天峰磷石膏堆場對區域水環境的影響分析

陳敏濤, 陳麗霞, 熊 俊

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 550002; 2.貴州大學 資源與環境工程學院,貴州 貴陽 550025; 3.貴州省建筑工程勘察院,貴州 貴陽 550001)

天峰磷石膏堆場對區域水環境的影響分析

陳敏濤1, 陳麗霞2, 熊 俊3

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 550002; 2.貴州大學 資源與環境工程學院,貴州 貴陽 550025; 3.貴州省建筑工程勘察院,貴州 貴陽 550001)

通過對壓實礦渣和松散礦渣進行滲水試驗,結合鉆孔壓水試驗,表明堆場內渣體及巖體滲透性較好,巖體節理裂隙發育,地表、地下水力聯系較好。在場區內布置監測斷面及監測點,通過水樣采樣分析,表明主要污染物為TP。根據TP濃度,結合鉆孔、高程等情況繪制水污染趨勢圖,從而分析磷石膏堆場對區域水環境的影響。

磷石膏堆場;水環境;污染;趨勢圖

磷礦在生產過程中產生大量磷石膏,磷石膏是一種固體廢物,在堆放過程中如發生滲漏或外溢,其滲濾液易造成地表水和地下水污染[1]。天峰磷石膏堆場地處西南巖溶山區,區域內節理裂隙發育,地表、地下水力聯系良好;在堆場西側是貴陽市主要的水源地——紅楓湖的主要支流羊昌河,堆場在未進行相關處理即投入使用,致使其滲濾液已對區域內地表、地下水體均造成不同程度的污染。

本文在前人研究的基礎上,通過壓水試驗、注水試驗和水樣調查,進一步查明堆場的分布狀況、區域內水文地質條件、巖溶及節理裂隙發育情況,分析地表水與地下水的水力聯系,查明堆場對周邊區域水環境的影響,為污染治理提供基礎依據。

1 堆場基本概況

1.1 自然地理概況

天峰磷石膏堆場位于平壩縣高峰鎮黃貓村雞窩坡,西距紅楓湖上游羊昌河約550 m;屬于亞熱帶大陸性季風濕潤型氣候,多年平均降雨量1 256.3 mm,相對濕度大。堆場區為溶蝕準平原—峰林地貌,局部為峰叢地貌。地勢總體平坦,時有石芽、基巖出露,局部見溶蝕殘丘,峰林主要呈星點狀分布;覆蓋層厚度變化大,基巖面起伏較大,地表水及巖溶泉發育,地勢低洼處易積水。場區附近主要地質構造為羊昌向斜,向斜軸部于羊昌河下河灣附近,呈近南北向通過。場區內出露地層相對簡單,主要為三疊系中統花溪組(T2h)、貴陽組(T2gy),第四系Q,詳見表1。

1.2 堆場與巖土體接觸情況

堆場東西向最寬處約230 m,南北向最長處約360 m。堆場南部在降雨沖刷搬運作用下,部分磷石膏由水體攜帶,在西—西北方向堆場至羊昌河下河灣之間、西南方向堆場土壩至白頭村之間的田地中沉積;在運輸過程中灑落磷石膏在平面上沿道路展布。堆場與周邊巖土體接觸良好,堆場南側、西西北方向至下河灣田地中沖積搬運沉積的磷石膏主要與紅粘土直接接觸;北側為放坡堆填,磷石膏與節理裂隙發育的巖體直接接觸;西北方向靠近馬鞍山位置部分與零星出露的節理裂隙發育的巖體直接接觸;西南向堆場土壩與白頭村田地中沖積搬運沉積的磷石膏與紅粘土直接接觸,靠近山體部位,局部出露巖石,與節理裂隙發育的巖體直接接觸[2]。堆場與巖體直接接觸面積約為2.75萬m3(平面投影)。

