礦區(qū)地下水污染的原因、特征及治理措施

羅 晛

（江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030）

我國地下水存在水量日益減少、水質(zhì)不斷惡化等問題，特別是我國北方地區(qū)，水質(zhì)日益變差，社會(huì)各界及相關(guān)人士也愈來愈關(guān)注[1]。受礦區(qū)地質(zhì)條件的影響，地下水資源具有一定的脆弱性，因此應(yīng)加大對(duì)地下水受污染原因的研究力度，了解礦區(qū)地下水污染的主要原因，并深入分析地下水污染產(chǎn)生的影響，從而通過采取相關(guān)的治理措施，緩解礦區(qū)地下水污染情況，更好地保護(hù)水資源。

1 巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染的主要原因

1.1 自然因素導(dǎo)致的巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染

（1）巖溶區(qū)礦區(qū)防污水平不高，土壤覆蓋層相對(duì)較薄。由于碳酸鹽巖含有的酸不溶物相對(duì)較少，造成成土速度較慢，從而出現(xiàn)土層覆蓋不連續(xù)、土層薄以及土壤少的現(xiàn)象。碳酸鹽巖越純的地層，土層就會(huì)越薄，成土速度也會(huì)更慢。受土地資源先天不足的影響，再加上礦企開采活動(dòng)對(duì)原生態(tài)植物進(jìn)行過度破壞，導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象不斷加劇，大幅度降低了土壤覆蓋層的抗污染能力[2]。不僅如此，巖溶區(qū)礦區(qū)土壤直接覆蓋在堅(jiān)硬的碳酸鹽巖上，土壤與基巖間缺少過渡層，在巖土界面形成了優(yōu)先流，由于沒有土壤層的過濾，這些地表水經(jīng)過巖土界面-裂隙-落水洞后直接進(jìn)入地下含水層。除此以外，基巖缺少土壤層的覆蓋，造成地表水將污染物直接帶入含水層，導(dǎo)致巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染。

（2）含水層具有較強(qiáng)的滲透性能。因?yàn)樘妓猁}巖中的含水介質(zhì)不均勻且存在多元含水介質(zhì)，再加上礦區(qū)土壤覆蓋層薄等因素的影響，會(huì)形成溶洞、管道、溶隙以及溶孔。在上述現(xiàn)象中，雖然管道占有的比例相對(duì)較小，但管道中的地下水流速較快，可以將大部分水資源匯集到一起。管道的存在，不但提高了地下水的循環(huán)轉(zhuǎn)換速度，還提升了含水層的滲透性。

（3）地下含水層具有一定的開放性。地下含水層開放性高主要表現(xiàn)在含水巖層滲透性強(qiáng)以及土壤覆蓋層薄等方面，所以含水層極易受到外界因素的影響，這也造成了含水系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

1.2 人為因素導(dǎo)致的地下水污染

（1）在社會(huì)的快速發(fā)展下，地下水污染物無論是數(shù)量還是種類都在不斷增長，使得地下水污染情況愈來愈嚴(yán)重。通常來說，礦區(qū)地下水化學(xué)類型主要為Ca-HCO3。隨著污染問題的日益嚴(yán)峻，相關(guān)節(jié)能技術(shù)的使用在一定程度上減少了Ca-HCO3型水在地下水中的占有比例。但是，以硫酸鹽型水為主的化學(xué)類型不斷增多，快速增加了地下水中F-、NO3-、C1-、SO42-、TDS以及總硬度等無機(jī)物濃度，單環(huán)芳烴、鹵代烴以及揮發(fā)酚等有機(jī)物質(zhì)的檢出率也有了明顯升高。

（2）近年來，在人類過多采礦、隧道建設(shè)以及大量開采地下水的情況下，地下水水量不斷減少，并且地下水水質(zhì)越來越差。結(jié)合近三十年相關(guān)數(shù)據(jù)（如圖1）可知，地下水水質(zhì)在三十年前較好，以I-III類水質(zhì)較多，但隨著時(shí)代的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從2001年起，IV-V類水質(zhì)與劣V類水質(zhì)愈來愈多，說明水質(zhì)正在逐年變差。水資源具有環(huán)境、資源雙重屬性，在水資源缺乏合理利用的情況下，地下水的環(huán)境容量也會(huì)相應(yīng)降低。地下水量減少，從而削弱了地下水對(duì)污染物的分解與容納能力。

