川藏鐵路地下水環(huán)境影響關(guān)注的重點及對策研究

張 穎

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

新建鐵路川藏線雅安至林芝段工程是國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中的重點鐵路建設(shè)項目，擬建川藏鐵路位于青藏高原東南部，所經(jīng)區(qū)域地形復(fù)雜，具有顯著地形的高差、敏感的生態(tài)系統(tǒng)等環(huán)境特征[1-2]。鐵路隧道施工造成地下水疏排，可能改變地表水、潛水含水層和下部含水層之間的水力聯(lián)系，破壞地下水補(bǔ)徑排關(guān)系[3-8]，進(jìn)而影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境、居民飲水水源等是地下水環(huán)境影響關(guān)注的重點。

為了科學(xué)的支持川藏鐵路建設(shè)，保護(hù)沿線區(qū)域地下水環(huán)境不受污染，保障居民生產(chǎn)生活用水、隧頂植被及濕地的生態(tài)需水，研究川藏鐵路的建設(shè)對區(qū)域地下水環(huán)境的影響及其相應(yīng)對策顯得十分重要。川藏鐵路昌都至林芝段隧道長度占全線長度比重高達(dá)91%，其隧道工程對地下水環(huán)境的影響尤為顯著[9-10]，其中，昌都至林芝段先期開工段的拉月隧道具有較強(qiáng)的代表性，以拉月隧道作為工程背景，重點分析該隧道工程施工期地下水疏排可能引發(fā)的生態(tài)環(huán)境、居民飲水問題，并研究解決相關(guān)問題的對策，不僅有利于本隧道工程的建設(shè)，而且可作為該區(qū)域其他隧道工程建設(shè)中解決同類問題的參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

拉月隧道位于林芝市波密縣通麥鎮(zhèn)與林芝市八一區(qū)魯朗鎮(zhèn)東久曲之間318國道西北側(cè)，隧道埋深120～2 100 m。隧道洞身距離國道最遠(yuǎn)垂直距離約5.89 km，最近約1.72 km。隧道全長31 090.6 m。為單洞雙線隧道，單面坡。

1.2 地質(zhì)概況

隧道經(jīng)過的地層有前寒武系念青唐古拉巖群片麻巖局部夾片巖、喜山期花崗巖及構(gòu)造巖類，培龍貢支淺埋段主要為第四系沖洪積碎石類土。隧道依次通過f5-1～ f5-11斷層和F52通麥金珠拉韌性剪切帶，如圖1所示。

圖1 拉月隧道工程地質(zhì)剖面

1.3 水文地質(zhì)條件

拉月隧道隧址區(qū)域主要地下水類型為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水，弱-中等富水，培龍貢支段落強(qiáng)富水。

拉月隧道隧址區(qū)隸屬雅魯藏布—獅泉河水熱活動帶。晚新生代以來，該區(qū)地?zé)峄顒邮謴?qiáng)烈。其中，最為人所熟悉的是通麥長青溫泉，該溫泉位于隧道進(jìn)口西南側(cè)，帕龍藏布西北岸，距離隧道直線距離約2 km，現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，該溫泉已被帕龍藏布水體淹滅，但溫泉出露點可見大量高溫水蒸氣，溫度可達(dá)80～94 ℃。

2 地下水環(huán)境影響關(guān)注的重點

2.1 地下水疏排對植被的影響

根據(jù)調(diào)查，拉月隧道上方根系較深的林芝云杉林和高山松林面積最大，分別占比31.36%和25.15%，香柏、高山柏、滇藏方枝柏灌叢，占比16.20%，印栲、刺栲、紅木荷林占比10.76%，植被類型面積最少的是雪層杜鵑、髯花杜鵑灌叢，占比1.88%。

拉月隧道DK1176+851～DK1177+786段穿越巖層為非可溶巖斷層帶，隧段埋深約為1 000 m，弱富水性，該段落植被主要為林芝云杉林，但隧道開挖基本不會造成該段落地下水大量漏失，因此基本不會對隧道頂部植被的正常生長產(chǎn)生影響；隧道出口段DK1190+762～DK1201+478主要分布高山松林和林芝云杉林，該段埋深多在200 m以上，僅DK1191+652～DK1191+738段埋深約120 m，地層為中等-弱富水，隧段開挖疏排淺層地下水可能影響高山松林和林芝云杉林所需的生態(tài)水量[11-15]。但隧址區(qū)處于溫暖半濕潤氣候，年降水量為650 mm，降水量相對豐富，因此可以初步預(yù)測出拉月隧道地下水疏排可能會造成局部隧頂植被略有變化，但充沛的降雨可緩解地下水疏排對植被的影響，整體生態(tài)影響較小。

2.2 地下水疏排對濕地的影響

隧道工程地下水疏排對濕地生態(tài)影響情況復(fù)雜，地下水疏排對濕地生態(tài)影響需要綜合考慮濕地水源補(bǔ)給來源、斷層和地層裂隙發(fā)育程度、巖溶水分布等多種因素[16-18]。

