尾礦庫(kù)事故次生河流污染環(huán)境應(yīng)急空間的探討

＊邊歸國(guó) 王翔 王正 潘文斌 陳影聲 陳曉芳

（1.福建省生態(tài)環(huán)境廳 福建 350003 2.福建省生態(tài)環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心 福建 350003 3.福建省金皇環(huán)?？萍加邢薰?福建 350000 4.福州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院 福建 350108）

為了有效應(yīng)對(duì)尾礦庫(kù)事故次生河流水環(huán)境的污染，結(jié)合福建省邵武螢石尾礦庫(kù)以及石壁溪的實(shí)際情況，探索了河流環(huán)境應(yīng)急設(shè)施選擇和構(gòu)建的基本原則，并對(duì)石壁溪流域的人工濕地、橋梁、攔截壩、排洪渠、公共應(yīng)急池、水電站等場(chǎng)地、設(shè)施作為環(huán)境應(yīng)急空間的可行性進(jìn)行研究，重點(diǎn)探討了橋梁改建、排洪渠和園區(qū)公共應(yīng)急池合理利用的方式、方法。

1.研究區(qū)概況

（1）石壁溪概況。石壁溪位于福建省邵武市吳家塘鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，毗鄰建陽(yáng)市，地處閩江上游，發(fā)源于吳家塘鎮(zhèn)的楊家圩村羅厝巷，流經(jīng)吳家塘鎮(zhèn)的鐵羅村、行嶺村，匯入富屯溪，河道全長(zhǎng)19km，流域面積95km2，平均坡降8.61‰，多年平均流量2.937m3/s，多年平均徑流量9260萬(wàn)立方米。經(jīng)調(diào)查，石壁溪流域干流無(wú)閘壩、電站分布。石壁溪河道整體呈上游窄下游寬的特點(diǎn)，石壁溪弓墩橋下游段河寬從17m擴(kuò)展到30m，入富屯溪河口處約60m。

（2）尾礦庫(kù)。石壁溪流域主要環(huán)境污染源有兩個(gè)片區(qū)，一是邵武市螢石礦選礦廠，二是下游金塘工業(yè)園區(qū)。螢石礦選礦廠改建后生產(chǎn)規(guī)模為年選螢石原礦3萬(wàn)噸，處理尾礦砂9.45萬(wàn)噸，產(chǎn)螢石精粉2.7萬(wàn)噸。尾礦庫(kù)總壩高29m，總占地面積6003m2，總庫(kù)容27.23×104m3，有效庫(kù)容23.14×104m3，現(xiàn)存15×104m3，原礦和尾礦混合后含有銅、鉛、鋅、鉻、鎘、砷、氟化物等物質(zhì)。尾礦庫(kù)內(nèi)集雨面積15000m2，選礦生產(chǎn)廢水主要污染物為SS、F-、COD、重金屬等，經(jīng)污水處理設(shè)施處理后約55%回用于生產(chǎn)，剩余約45%經(jīng)規(guī)范化設(shè)置的廢水排放口排入石壁溪支流斗門河，并匯入石壁溪。

2.環(huán)境應(yīng)急空間設(shè)計(jì)方案及可行性分析

(1)河流環(huán)境應(yīng)急空間的原則

《尾礦庫(kù)環(huán)境應(yīng)急管理工作指南》[1]規(guī)定，為防止尾礦庫(kù)企業(yè)發(fā)生污染事件應(yīng)建立三級(jí)設(shè)防布控，第三級(jí)就是在流域的支流設(shè)置發(fā)揮攔截降解作用的設(shè)施，主要包括攔截壩、滯污塘等，以及水利設(shè)施和城市景觀橡膠壩。經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查，尾礦庫(kù)壩下及石壁溪干流可利用作為環(huán)境應(yīng)急空間的有1片人工濕地、5座橋梁、2個(gè)攔截壩、1條排洪渠、1個(gè)公共應(yīng)急池和1座水電站。

設(shè)置河流應(yīng)急攔截空間應(yīng)遵循以下4個(gè)原則：

①快速響應(yīng)

