甘肅某冶金廢渣回收項目地下水資源及環境影響評價

劉 海, 勵 麗

(1.甘肅省地質環境監測院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 地質概況

調查區區域在大地構造上處于秦嶺東西緯向構造體系與武都山字型構造體系前弧東翼的復合部位，調查區斷裂構造不發育，在山坡及其下游溝谷地段第四系厚度一般5～15 m。布置于坡頂及河、溝內的鉆孔在鉆探過程中也未遇到構造破碎帶。由本次野外調查和鉆孔顯示，項目建設場地所在的柳林鎮主要出露有三疊系、新近系及第四系地層，表層披覆黃土[1]。項目建設場地地下水位埋深6.6～10.36 m。尾礦庫沖溝和西溝河河(溝)谷區酸浸渣回收車間包氣帶巖性上部由第四系粉質粘土組成，厚度4.9～8.6 m；下部為含泥質砂碎石、砂礫石。

2 水文地質特征

2.1 地下水含水巖組及富水性

建設場地內第四系松散巖類孔隙水主要分布在永寧河支流的西溝河河溝中部，呈條帶狀分布，靠近河溝地表水流的地段具有一定的富水性，遠離河溝的兩側山體坡腳地帶富水性差或不富水。地下水位埋深大于6.6 m，在平面上變化較大，含水層以砂礫石層為主，泥沙含量大，厚度2～4 m。根據本次Z1、Z2、Z3號鉆孔成井后抽水情況，該層地下水在用6 m3/h潛水泵抽水時僅10～15 min即疏干，出現“掉泵”，恢復0.5～1 h后才能繼續抽水，判斷建設場地內第四系地下水富水性極差，單井涌水量約為10～20 m3/d。第四系下覆的碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于新近系表部風化殼中，由于該含水層為新近系泥巖、砂質泥巖，表部風化帶裂隙不發育，并受自身巖性約束和泥質含量影響較大，實際上為不透水層，構成了整個上覆第四系孔隙水的隔水底板。遠離河溝或靠近山邊的地帶第四系極貧水，同時也不存在含基巖裂隙水的基底。項目建設場地無碳酸鹽巖分布，故不存在巖溶水。

2.2 地下水補徑排條件

建設場地內第四系地下水主要接受降水、上游地下徑流和地表水側向入滲的補給。兩側谷坡第四系地下水由高處向低處緩慢徑流進入河溝谷，但補給量極小，水力坡度隨地形變化；河溝谷地下水自上游向下游即總體由西向東徑流，水力坡度一般為30‰～40‰?，F狀第四系地下水排泄方式主要有地下徑流、人工開采等。

3 地下水資源評價

3.1 地下水補給量

地下水天然補給量主要為上游地下徑流流入、河流側向入滲、溝谷潛流和大氣降水滲入垂向補給量，基巖山區由于新近系泥巖、砂質泥巖裂隙發育少，泥質充填物多，風化帶潛流補給量可忽略不計。

(1)河流側向入滲補給量。河流側向入滲補給按照岸邊公式計算，兩側地下水埋深可用本次施工的鉆孔水位，河流與鉆孔距離在1∶10000地形圖上直接量算，孔口高程以本次工程測量數值為準[2]。

計算公式：Q河補=KB△H2t/2L

(1)

式(1)中：K為含水層滲透系數(m/d)，取本次抽水試驗計算平均值0.93 m/d；t為地表水對地下水補給時間(d)，據調查扣除枯水期后按200 d計算；B為補給帶寬度(m)，地形圖上量取為2 200 m；△H為河水位與地下水位相對高差(m)，取三個鉆孔平均值1.8 m；L為地下水位觀測井至河距離(m)，平均值30 m。

經計算，項目區河流側向入滲補給量為2.21萬立方米/年。

(2)溝谷潛流側向補給量。溝谷地下潛流主要分布在馬蹄溝和苜蓿溝內，為垂直于河流方向由北向南徑流。溝谷第四系地下潛流補給按照達西公式計算，斷面厚度和寬度按本次野外調查時實際測量值代入。

計算公式：Q谷側=K·I·H·B

(2)

式(2)中：Q谷側為谷坡側向補給量(m3/d)；K為滲透系數，按試驗最小值取得0.54 m/d；I為水力坡度，馬蹄溝取20%，苜蓿溝為25%；H為含水層厚度，取第四系坡積含水層平均厚度，為2.0 m；B為斷面寬度，為實測谷底段寬度。馬蹄溝取80 m，苜蓿溝取50 m。

經計算，項目區溝谷側向補給量為30.78 m3/d，年側向補給量1.12萬立方米。

(3)地下水徑流流入量。主要由計算區內西溝河河谷西側向東側徑流，地下水徑流補給選擇達西公式計算，上游斷面滲透系數取抽水試驗計算值0.54 m/d；實測水力坡度值55‰；含水層厚度為鉆孔揭露,取平均厚度3.7 m；斷面寬度實測并垂直地下水流向，為140 m。

計算公式：Q徑流=K·I·H·B

(3)

式(3)中：Q徑流為側向補給量(m3/d)；K為滲透系數；I為水力坡度；H為含水層厚度；B為斷面寬度。

經計算，項目區地下徑流補給量為15.38 m3/d，年徑流補給量0.56萬立方米。

(4)大氣降水垂向滲入補給量

計算公式：Q雨滲=Hm·M·α·1 000

(4)