拉月隧道所在水文地質(zhì)單元總匯水面積約359.8 km2，可劃分為7個小型地表匯水單元，各匯水盆地面積分別為①號45.2 km2、②號56.7 km2、③號35.3 km2、④號39.2 km2、⑤號54.3 km2、⑥號92.0 km2、⑦號37.1 km2，如圖2所示。

圖2 川藏鐵路拉月隧道頂部濕地分布

拉月隧道所在水文地質(zhì)單元內(nèi)的濕地類型主要有3種，河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地。①、④、⑥號和⑦號匯水盆地區(qū)域零星有沼澤濕地分布，①、④號和⑦號匯水盆地內(nèi)沼澤濕地主要分布于隧道洞身下方匯水區(qū)域，隧道工程建設(shè)地下水疏排對這類濕地環(huán)境影響較小，施工期應(yīng)防止過量排水；⑥號匯水盆地內(nèi)隧道洞頂北側(cè)分布有一處沼澤濕地，該濕地主要為高山冰湖，隧道穿越冰湖下游溪溝段里程為DK1176+000～DK1178+000，該段隧道埋深約120 m，溪溝底下溝谷段巖性主要為卵礫石層，地下水漏失對地表濕地生態(tài)水量有一定影響，但隧址區(qū)降雨量為650 mm，濕地海拔高，以大氣降雨及冰水融水補(bǔ)給，補(bǔ)給水量充沛，因此，隧道建設(shè)對⑥號匯水單元隧道上方濕地影響有限；①號匯水單元內(nèi)分布有湖泊濕地7個，湖泊平均面積約0.2 km2，多為高山冰湖，接受大氣降水和冰雪融水補(bǔ)給，但以上7處湖泊濕地均分布于拉月隧道出口對面匯水區(qū)域，中間有溪溝分割，隧道與湖泊濕地?zé)o水力聯(lián)系，隧道工程建設(shè)地下水疏排對其基本無影響。

2.3 地下水疏排對居民飲水的影響

拉月隧道沿線飲水居民主要涉及拉月村。拉月村人口數(shù)約為220人。村莊水源為村落西北側(cè)山間溪溝水，拉月隧道穿越拉月村飲水水源的匯水區(qū)。

拉月村的水源為村莊西北側(cè)山間溪溝水，匯水區(qū)面積約1.9 km2。隧道DK1190+660～DK1194+300段穿水源匯水區(qū)，穿越長度為3.64 km，該隧段為片麻巖地層，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，水源匯水區(qū)隧道埋深210～740 m，影響半徑約595.3 m，影響半徑范圍內(nèi)涉及的地表溪溝水匯水區(qū)面積約0.5 km2，經(jīng)初步預(yù)測，隧道疏排水不會對其頂部溪溝水造成較大影響。

2.4 地下熱水排放對受納水體的影響

拉月隧道周邊水系主要有拉月曲和帕隆藏布江兩大水系。根據(jù)地形地貌條件，4號和5號橫洞地下熱水?dāng)M最終匯入拉月曲，如圖3所示。

圖3 拉月隧道4號和5號橫洞地?zé)崴芗{水體水系

根據(jù)河流完全混合模式和河流一維穩(wěn)態(tài)模式，考慮地下熱水未處理排放最終匯入拉月曲，4號和5號橫洞地?zé)崴湃肜虑佣魏螅瑫沟煤恿魉疁貜? ℃增長至5.3 ℃，增加了0.3 ℃，4號、5號橫洞地?zé)崴欧胖晾虑蠹s2 618 m，熱水與河流水充分混合均勻[19-22]。根據(jù)勘探調(diào)查，地下熱水匯入的拉月曲分布有異尾高原鰍、細(xì)尾高原鰍、拉薩裂腹魚等魚類，但調(diào)查期間未發(fā)現(xiàn)魚類的產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道。因此，熱水對拉月曲的水生生態(tài)總體影響輕微。

3 地下水環(huán)境影響對策研究

3.1 地下水疏排對水源、植被、濕地影響的防護(hù)措施

(1)隧道施工時堅持“以堵為主、限量排放”的防治水原則，采取“堵水防漏，保護(hù)環(huán)境”和“先探水、預(yù)注漿、后開挖、補(bǔ)注漿、再襯砌”的設(shè)計、施工理念，達(dá)到堵水防漏的目的。

(2)在既有勘探資料的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報，探明掌子面及隧洞前方地質(zhì)條件，以便采取有效的施工措施，盡量減小對地下水環(huán)境的擾動，防止隧道涌突水。