圖1 近三十年地下水水質(zhì)級(jí)別變化圖

2 巖溶區(qū)礦區(qū)地下污染的特征

（1）污染物擴(kuò)散迅速。由于缺少巖溶區(qū)礦區(qū)地表覆蓋層的緩沖保護(hù)，而含水介質(zhì)中有較強(qiáng)的導(dǎo)水性，從而造成礦區(qū)地下水的循環(huán)、徑流以及入滲速度相對(duì)較快，隨著地下水流動(dòng)，污染物進(jìn)入含水層后的擴(kuò)散速度十分迅速，污染范圍也迅速增大。例如，某地在2016年出現(xiàn)了鎘污染事件，導(dǎo)致該事件污染的原因?yàn)椴傻V企業(yè)將高鎘生產(chǎn)廢水向龍江上游的落水洞進(jìn)行了大量排放，地下河中有廢水灌入后迅速污染了龍江地帶，造成當(dāng)?shù)鼐用癯霈F(xiàn)恐慌性屯水購水行為，也在一定程度上造成了漁民的損失。

（2）有較強(qiáng)的隱蔽性。從結(jié)構(gòu)來看，地下水污染區(qū)域多屬于地表和地下雙層結(jié)構(gòu)。在我國西南地區(qū)，地表普遍發(fā)育為漏斗、谷地以及洼地，底部連接著地下管道。洼地四周有較大的容納能力，極易被人們當(dāng)成選礦廢渣、生產(chǎn)廢料以及生活垃圾的堆放地，從表現(xiàn)上看其已成為堆放廢水廢渣的好去處。但是這些有毒有害的污染物在洼地底部的落水洞會(huì)隨著水流進(jìn)入到地下，導(dǎo)致地下水污染。地下水污染不同于地表污染，其具有較強(qiáng)的隱蔽性，難以被發(fā)現(xiàn)，想要發(fā)現(xiàn)被污染的地下水難度更大。

（3）污染源頭過于復(fù)雜。①工礦污染。西南地區(qū)作為我國有色金屬資源分布比較集中的地區(qū)之一，在該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，礦產(chǎn)開發(fā)已成為重中之重。但是為了降低開采成本和獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，采礦企業(yè)在有色金屬礦產(chǎn)的開采及加工時(shí)的排污處理不達(dá)標(biāo)，造成地下含水層不斷有污染物排入，加上采礦污水消減難度較大，使得地下水水質(zhì)惡化愈來愈嚴(yán)重，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窠】翟斐闪藝?yán)重的威脅。北方地區(qū)含水層主要以奧陶系灰?guī)r為主，地下含水層頂板與下組礦層間的距離，中間厚度不足50m，但依然會(huì)被斷裂構(gòu)造打破，使得兩者形成對(duì)接現(xiàn)象，此時(shí)地下水突水會(huì)對(duì)礦山開采造成安全隱患。采礦行為使得各種有毒有害物質(zhì)進(jìn)入地下含水層，加劇了礦坑污水和地下水的融合。除此以外，采空區(qū)在煤礦作業(yè)停止后，還會(huì)形成礦坑污水，極易成為永久性污染源，使地下含水層污染具有持續(xù)性特點(diǎn)。在電力、化工、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，其中含有豐富的NO3-和SO42-、有機(jī)物、重金屬的廢水，對(duì)地下水造成了嚴(yán)重的污染。②農(nóng)業(yè)污染。西南地區(qū)土地資源匱乏，地形破碎化嚴(yán)重，多分布于各級(jí)高原，受“水在樓下、土在樓上”的影響，加劇了地下水的保護(hù)難度。近年來，西南地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中，為了在僅有的土地上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提升農(nóng)民的收入水平，通過使用農(nóng)藥、化肥來提升土地復(fù)種率，進(jìn)而造成地下水受到農(nóng)藥化肥、高強(qiáng)度耕作等行為的影響，日益擴(kuò)大了污染范圍。

（4）治理十分困難。地下水污染具有污染源多而分散、污染物擴(kuò)散迅速快、污染來源隱蔽性強(qiáng)、自身脆弱易被污染等特點(diǎn)。同時(shí)，含水層介質(zhì)發(fā)育尚不均勻，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，管道分布空間繁瑣，難以確認(rèn)污染分布情況。加上地下水存在和多個(gè)水資源的補(bǔ)排關(guān)系，經(jīng)過不斷地轉(zhuǎn)化，想要明確其污染情況已是困難重重，若想要對(duì)污染的地下水進(jìn)行治理更是難上加難。

