貴州黔中片區(qū)犀牛洞地下河系統(tǒng)地下水污染評價及污染途徑研究

胡暑月，王若帆，江 峰，焦 恒

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州遵義563000）

貴州省開陽縣位于黔中經(jīng)濟(jì)區(qū)，是貴州省磷礦的主要輸出地之一。磷礦山、磷化工、磷石膏堆場集中分布，區(qū)內(nèi)地下水污染較為嚴(yán)重。特別是碳酸鹽巖廣泛分布區(qū)，人類對地下水源的需求與日漸嚴(yán)重的地下水污染之間的矛盾加劇。因此研究區(qū)內(nèi)地下水污染現(xiàn)狀及污染途徑是十分迫切的，也是十分必要的。

前人對區(qū)內(nèi)洋水背斜金中片區(qū)做了大量的研究[5-9]，但對洋水背斜南東翼一帶研究程度低。本次以開陽縣雙流鎮(zhèn)南側(cè)一帶光洞河流域中的犀牛洞地下河系統(tǒng)為研究對象，通過水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，采集不同季節(jié)、不同含水層及地表水樣品，針對污染源的特征污染指標(biāo)研究區(qū)內(nèi)地下水污染現(xiàn)狀，從水文地質(zhì)條件研究地下水污染途徑，為區(qū)內(nèi)地下水污染治理提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)概況[1]

1.1 地質(zhì)概況

系統(tǒng)內(nèi)總體地勢北高南低，地貌類型為峰叢溝谷、侵蝕低中山溝谷，地形起伏較小，相對高差50～150m，溝谷多呈南北向展布。系統(tǒng)西側(cè)、北側(cè)及東側(cè)均以地表分水嶺為界，北東側(cè)以寒武系第三統(tǒng)高臺組（∈3g）頂界為界，南側(cè)以光洞河最低排泄基準(zhǔn)面為界。系統(tǒng)內(nèi)出露地層包括：震旦系上統(tǒng)燈影組（Pt33b∈1dy）、寒武系紐芬蘭統(tǒng)至第二統(tǒng)牛蹄塘組（∈1-2n）、第二統(tǒng)明心寺組（∈2m）、金頂山組（∈2j）、清虛洞組（∈2q）、第三統(tǒng)高臺組（∈3g）、石冷水組（∈3sh）、第三統(tǒng)至芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組（∈3-4O1l）。地質(zhì)構(gòu)造主要有，位于系統(tǒng)北西側(cè)一帶的北東向洋水背斜及北東向鬼門關(guān)斷層，此外發(fā)育有走向NEE、SE向大型節(jié)理。

1.2 水文地質(zhì)特征

根據(jù)碳酸鹽巖含量，將系統(tǒng)內(nèi)含水巖組劃分為純碳酸鹽巖含水巖組（碳酸鹽巖占70%以上）、碳酸鹽巖與碎屑巖互層含水巖組（碳酸鹽巖占30%～70%）及碎屑巖含水巖組，具體劃分見表1。

表1 碳酸鹽巖含水巖組劃分及含水介質(zhì)組合類型一覽表

系統(tǒng)上游一帶（K306號伏流入口以上），地下水主要接受大氣降水沿節(jié)理、裂隙入滲補(bǔ)給，受地形展布及北東、南東向大型節(jié)理控制，地下水總體由北向南徑流，由斜坡向溝谷中徑流，受溝谷切割以巖溶下降泉的形式排泄于地表。

系統(tǒng)下游一帶地下水以接受北西、北側(cè)一帶大氣降水匯流成地表溪溝經(jīng)K304號落水洞、K306號伏流入口轉(zhuǎn)為地下徑流補(bǔ)給為主，此外接收大氣降水沿節(jié)理、裂隙、溶孔、溶隙呈面狀入滲補(bǔ)給為輔，地下水受地形展布方向及南西向大型節(jié)理控制，總體由北向南沿地下河管道徑流，受北西—南東向溝谷切割及寒武系第二統(tǒng)金頂山組（∈2j）泥巖阻隔，以地下河出口（S2203）的形式于羊昌幅光洞河北岸犀牛洞一帶排泄于地表（圖1）。偶測流量為1100L/s，地下河管道長約1.8km，地下河出口（S2203）與伏流入口（K306）相對高差118m，水力坡度6.56%。系統(tǒng)內(nèi)地下水流速較快，循環(huán)交替作用強(qiáng)，具快補(bǔ)快排特征。