(3)建立監(jiān)控點，對拉月隧道頂部可能受影響的地表飲用水水源水位、流量進(jìn)行監(jiān)控。

(4)對隧道工程疏排地下水可能對植被或濕地有影響的采取加強(qiáng)隧道堵水，以堵為主，限量排放的措施，同時對堵水后隧頂植被及濕地進(jìn)行遙感監(jiān)測，建議在整個隧道的施工期動態(tài)監(jiān)測植被類型、面積、長勢，濕地面積，濕地植被類型和長勢等，若在采取強(qiáng)化堵水等工程措施后依然對隧道頂部植被及濕地有影響，則在施工期根據(jù)實際情況，制定適宜的生態(tài)修復(fù)方案進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

(5)隧道開工前，制定飲用水水源漏失應(yīng)急預(yù)案。根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，結(jié)合拉月村附近區(qū)域水文地質(zhì)、環(huán)境條件，考慮采用另尋水源、汽車送水等補(bǔ)救、補(bǔ)償措施。

3.2 地下熱水疏排的防護(hù)措施

(1)隧道開工前制定拉月隧道排放地?zé)崴h(huán)境影響的應(yīng)急預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)至少包括以下內(nèi)容。

①地?zé)崴暗刭|(zhì)預(yù)報技術(shù)及實施方案。

②地?zé)崴疁亍⑺|(zhì)、水量動態(tài)監(jiān)測技術(shù)方案。

③應(yīng)急響應(yīng)啟動及終止條件，若地?zé)崴疁亍⑺|(zhì)、水量及受納水體水溫、水質(zhì)超過臨界量，立即啟動應(yīng)急預(yù)案；若水溫超過臨界量，立即暫停隧道掘進(jìn)施工，立即增設(shè)冷卻塔或其他降溫設(shè)施；若水質(zhì)超過臨界量，立即投加混凝劑、助凝劑等，實現(xiàn)對超標(biāo)物質(zhì)的去除。

(2)施工期加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報及水質(zhì)監(jiān)測

①對拉月隧道4號橫洞、5號橫洞及正洞DK1180+000～DK1187+400，DK1187+400～DK1191+500段利用瞬變電磁和超前鉆孔對隧道掌子面前方高溫?zé)崴M(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，對超前鉆孔排出的地下水水質(zhì)進(jìn)行檢測。

②拉月隧道在施工期產(chǎn)生的熱水由4號橫洞和5號橫洞排出最終進(jìn)入拉月曲，根據(jù)受納水體的實際情況，分別在熱水進(jìn)入受納水體的入河斷面以及入河斷面上游和入河斷面下游各設(shè)置1個監(jiān)測斷面，監(jiān)測指標(biāo)為水溫和水質(zhì)。

(3)隧道水質(zhì)處理工藝

拉月隧道4號橫洞、5號橫洞口均設(shè)置廢水處理站1座，處理橫洞口排出的清污分流后的施工廢水，并設(shè)置調(diào)節(jié)沉淀池，廢水處理站工藝為調(diào)節(jié)沉淀—澄清—過濾，并在廢水處理站旁預(yù)留冷卻塔場坪。

若超前地質(zhì)預(yù)報及超前鉆孔確實探測出正洞DK1180+000～DK1187+400，DK1187+400～DK1191+500段有高溫?zé)崴瑒t將高溫水與施工廢水一并收集后排入洞外廢水處理站處理，確保廢水排放口水質(zhì)滿足GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)要求以及受納水體水溫、水質(zhì)滿足GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)建議下階段進(jìn)一步加強(qiáng)對穿越雅魯藏布—獅泉河高溫?zé)崴植紖^(qū)域的拉月隧道等隧道涌水水質(zhì)監(jiān)測及處理技術(shù)研究，減輕水環(huán)境影響。

4 結(jié)論與建議

(1)拉月隧道隧址區(qū)隸屬雅魯藏布—獅泉河水熱活動帶，有斷層發(fā)育，隧道頂部分布有居民飲水點、深根系陸生植被及小型濕地。對于研究川藏鐵路全線的地下水環(huán)境影響具有較強(qiáng)的代表性。

(2)拉月隧道施工可能產(chǎn)生的環(huán)境問題較多，可采取超前地質(zhì)預(yù)報、建立監(jiān)控點、生態(tài)修復(fù)、另尋水源、冷卻塔降溫等措施進(jìn)行常規(guī)處理。針對拉月隧道的地?zé)崴畣栴}，還應(yīng)對其排水水溫、水質(zhì)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，并進(jìn)一步研究其處理技術(shù)，確保地下熱水排放對下游受納水體的生態(tài)環(huán)境影響可控。

(3)拉月隧道排放的地下熱水是一種自然資源，可結(jié)合工程實際，應(yīng)用于隧道附近施工營地、拌和站等輔助工程的熱能需求；另外，結(jié)合拉月隧道周邊生態(tài)修復(fù)、農(nóng)畜牧業(yè)的需水情況，可進(jìn)行多級利用，如用于居民供暖、生活用水等。