表1 區域地層巖性簡表

2 水文地質條件

2.1 地表水

堆場附近區域地表水體分布廣泛,主要為羊昌河、水塘,以及水渠(詳見圖1)。區域內地表水體主要接受降水補給,其排泄基本以羊昌河作為排泄基準面;但水塘01除外,水塘01以蒸發為主要排泄途徑。截至現場踏勘時,水塘01已干涸。

2.2 地下水

堆場位于羊昌河開闊向斜近軸部東翼,場區下覆基巖為三疊系中統貴陽組(T2gy)灰巖、白云巖,東側為三疊系中統花溪組(T2h)白云巖、泥質白云巖,均為含水層。場區巖溶及節理裂隙發育,地下水接受降雨和地表水補給,由巖體節理裂隙進入基巖含水層。兩含水層之間存在近東西向的水力聯系,受三組產狀結構面控制,通常情況下花溪組(T2h)補給貴陽組(T2gy),當降雨較大時,因堆場位置地形較高且基巖出露,貴陽組(T2gy)也會對花溪組(T2h)進行補給。貴陽組(T2gy)除主要受降水、花溪組(T2h)補給外,還接受羊昌河的補給。其余補給來源為局部基巖直接出露部位地表水單元(除羊昌河外)對含水層的補給,補給量有限。因受三組產狀結構面和分水嶺控制,通常情況下,場區地下水徑流方向大致向西,但在雨季時,局部徑流方向轉而向東;而受278°∠58°結構面控制(走向為188°),通常情況下徑流方向大致向北,局部徑流方向轉而向南(圖1)。

圖1 水文地質綜合平面圖、地下水污染趨勢圖Fig.1 Multiple ichnography of hydrogeology and trend for groundwater pollution1.貴陽組;2.花溪組;3.地層界線;4.水環境中總磷(TP)含量及等值線(mg/L);5.磷石膏流場;6.推測地下水流向;7.地表水溝及編號;8.巖溶泉及編號;9.落水洞及編號;10.機井及編號;11.溶洞及編號;12.水塘取水樣;13.集雨面積范圍線。

場區內巖溶發育,見7個溶洞,部分溶洞間相互連通形成管道,且出露泉眼也較多(圖1),位于羊昌河邊的Q2、Q3、Q5、Q6,其水位略高于羊昌河水面,在雨季,羊昌河水位上升,以上四個泉點即淹沒于河中。

3 水環境影響分析

前人對該區進行的樣方統計調查和連通試驗得出,堆場內巖體節理發育,地下水流屬巖溶管道—裂隙水,表明場區地表水與地下水存在水力聯系。筆者在勘察時,該堆場已將滲漏位置覆蓋,但滲濾液對地下水的污染依然產生很大影響,尤其是在降雨等條件下,更加大了對羊昌河的污染。為了更好地了解礦渣體的滲透性,在前人的基礎上采用試坑法進行滲水試驗和鉆孔注水試驗。

3.1 滲水試驗

滲水試驗可以分為兩部分:一部分是壓實后的礦渣滲水試驗;另一部分是松散堆積的礦渣滲水試驗。滲水試驗均采用試坑法,通過試驗結果表明,壓實礦渣和松散礦渣滲透性均較好。其結果見表2。

3.2 鉆孔壓水試驗

為了測定場區巖體的透水性,評價巖體的滲透特性和設計滲控措施提供基本資料,對ZK23和ZK25號孔采用鉆孔壓水試驗。根據鉆孔壓水試驗,以及采取的原狀土樣室內滲透性試驗,并結合原云南省設計院勘察分院貴州勘察所資料,場地巖土的滲透性指標見表3。通過試驗結果表明,巖體裂隙發育,地表水 、地下水水力聯系較好,且場地巖土的滲透性中等。

表2 滲水試驗結果表

3.3 水質分析

前人曾在研究該區內水時對羊昌河天峰段上游黃貓村水文站至焦家橋河段沿途布點,進行分析。本次試驗在結合前人研究的基礎上,通過現場布點調查,對羊昌河天峰段河道周邊水環境中總磷(TP)、氟化物和砷作進一步分析。監測斷面及調查點見圖1。

表3 鉆孔壓水試驗結果[2]

