(jié)果是可靠的。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

1）TS7#井

1月12日投放示蹤劑以后，1#、2#傳感器時(shí)間與電導(dǎo)率數(shù)值的關(guān)系曲線分別見圖2、圖3。圖中縱坐標(biāo)為電導(dǎo)率數(shù)值，單位為mS/cm，橫坐標(biāo)為測點(diǎn)點(diǎn)號（測點(diǎn)頻率為5 min）。1#、2#傳感器關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)，見表2。

3.2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

從示蹤試驗(yàn)TS7#水井電導(dǎo)率兩次峰值的出現(xiàn)，直觀地證明了TS7# 井內(nèi)水體與外圍松散巖類孔隙水是聯(lián)通的。造成聯(lián)通的原因是井壁管經(jīng)常年銹蝕出現(xiàn)破損情況，尤其是井壁管變徑處（50.17 m、107.16 m）、動(dòng)水位（35 m）附近干濕交替處。

圖2 1#傳感器時(shí)間與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線

圖3 2#傳感器時(shí)間與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線

1#傳感器（77 m）第一次峰值出現(xiàn)的時(shí)間為1月15日15:25，電導(dǎo)率數(shù)值為1.1211 mS/cm；2# 傳感器（42 m）第一次峰值出現(xiàn)的時(shí)間為1月15日16:30，電導(dǎo)率數(shù)值為1.089 9 mS/cm。77 m 處峰值出現(xiàn)的早且電導(dǎo)率數(shù)值較高，由此，可大致推斷被污染的地下水流到TS7#水井井壁管處，地下水在持續(xù)抽水，形成降落漏斗的情況下，在107.16 m 處的變徑部位流入到井內(nèi)，水中導(dǎo)電離子向上擴(kuò)散。

表2 1#、2#傳感器關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上電導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)表

4 小結(jié)

TS7#水源井的污染源為西北側(cè)的營村回遷房工程注漿場地，污染物為灌注樁后注漿漿液。

污染途徑是水源井周邊徑流的第四系松散層強(qiáng)透水層中松散巖類孔隙地下水將污染物通過水源井井壁管破損處帶入水源井內(nèi)。