朱遠(yuǎn)樂(lè)[2]模擬研究3042.4×104m3尾礦庫(kù)潰壩砂流演進(jìn)過(guò)程，結(jié)果表明：潰壩600s時(shí)，尾砂流到達(dá)下游約1320m處尾砂流速為0.9m/s左右，尾砂厚度為2.8m左右；尾礦庫(kù)潰壩庫(kù)容越小，下游各敏感點(diǎn)的最大淹沒(méi)深度越小，最大流速越小。楚敬龍[3]對(duì)某山谷型406.72×104m3尾礦庫(kù)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：潰壩后尾砂泄漏50%庫(kù)容的情況下，尾砂影響距離為3500m；尾砂泄漏100%庫(kù)容的情況下，尾砂影響距離為6000m。

根據(jù)石壁溪豐、平、枯三期和洪水期水流速，在300min內(nèi)污染團(tuán)前鋒遷移距離見(jiàn)表1。

表1 不同水期污染團(tuán)前鋒遷移距離（m）

研究結(jié)果表明，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，污染團(tuán)前鋒遷移距離越遠(yuǎn)。所以，對(duì)于尾礦庫(kù)事故必須快速響應(yīng)、及時(shí)處置，處置越快污染影響范圍和距離越小。

②因地制宜

《流域突發(fā)水污染事件環(huán)境應(yīng)急“南陽(yáng)實(shí)踐”實(shí)施技術(shù)指南》（簡(jiǎn)稱《“南陽(yáng)實(shí)踐”指南》）[4]指出，環(huán)境應(yīng)急空間和設(shè)施主要有濕地、連通水道、攔截壩、橋梁、坑塘、江心洲型河道、干枯河道、引水式和壩式電站、引水管道和排渠、槽車、水庫(kù)等。經(jīng)調(diào)查，尾礦庫(kù)及石壁溪下游分布有濕地和蘆葦塘、橋梁、園區(qū)排洪渠、園區(qū)公共應(yīng)急池、水電站等。這些場(chǎng)地和設(shè)施經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母脑?，便可?gòu)成攔截設(shè)施。

按照《“南陽(yáng)實(shí)踐”指南》規(guī)定，橋梁的主要功能是處置，主要方法是利用跨河橋梁建立處置點(diǎn)削減污染物。根據(jù)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，石壁溪的橋梁不僅可以建立處置點(diǎn)削減污染物，經(jīng)改建后更適合作為環(huán)境應(yīng)急設(shè)施，發(fā)揮投藥處置和攔截蓄污的雙重功能，見(jiàn)圖1。

圖1 橋梁改建攔截壩

橋梁改建應(yīng)急攔截空間有三個(gè)優(yōu)勢(shì)。A.運(yùn)輸和施工方便。石壁溪流域的橋梁都是鄉(xiāng)村公路，不僅可以及時(shí)運(yùn)輸各種環(huán)境應(yīng)急物資，而且大部分工程機(jī)械都可以在橋面及橋梁兩端施工。B.抗沖擊性強(qiáng)。一般河道建攔截壩是在河兩岸固定，橋梁是在河兩岸的基礎(chǔ)上在橋面三面固定。經(jīng)實(shí)地測(cè)量，橋梁路面比較寬厚，可以比一般攔截壩承受更大的沖擊力。C.建壩省工省時(shí)。橋洞占橋梁的面積約1/2～1/3，改建使用攔截材料大幅減少。另外，建壩時(shí)間還可以節(jié)約一半甚至更多，橋梁改建環(huán)境應(yīng)急空間顯著地提高了應(yīng)急響應(yīng)和攔截的時(shí)效。

③層層設(shè)防

不同于一般生產(chǎn)企業(yè)事故性排放，尾礦庫(kù)事故產(chǎn)生的尾砂和尾水成千上萬(wàn)噸，僅僅依靠幾個(gè)攔截壩不可能截留所有的污染物。陜西漢達(dá)工貿(mào)有限公司壩溪礦尾礦庫(kù)事故發(fā)生后，在下游河道修建攔截壩11座。處理黑龍江鹿鳴礦業(yè)有限公司鉬礦尾礦庫(kù)泄漏事故，在約340km河道上設(shè)置18道攔截壩[5]。甘肅隴星銻業(yè)尾礦庫(kù)事故造成甘肅、陜西、四川三省346km河水污染，在兩條河的干流、支流上建設(shè)攔水壩198座[6]。