3.3.1 地表水污染變化趨勢分析

根據水質監測數據[3],結合圖1分析可知,在枯水期由于1#和4#排污溝受污染程度較高的水體雖然直接匯入羊昌河,因水體的自凈能力,降低了TP濃度;Q3下游TP突增,表明該河段受到了新的污染水體影響,河岸或河底存在滲漏點。而焦家橋涉水壩以下至焦家橋河段,無嚴重的滲漏點,則TP值又大幅降低。變化趨勢圖見圖1。

3.3.2 地下水污染變化趨勢分析

通過對地下水取水點TP值、污染程度等值線,并結合巖體結構面綜合分析,渣場磷石膏與巖體直接接觸部位附近的地下水TP濃度最高(ZK25),表明磷石膏滲濾液透過節理裂隙進入巖體成為地下水的污染源頭,渣場—馬鞍山CSJ1抽水機井、馬鞍山CSJ1抽水機井—R2溶洞、渣場—Q6、渣場—Q5方向上,TP值變化梯度較小,表明在這些方向上(總體向北和向西)存在巖溶管道或破碎帶的可能性較高。

渣場北側鉆孔(ZK9)雖在渣場—馬鞍山CSJ1抽水機井方向上,但TP值相對較低,表明紅粘土層隔水性能較好,也反映了巖溶管道或破碎帶發育的復雜性和局部的變化性。

地下水污染的方向和變化趨勢,主要受控于水力梯度和主要巖體結構面走向,水力梯度除反映在地下水向北、向西的主要徑流方向上,還表現為受地形影響的局部徑流方向的改變(ZK25東側的ZK23,TP值相對較高)。因此,地下水的污染方向在磷石膏渣場附近因渣場地形較高,沿地勢降低的方向向四周擴散,在距渣場一定距離后,受地下水總體徑流方向和主要巖體結構面走向的控制,主要向北和向西呈帶狀擴散。變化趨勢圖見圖1。

4 結語

通過現場試驗,結合前人所做工作的基礎上,探明了天峰磷石膏堆場節理裂隙發育,渣體、巖體透水性強,地表水、地下水水力聯系較好,磷石膏滲濾液極容易通過滲漏點污染周邊水環境,進而影響貴陽市重要的水源地——紅楓湖水質。

[1] 鄭文成,賈洪彪,郭明,等.平壩磷石膏堆場滲漏分析與污染防治對策[J].中國巖溶,2010,29(1):75-79.

[2] 云南省設計院勘察分院貴州勘察所.貴州天峰化工有限責任公司磷石膏堆場環境巖土工程勘察報告[R].貴陽:貴州省建筑工程勘察院,2012.

[3] 安順市環境監測站.羊昌河天峰段地表水、地下水監測報告[R].安順:安順市環境監測站,2011.

(責任編輯：于繼紅)

Analysis for the Impact on the Water Environment in Tianfeng Phosphor Gypsum

CHEN Mintao1, CHEN Lixia2, XIONG Jun3

(1.GuizhousurveyandDesignResearchInstituteforWaterResourcesHydropower,Guiyang,Guizhou550002; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025; 3.InstituteofConstructionEngineeringandProspecting,Guiyang,Guizhou550001)

By the infiltration test between compacted and loose slag,the permeability can be indicated. And the conclusion of developed joint fissure and hydraulic connection could be drawn from the pressure water test. The primary pollutant is TP by collecting water samples from each monitoring site; according to the consistence of TP and elevation,the contaminative trend graph will be given. Based on the trend graph,the impact on water environment by phosphor gypsum is analyzed.

phosphor gypsum; water environment; pollution; trend graph

2016-04-29;改回日期:2016-05-19

貴州省水利科技經費項目(KT201304)。

陳敏濤(1982-),男,工程師,碩士,地質工程專業,從事工程地質、水文地質方面的研究工作。E-mail:123643101@qq.com

X143

A

1671-1211(2016)03-0454-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.048

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1629.026.html 數字出版日期:2016-05-11 16:29