巖溶含水層/弱透水層分布區某擬建化工項目地下水污染風險分析

安雙財

摘要：在我國西南基巖山區存在許多巖溶含水層-裂隙弱透水層交替分布區，這些地區巖溶含水層巖溶較為發育，而裂隙弱透水層隔水性相對較好，因此，開展這類基巖山區地下水污染風險分析對巖溶含水層水源保護及項目選址具有重要指導意義。本文以云南富源縣某擬建化工項目為例，通過污染項目對其下伏及周邊含水層的影響進行預測分析，為基巖山區此類項目選址提供參考。

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.

關鍵詞：巖溶含水層;弱透水層;地下水污染;風險分析

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

中圖分類號：X824? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0274-04

0? 引言

地下水污染風險評估是地下水污染管理的關鍵環節。準確評估一個水源地或污染源周邊的地下水污染風險對地下水污染管理至關重要。因此，近年來，地下水污染風險評估受到了許多學者的廣泛關注[1-7]。針對不同場地不同尺度的地下水污染風險評估采用的方法各有差異。對于平原區而言，李紹飛等[2]從污染源荷載、滲透補給條件、含水層巖性、社會經濟等方面構建評價地下水污染風險指標體系，根據突變理論，建立平原區淺層地下水污染風險突變評價模型。而對于巖溶區而言，崔亞豐等[8]構建了適合巖溶區地下水污染風險評價體系并以地蘇地下河系流域為例開展巖溶區域地下水污染風險評價，研究表明地下水污染風險空間分布特征與巖性、坡度、巖溶網絡發育等自然條件密切相關。而對于構造對地下水污染風險的影響方面，梅向陽等[9，10]針對向斜構造對地下水污染風險進行了分析，而王仁敏等[11]則探討了巨厚包氣帶巖溶區垃圾填埋場選址合理性及其對下游敏感保護目標的影響。

綜上所述，場地地質及水文地質條件對地下水污染風險評估結果影響明顯，而本文重點考慮巖溶含水層和裂隙弱透水層分布區某擬建化工項目對地下水污染風險的影響進行分析評價，為我國基巖山區重點污染類項目選址及地下水污染風險評估提供借鑒。

1? 研究區水文地質條件特征

1.1 研究區水文地質概況

研究區位于區域雨汪旋卷構造東南邊界，整體上，研究區地下水主要受雨汪旋卷構造及北東南西向褶皺構造的控制，不同次級構造區域地下水富集性差異較大。根據水文地質初步調查發現研究區主要出露三疊系中統個舊組（T2ga）碳酸鹽巖巖溶含水層和三疊系永寧鎮組（T1yb）細砂巖及頁巖弱透水層，為一個相對獨立完整的水文地質單元，水文地質單元范圍內巖溶含水層主要為三疊系中統個舊組灰、深灰色灰巖巖溶含水層，而弱透水層主要為三疊系永寧鎮組黃綠、紫色細砂巖夾粉砂巖頁巖、泥灰巖夾泥巖弱透水層，經數值模擬分析顯示，受永寧鎮組弱透水層的影響，數值模擬評價范圍內地下水主要沿著北東及南西兩個方向徑流，南西方向地下水主要向南側喜舊溪河排泄，沿著北東方向徑流地下水最終排泄于北東側黃泥河。總體上，研究區為一個相對獨立的完整水文地質單元，因此，本次圈定如圖1黑色虛線范圍約28.49km2作為本次地下水風險分析的調查范圍，而白色虛線范圍11.72km2則為本次數值模擬預測分析范圍，根據水文地質調查發現模擬計算區北西側以F1導水斷層斷層為定流量邊界，南東側以三疊系永寧鎮組黃綠、紫色細砂巖夾粉砂巖頁巖為隔水邊界，南西側以個舊組分水嶺為隔水邊界，與區域地下水流向相符，由此，整個數值模擬研究區構成一個相對獨立完整的水文地質單元。區域地下水主要受大氣降水入滲補給，沿著三疊系中統（T2ga）巖溶及裂隙介質徑流，根據本次水文地質調查，分析范圍內，北側區域的地下水總體上沿著北東方向徑流，而南側箐門前一帶的地下水往南徑流，最終排泄于南側740號區域泉群，整體上，研究區地下水補徑排條件較為清楚。

1.2 研究區構造水文地質特征

F1逆斷層：位于場地北側（圖1），地表部分被覆土掩蓋，走向北東，傾向南東，傾角42～60°，斷裂兩側均為灰巖，富水性強，透水性強，項目區地下水沿北東向排泄。

F2逆斷層：位于項目區北側，走向北東，傾向南東，傾角25～63°，項目區地段，斷層北側為灰巖，南側為頁巖，頁巖具有一定的阻水作用，故導致北側的巖溶裂隙水在斷裂F1地段被南側頁巖阻斷，沿斷裂F1向北東向徑流，根據圖2落水洞位置推測沿著場地北西側F2斷層可能存在巖溶發育帶，尤其是該斷層與F3夾持的個舊組巖溶含水層三角區域3口深井（100m）均為揭露地下水位，表明該區域存在巖溶導水帶，F2在場地北西側導水性較強，場地西側地表水及地下水沿著溝谷向北側徑流，至F2處順著落水洞進入地下，沿著地下水暗河向北東側徑流排泄。

研究區受區域雨汪旋卷構造影響，各斷層導水性和富水性差異較大，在雨汪旋卷構造作用下，地下水主要沿著北東及南西向徑流，同時受旋卷構造兩側褶皺構造影響，研究區范圍內形成局部富水盆地，整體上，雨汪旋卷構造控制著研究區地下水補徑排條件特征。