螢石尾礦庫(kù)內(nèi)集雨面積15000m2，按積水深1m計(jì)算，發(fā)生事故時(shí)約15000m3污水泄漏進(jìn)入石壁溪。在石壁溪豐水期、平水期、枯水期和不同的排放時(shí)間，尾礦庫(kù)積水泄漏所產(chǎn)生的污染團(tuán)水量見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)不同排放時(shí)間污染團(tuán)污水總量的分析，可為判斷應(yīng)急攔污空間的數(shù)量和有效容積提供參考。

表2 不同排放時(shí)間污染團(tuán)污水總量（m3）

由表2可見(jiàn)，隨著排污時(shí)間延長(zhǎng)，與上游來(lái)水混合后產(chǎn)生的污染團(tuán)總量越大，最高達(dá)144000m3。因此，必須根據(jù)石壁溪的流速和流量等參數(shù)，層層設(shè)防。充分利用濕地、蘆葦塘、橋梁、園區(qū)排洪渠、園區(qū)公共應(yīng)急池、水電站等，在污染團(tuán)前鋒達(dá)到之前，構(gòu)筑環(huán)境應(yīng)急空間收儲(chǔ)污水并進(jìn)行處置。與此同時(shí)，為了有效減少下游污水的處理量，必須及時(shí)在尾礦庫(kù)上游構(gòu)筑攔截壩，攔截上游及支流清潔來(lái)水。

④屬地管理

屬地管理不僅是職權(quán)分解，更重要的是三地同時(shí)開(kāi)展環(huán)境應(yīng)急處置，可以更有效地提高環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)速度，減輕污染的范圍和程度。石壁溪發(fā)源于吳家塘鎮(zhèn)的楊家圩村羅厝巷，流經(jīng)吳家塘鎮(zhèn)的鐵羅村、行嶺村匯入富屯溪。本著屬地管理的原則，在發(fā)生尾礦庫(kù)事故時(shí)，螢石礦選礦廠、吳家塘鎮(zhèn)政府和金塘工業(yè)園區(qū)均應(yīng)參與環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)和處置。螢石礦選礦廠主要是對(duì)尾礦庫(kù)事故產(chǎn)生的尾砂、尾水進(jìn)行圍堵、收儲(chǔ)，盡可能減少污染物進(jìn)入斗門溪和石壁溪。吳家塘鎮(zhèn)政府則組織轄區(qū)內(nèi)楊家圩村、鐵羅村、行嶺村三個(gè)自然村，將本村所屬區(qū)域內(nèi)的橋梁改建為環(huán)境應(yīng)急空間并在政府部門的指導(dǎo)下投藥處置污染物。金塘工業(yè)園區(qū)的工作重點(diǎn)一是借助于園區(qū)上游的排洪渠收儲(chǔ)部分污水；二是發(fā)揮園區(qū)下游30000m3公共應(yīng)急池的作用，進(jìn)一步收儲(chǔ)污水，減少甚至避免污水進(jìn)入富屯溪。

(2)石壁溪應(yīng)急攔污空間的可行性分析

①人工濕地

一般企業(yè)事故性排放基本上是以公斤或噸為單位，而尾礦庫(kù)發(fā)生事故都是成千上萬(wàn)噸，巴西淡水河谷公司一座1300×104m3的尾礦壩崩塌、陜西漢達(dá)工貿(mào)有限公司壩溪礦尾礦庫(kù)700×104m3含磁鐵礦尾砂、尾水泄漏流入河流。如此大量的尾砂、尾水進(jìn)入河流所造成的影響極其嚴(yán)重，如甘肅隴星銻業(yè)尾礦庫(kù)事故造成甘肅、陜西、四川三省346km河道受影響，黑龍江鹿鳴礦業(yè)有限公司鉬礦尾礦庫(kù)泄漏造成依吉密河至呼蘭河約340km河道鉬濃度超標(biāo)。所以，尾礦庫(kù)事故首要任務(wù)是將尾砂、尾水圍堵在陸域，避免或盡可能少地進(jìn)入河流。