式(4)中：Q雨滲為大氣降雨垂向補給量(m3/a)；Hm為大氣降水量(mm)，采用徽縣氣象站多年平均值746 mm；M為入滲區面積(km2)，取值0.34 km2；α為降水入滲系數(無量綱)，采用徽縣地區經驗數據0.09。

經計算，大氣降水垂向年補給量為0.83萬立方米；

綜合上述，區內地下水總補給量為4.72萬立方米/年。

3.2 地下水排泄量

前已述及，地下水排泄方式主要地下徑流流出、地面蒸發和少量人工開采。

(1)地下徑流流出量。根據前述達西公式，選擇柳林鎮橋頭以東西溝河地表水與永寧河干流交匯處斷面為流出斷面。滲透系數取值1.27 m/d；實測水力坡度值30‰；含水層厚度根據調查該斷面處柳林鎮生活用水井成井資料取平均厚度5.8 m；斷面寬度實測并垂直地下水流向，為400 m。

經計算，調查區地下水徑流排泄量為3.23萬立方米/年。

(2)蒸發排泄量。參考《甘肅省徽縣城區供水水源地勘查報告》資料，計算公式為：

Q蒸=εF

(5)

式中：F為蒸發區面積(水位埋深<4 m的區域集中在永寧河支流與干流交匯處河漫灘及一級階地前緣一帶)，1∶1萬地貌圖上量取水位埋深小于4 m的面積為0.06 km2。

ε為蒸發強度，采用柯達夫—阿維揚諾夫潛水蒸發公式ε=ε0(1-h/hmax)n計算潛水蒸發強度ε(式中：ε0水面蒸發強度，徽縣為1 161.6 mm；hmax潛水蒸發極限埋深，一般取4 m；n為待定系數，與包氣帶巖性有關，取2)；H為水位埋深(m)。

經計算，蒸發強度72.6 mm，蒸發量為0.44萬立方米/年。

(3)人工開采。據調查，區內Z1鉆孔上游有3眼村民家中自挖大口井，總開采量為5 m3/d，即0.18萬立方米/年。

綜合以上各項，全區地下水總排泄量3.85萬立方米/年。

3.3 地下水均衡

根據上述計算，均衡區內地下水補給量為4.72萬立方米/年，排泄量為3.85萬立方米/年，地下水補給補量大于排泄量，均衡差為+0.87萬立方米/年，呈正均衡狀態。

3.4 地下水資源利用現狀

項目區及周邊柳林鎮鎮區地下水資源開發利用量小，僅在鎮區東北部有一眼生活用水井，日開采量為150 m3/d左右，項目區西側葫蘆壩村中有少量大口井，單井開采量均小于2 m3/d。

4 地下水環境影響評價

項目建設場地與柳林鎮柳林村集中供水水源地之間相距約900 m，雖然處于同一流域內，因距離遙遠，補給來源也不同，實際無水力聯系。廠區與該水源井之間再無分散式生活飲用水井，下游沿途鄉村居住點分布零散，多依山坡而居，人畜生活飲用水源為山泉或鄉鎮集中供水，不存在低處河谷地下水補給山邊泉水的條件。項目區河谷與相鄰兩側河溝谷地下水之間不存在水力聯系，各自處于獨立的水文地質單元單元。而下游永寧鎮泰伯村、唐莊趙峽集中式供水水源地位于項目區南側約5 km外的溝谷中，亦無水力聯系。據此，該項目不會對現狀下游柳林鎮、永寧鎮鄉鎮及農村人畜生活飲用水源地的地下水質安全造成威脅[3]。

通過對項目建設場地環境影響評價區地下水在事故狀態下的污染預測，在生產循環用水發生泄漏時，假設在最不利的條件下Zn、Hg、Cu、Pd隨污水全部下滲至包氣帶及含水層后，受地下水徑流方向和地形影響，污染物濃度會逐漸擴散并向泄露點東側下游運移，中心點濃度也逐漸減少，其中Cu、Pd離子的中心點濃度在泄漏后的4天和2天后分別達到了地下水Ⅲ類標準要求，而Zn、Hg在運移14年(項目運行期滿)后仍未達標，直到第23年和第30年后，Zn、Hg離子中心點濃度最終達標，分別為0.98 mg/L(≤1.0 mg/L)和0.00096 mg/L(≤0.001 mg/L)，濃度中心向下游運移距離分別為36.2 m和46.7 m。假設尾礦庫在運行期間發生潰壩事故時庫內廢水全部瀉出并滲入地下，廢水中的Zn、Cd是影響地下水質的主要污染源，在經過14年的運移和擴散后，濃度中心點自泄露處向下游運移了22.1 m，中心點Zn、Cd的濃度均未達到地下水Ⅲ類標準要求，但此時上述影響因子含量在中心點下游一定距離后符合地下水Ⅲ類標準，即在污染源泄露點下游64 m處Zn濃度為0.99 mg/L(≤1.0 mg/L)、泄露點下游84 m處Cd濃度為0.0097 mg/L(≤0.001 mg/L)。

本項目屬于Ⅰ類建設項目，可能造成地下水水質污染的事故包括生產用水泄露和尾礦庫潰壩。經過本次地下水環境影響預測，在項目建成后運行的各個生產階段，直至運行期滿(14年)后，以上事故造成的地下水污染除污染源附近小范圍以外的區域均能達到地下水環境質量標準要求。本項目的建設對下游柳林鎮、永寧鎮鄉鎮集中供水水源地無影響，因此，評價認為本項目建設可以滿足地下水環境質量標準的要求。