1.3 研究區地下水補徑排條件

根據本次調查和區域地質資料，區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，受雨汪旋卷構造及北西南東兩側褶皺構造的影響，根據水文地質調查及勘察顯示項目場地所處三疊系中統（T2ga）碳酸鹽巖巖溶水含水層較為豐富，而場地中部分布的三疊系下統永寧鎮組頁巖隔水層透水性較差，受含水層及隔水層分布特征的影響，研究區范圍內主要受近北東南西向斷層構造的控制，地下水主要受大氣降水入滲補給，順著溶蝕裂隙及層間裂隙徑流，受東側個舊組第二段（T2gb）頁巖隔水底板的影響，研究區南西側箐門前水庫一帶形成相對較為富集的富水盆地，根據雨汪電廠門口散戶水井揭露地下水位埋深約為35m，而穩定水位埋深約為15m，富水層位巖溶含水層具有一定承壓性，穩定水位標高與項目場地西南側出露的Q1和GW3龍潭以及南西側箐門前水庫西側Q2龍潭出露的標高相當，由此推斷，雨汪電廠門口及南側區域以箐門前水庫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，研究區地下水主要沿著兩個方向排泄，箐門前水庫西南側主要往西南方向徑流排泄，而項目區西側出露的GW3龍潭及Q1排泄進入西側溝谷河流，往北徑流經落水洞進入F2導水斷層地下暗河向北東方向徑流，最終排泄于北東側黃泥河，受不同斷層構造導水性和阻水性差異影響，研究區北側地下水埋深及富集程度差異較大，整體上，本次研究區地下水主要沿著北東側黃泥河溝谷排泄，而南西側主要往南側發乃村南側泉群（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，經調查分析，研究區地下水補徑排條件較為清楚。

1.4 區域及場地巖溶發育及分布及特征

根據本次調查和區域地質資料，區域地下水類型以三疊系中統（T2ga）碳酸鹽巖巖溶含水層為主（圖1），受區域雨汪旋卷構造影響，研究區范圍內各斷層導水性及富水性差異較大，根據調查項目北西側落水洞及3個深孔未見地下水可以推斷研究區范圍內主要發育的巖溶為F2斷層一帶可能存在地下暗河沿著F2斷層向北東側發育，最終以泉的形式排泄于北東側黃泥河，受東南側（T2gb）頁巖隔水底板影響，項目南東側以箐門前水庫為中心，地下水形成較為富集的富水盆地。而南側地下水主要向發乃一帶的740號區域泉群排泄，研究區范圍內巖溶發育分帶特征較為明顯，巖溶強發育區主要受雨汪旋卷構造的控制。

2? 研究區地下水污染風險分析

根據前述水文地質條件調查及分析概化，依據相關規范要求進行模型概化并進行數值模擬預測分析，下面將給出邊界條件概化及氨氮特征污染物在7200天后污染羽狀物擴散范圍圖如圖3和圖4所示，圖中坐標網格為每個間隔為500m。

從上述預測圖4可以看出，重點污染工程區氨氮污染羽狀物主要沿著北側和北西方向遷移擴散，雨水收集池及事故水池區域的氨氮污染羽狀物在7200天后向北西方向最遠遷移距離約為200m，未能到達GW3龍潭集中水源，而液氨站超標濃度氨氮污染羽狀物在7200天后向北側最遠遷移距離約為300m。

3? 結果與討論

通過上述數值模擬分析顯示，對于巖溶區化工項目的選址，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，可大大減少項目風險條件下對地下水污染造成的風險。以本次擬建項目為例，位于中部裂隙弱透水層中的重點污染工程羽狀物遷移擴散速度較慢，對周邊的敏感目標影響較小，而如果將項目落在高滲透性的巖溶含水層中或巖溶管道分布區，那么項目對地下水造成的污染風險將不可控。但對于本項目而言，把重點污染工程區分布于裂隙弱透水層中，對于選址困難地區，即使是巖溶區，也不應是化工類項目的禁區。此外，從上述污染物遷移擴散方向及距離可以看出，受不同含水層/弱透水層分布影響，羽狀物擴散方向及距離差異較大，但最終未對項目周邊敏感目標造成污染影響，即超標濃度羽狀物在7200天內未能到達周邊泉點及溶洞入口。綜合以上分析，對于我國西南巖溶區項目選址，應因地制宜，而不是一概而論，重點對項目區地質及水文地質條件進行深入調查及分析至關重要。只有在分析清楚水文地質條件的基礎上，開展預測及評價工作，才有可能獲取更合理的評價結論，從而為項目區選址及項目環評提供更為可靠的依據。

另一方面，對于此類復雜水文地質條件地區化工項目建設后續還應該做好地下水污染跟蹤監測及應急替代措施，尤其是西側水源泉點，風險條件下，一旦監測到該點受項目建設影響導致污染，應及時為其做好替代方案。此外，充分利用項目區地下水西側溶洞入口做好風險預案，一旦項目區污染地下水向該處匯集，可在該點采取收集處理措施。

4? 結論

本文以云南富源縣某巖溶含水層/裂隙弱透水層分布區某擬建化工項目地下水污染風險分析為例，通過水文地質調查及勘察，在查明擬建污染項目區水文地質條件基礎上進行項目區地下水污染風險分析及預測，通過研究主要獲得以下認識：

①通過解析計算及數值模擬分析表明，通過將高污染項目放在裂隙弱透水層中可降低項目建設對地下水污染風險。

②對于巖溶區化工項目的選址及地下水污染風險評估過程中，應根據項目區地質及水文地質條件進行充分對比分析，因地制宜，根據項目性質及含水層/隔水層分布特征進行有效布局以及采取有效防控措施至關重要。

③巖溶區落水洞作為地表水/地下水匯集區，在極端情況下可直接在這些地區采取污染防治工程，減少污染地下水進一步擴散。

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