為了避免尾礦庫(kù)尾砂尾水對(duì)河流的污染，可以在尾礦庫(kù)和河流之間建立緩沖隔離地段。高生旺[7]根據(jù)尾礦企業(yè)對(duì)某跨境河流影響進(jìn)行應(yīng)急攔污的設(shè)計(jì)，其中配套納污濕地面積為1000hm2，濕地處理水量為324萬(wàn)立方米。螢石尾礦庫(kù)距離石壁溪支流斗門河278m，之間有面積約2400m2的蘆葦塘和面積為70.4畝（46936m2）的人工濕地（農(nóng)田）。尾礦庫(kù)發(fā)生事故時(shí)，緊鄰的人工濕地（農(nóng)田）無(wú)法避免地將承受大部分的尾砂、尾水，并造成一定的農(nóng)作物損失。但是與事故尾砂、尾水進(jìn)入河流造成下游幾百公里的水質(zhì)甚至飲用水源地污染相比較，其影響和損失還是較小。兩權(quán)相害取其輕，在特殊情況下，人工濕地（農(nóng)田）暫存大部分的尾礦庫(kù)尾砂、尾水還是可以接受的。但是事故處置后，螢石礦選礦廠應(yīng)按國(guó)家規(guī)定給予理賠。

②橋梁

本文首次對(duì)有關(guān)改建橋梁攔截污水進(jìn)行研究。尾礦庫(kù)下游至金塘工業(yè)園區(qū)段的橋梁及距離依次為楊家圩橋、弓墩橋、行嶺村老橋、磚廠小橋、石壁溪口橋5座單孔橋梁。經(jīng)測(cè)量，石壁溪磚廠小橋路面寬度4.5m、截面積114m2、橋洞面積53m2，橋洞占橋梁46.9%。行嶺村石壁溪老橋路面寬度4.6m、截面積210m2、橋洞面積100m2，橋洞占橋梁47.7%。研究表明，可以對(duì)橋梁實(shí)施改造，攔截污水。首先在橋洞上游一側(cè)搭建支架，再用鐵絲網(wǎng)對(duì)支架進(jìn)行加固，之后在鐵絲網(wǎng)上鋪設(shè)防水布，初步防水擋水。最后再在防水布一側(cè)均勻堆積沙包，分別按1.5m和2m構(gòu)筑攔截壩，直至將橋洞全部封堵。各橋梁可攔截污水量見(jiàn)表3。

表3 各橋梁可攔截的污水量

結(jié)果表明，5座橋梁可攔截的水量為57912～154427m3，可以滿足攔截豐水期144000m3污水量的需求。如果應(yīng)急響應(yīng)不及時(shí)，污染團(tuán)前鋒遷移距離超出改建橋梁的位置，污水量將進(jìn)一步增大，所以改建橋梁的工作必須及時(shí)。根據(jù)表1不同水期污染團(tuán)前鋒遷移距離，應(yīng)盡量在60min、180min、240min、300min之前分別完成將楊家圩橋、弓墩橋、行嶺村老橋、石壁溪磚廠小橋和石壁溪口橋改建為環(huán)境應(yīng)急空間的工作。

③攔截壩

尾礦庫(kù)突發(fā)事件發(fā)生后，尾砂會(huì)沿一定通道源源不斷進(jìn)入水環(huán)境，若能第一時(shí)間采取攔截措施，可有效防止污染擴(kuò)大。在各種攔截設(shè)施中，土石壩施工相對(duì)簡(jiǎn)單，資金投入比較少，采用的材料可以在河道就地取材，施工時(shí)間短，是一種常用的筑壩方式[8]。張智[5]報(bào)道，通過(guò)在340km河道上設(shè)置18道攔截壩，有效遏制了鉬礦尾礦庫(kù)泄漏事故險(xiǎn)情擴(kuò)大，降低了污染危害。除了橋梁以外，可以利用金塘工業(yè)園區(qū)排洪渠儲(chǔ)存大量污染水團(tuán)。由于排洪渠位于石壁溪的西北側(cè)，所以必須分別在排洪渠末端和匯合河段上構(gòu)筑攔截壩。匯合河段上可形成容積約7237m3（攔截水位1.0m）～21710m3（攔截水位1.5m）的環(huán)境應(yīng)急空間，所攔截的污水通過(guò)固定潛水泵和移動(dòng)抽水泵，轉(zhuǎn)移至排洪渠儲(chǔ)存。因?yàn)榕藕榍嚯x尾礦庫(kù)7.19km，根據(jù)表3不同水期污染團(tuán)前鋒遷移距離，攔截壩盡可能在210min前構(gòu)筑完成。