3 地下水污染的影響

（1）地下水污染會(huì)對(duì)供水造成影響。北方地區(qū)受地下水污染的影響，水質(zhì)性抽水現(xiàn)象十分明顯。工業(yè)化發(fā)展使北方地下水污染日益嚴(yán)重，加上區(qū)域地下水位下降，一些以往的水源地和水井已無法實(shí)現(xiàn)供水。雖然我國西南地區(qū)地下水資源較為豐富，總流量達(dá)到了黃河的多年平均流量，但部分地區(qū)依舊面臨著地表缺水，地下水開采成本較高的危機(jī)。近年來，盡管我國一直在大力推動(dòng)扶貧、抗旱找水等工程，緩解了部分地區(qū)的取水問題，但卻未重視地下水污染，將造成該地區(qū)工程性缺水向水質(zhì)性缺水的轉(zhuǎn)變，甚至嚴(yán)重威脅人們的用水安全。

（2）破壞生態(tài)環(huán)境。地下水受富含氮磷物質(zhì)的污染，不僅會(huì)破壞水生態(tài)平衡，改變生態(tài)系統(tǒng)中的種群種類，還會(huì)使得藻類大量繁殖。在地下水系統(tǒng)中，有毒有害污染物的不斷擴(kuò)散與傳播，將直接造成礦區(qū)周圍的植物瀕危死亡。

4 巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染的有效治理措施

（1）開展詳細(xì)的水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和綜合治理。應(yīng)以地下流域?yàn)閱卧C合考慮區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，開展水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，充分考慮邊界含水層的問題，掌握地下水系統(tǒng)發(fā)育的程度、地下河流分布的規(guī)律、污染地區(qū)和污染源分布區(qū)域等，并做好地下水脆弱性的評(píng)價(jià)工作，劃分含水層的主體功能，以保護(hù)地下水資源為基礎(chǔ)，一方面，為土地資源的科學(xué)合理規(guī)劃和利用提供依據(jù)，另一方面為地下水系統(tǒng)遭受突發(fā)性污染事件時(shí)做出相應(yīng)的綜合治理對(duì)策提供有利條件。

（2）綜合治理礦山開采區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境及地下水污染治理技術(shù)攻關(guān)。針對(duì)目前礦山開采區(qū)周邊存在生活廢水、垃圾隨意排放、堆放等問題，應(yīng)以區(qū)域建設(shè)為契機(jī)，統(tǒng)一規(guī)劃，建設(shè)生活廢水統(tǒng)一的排放點(diǎn)、垃圾固定的存放點(diǎn)，修建統(tǒng)一污水排放的渠道，并相應(yīng)提高溝渠防滲的標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于地表水和地下水交換比較迅速，地表土壤等過濾層相對(duì)缺失，地表污染物可以直接污染地下水，應(yīng)該以礦區(qū)水環(huán)境的特殊性為依據(jù)，有針對(duì)性地加強(qiáng)投入，努力研究地下水污染治理的相關(guān)技術(shù)。比如，地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和檢測，污染物的擴(kuò)散遷移途徑，地下水污染的數(shù)值模擬，地下水污染的同位元素研究等相關(guān)技術(shù)。

（3）對(duì)巖溶區(qū)礦區(qū)開展地下水的水質(zhì)監(jiān)測、評(píng)估并查清污染現(xiàn)狀。應(yīng)依據(jù)礦區(qū)地下水水文地質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在典型部位建立監(jiān)測站，形成高效監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整監(jiān)測指標(biāo)和監(jiān)測結(jié)果，做好區(qū)域內(nèi)地下水自凈能力評(píng)估工作、水質(zhì)評(píng)價(jià)工作。同時(shí)，構(gòu)建完善的監(jiān)測和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫，以此為依據(jù)，找到污染源與污染的類型，明確地下水污染的現(xiàn)狀，在第一時(shí)間開展詳細(xì)的調(diào)查，及時(shí)編制出科學(xué)合理的地下水綜合治理與保護(hù)規(guī)劃方案，為巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染治理提供科學(xué)的依據(jù)。

5 結(jié)語

有效防治巖溶區(qū)礦區(qū)地下水污染的前提是明確污染原因，只有掌握這些污染源特征，通過采取切實(shí)可行的治理措施，才能提升污染治理效果。在此過程中，需要相關(guān)部門做到統(tǒng)籌水資源管理與監(jiān)測，及時(shí)解決礦區(qū)地下水面臨的難題，以此提升巖溶區(qū)礦區(qū)地下水的利用效率，為巖溶區(qū)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。