④排洪渠

排洪渠不同于《“南陽(yáng)實(shí)踐”指南》[4]確定的11種環(huán)境應(yīng)急空間。金塘工業(yè)園區(qū)已建一條匯入石壁溪的排洪渠，明渠長(zhǎng)度為2045m，總?cè)莘e約為73500m3，可以作為攔截園區(qū)清水的環(huán)境應(yīng)急空間。另外，與石壁溪連接的排洪渠陡槽段長(zhǎng)度約為730m、平均寬度為15m、入河口寬度為21.4m，若在入河口陡槽段筑臨時(shí)壩可形成容積約7490m3（攔截水位1.0m）～19260m3（攔截水位1.5m）的環(huán)境應(yīng)急空間。發(fā)生尾礦庫(kù)事故時(shí)陡槽段筑臨時(shí)壩應(yīng)與匯合河段攔截壩同步施工，盡可能在210min前構(gòu)筑完成。

⑤公共應(yīng)急池

至今未見(jiàn)有關(guān)園區(qū)公共應(yīng)急池收集河流污染水團(tuán)的研究報(bào)道。金塘工業(yè)園區(qū)公共應(yīng)急池位于西南角石壁溪與富屯溪匯合處附近，與尾礦庫(kù)相距9.36km。其下游100m的石壁溪磚廠小橋，經(jīng)過(guò)改建可以攔截7353～19607m3污水。園區(qū)在石壁溪園區(qū)一側(cè)通過(guò)固定潛水泵將污染水團(tuán)抽入園區(qū)雨水箱涵并轉(zhuǎn)輸于30000m3的園區(qū)公共應(yīng)急池，合理利用園區(qū)公共應(yīng)急池既減少了構(gòu)筑環(huán)境應(yīng)急空間的時(shí)間，儲(chǔ)存的污水還可以及時(shí)轉(zhuǎn)移至園區(qū)污水處理廠進(jìn)行處理。

⑥水電站

邴永鑫[6]在某銻污染事件的應(yīng)急處置中，對(duì)事故點(diǎn)下游1個(gè)水電站落閘攔截污染物，同時(shí)在支流的2個(gè)水電站落閘蓄水，減小因清水下泄造成下游污水量增加。張曉健[9]采取加大融江上水庫(kù)電站的放流量，按照龍江河與融江1/2的匯流比調(diào)控，通過(guò)稀釋減輕對(duì)柳江的影響。金塘水電站位于富屯溪上，距離尾礦庫(kù)11.43km，距石壁溪匯入口下游1.4km，水庫(kù)總庫(kù)容2753.00萬(wàn)立方米，調(diào)節(jié)庫(kù)容257.20萬(wàn)立方米。當(dāng)石壁溪流域突發(fā)水環(huán)境事件時(shí)，可預(yù)先開(kāi)閘防水，盡可能騰出庫(kù)容，以備在石壁溪流域無(wú)法進(jìn)行有效攔截時(shí)，通過(guò)水電站實(shí)施最后攔截和污染處置。

3.結(jié)論

為了防控尾礦庫(kù)事故對(duì)河流的污染，經(jīng)過(guò)深入調(diào)查研究，尾礦庫(kù)下游的人工濕地、橋梁、攔截壩、排洪渠、園區(qū)公共應(yīng)急池、水電站等場(chǎng)地和設(shè)施可以作為有效攔截尾礦庫(kù)事故產(chǎn)生的尾砂、尾水的環(huán)境應(yīng)急空間。

本著因地制宜、快速響應(yīng)的污染事故應(yīng)急處置原則，進(jìn)一步探討了橋梁改建、排洪渠和園區(qū)公共應(yīng)急池有效利用的方式、方法，具有福建地方特色。