1.3 污染源類型及分布

系統(tǒng)內(nèi)污染源主要包括：磷化工企業(yè)（H155）、磷石膏堆場（H150）、養(yǎng)殖場（H152）、村寨（涼水井村）。其中：磷化工企業(yè)、磷石膏堆場、村寨處于地下河系統(tǒng)的東側(cè)補(bǔ)給區(qū)，養(yǎng)殖場位于地下河系統(tǒng)西側(cè)碎屑巖分布（圖1）。

2 采樣與測試

系統(tǒng)內(nèi)天然水點共計14個，在調(diào)查過程中采用手持便攜式水質(zhì)檢測儀，現(xiàn)場對泉點的TDS、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧進(jìn)行測定；其次完成系統(tǒng)內(nèi)全分析樣品采集與測試共計16組（其中：S681號巖溶下降泉每月進(jìn)行采集與測試共計8組，其他泉點枯、豐季各1組），采樣點見圖1。

圖1 犀牛洞地下河系統(tǒng)水文地質(zhì)略圖

3 地下水污染評價

3.1 評價方法[4]

采用2014年環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院、中國科學(xué)研究院及中國地質(zhì)大學(xué)等九家科研院所編制提交的《地下水環(huán)境狀況調(diào)查評價工作指南（試行）》中的污染指數(shù)Pki法進(jìn)行污染評價。

式中：Pki——代表k水樣i指標(biāo)的污染指數(shù)；

Cki——k水樣i指標(biāo)的測試結(jié)果，mg/L；

C0——代表k水樣化學(xué)組分i指標(biāo)的起始值，有機(jī)組分等原生地下水中含量微弱的組分起始值按零計算；

CIII——《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848）Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.2 評價指標(biāo)[4]

參照《地下水環(huán)境狀況調(diào)查評價工作指南（試行）》結(jié)合工作區(qū)實際情況，將污染指標(biāo)等級劃分為六個等級，見表2。

表2 工作區(qū)污染等級劃分一覽表

3.3 污染起始值確定

3.3.1 確定方法

巖溶水環(huán)境背景值（污染起始值）是確定巖溶水污染程度的主要參數(shù)，也是巖溶水水質(zhì)評價的基礎(chǔ)[]。本次污染起始值采用數(shù)理統(tǒng)計法[2-3]，公式如下：

式中：X——地下水污染起始值；

n——參與起始值計算的樣本數(shù)；

Xi——實際檢測值；

S——標(biāo)準(zhǔn)偏差。

上述污染起始值計算方法計算的是一個背景值范圍，但是當(dāng)運用污染指數(shù)Pki法進(jìn)行污染評估時，需要選定一個特定的起始值進(jìn)行計算，若用最小值進(jìn)行污染評估，可能會造成多數(shù)調(diào)查的補(bǔ)給區(qū)沒有污染源的水點其評估結(jié)果為受到輕微污染，這與實際調(diào)查情況不符，故本報告采用最大污染起始值進(jìn)行評估（即平均值加標(biāo)準(zhǔn)偏差）。

3.3.2 各含水層地下水污染起始值

系統(tǒng)內(nèi)含水層位為寒武系第二統(tǒng)清虛洞組（∈2q）白云巖、灰?guī)r，第三統(tǒng)高臺組（∈3g）、石冷水組（∈3sh）及第三統(tǒng)至芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組（∈3-4O1l）白云巖，選取系統(tǒng)內(nèi)外未受污染的天然水點及鉆孔作為背景值計算點。特征指標(biāo)包括：總磷（TP）、氟化物（F-）、硫酸鹽（SO42-）、氯離子（Cl-）、鈉離子（Na+）、溶解性總固體（TDS）、氨氮（NH4+）、硝酸鹽（NO3-）、亞硝酸鹽（NO2-）、錳（Mn）、耗氧量（CODMn）及總硬度共11項。見表3。

表3 犀牛洞地下河系統(tǒng)燈影組含水巖組地下水污染起始值統(tǒng)計表（mg/L）

3.4 地下水污染程度評價

將系統(tǒng)內(nèi)各含水巖組所采樣品檢測值特征指標(biāo)按式（1）計算其Pki值，再根據(jù)計算的Pki值與表2中的值進(jìn)行對比，評價其污染程度，評價結(jié)果見表4。

表4 犀牛洞地下河系統(tǒng)地下水污染程度評價一覽表

總體來看，系統(tǒng)內(nèi)地下水呈不同程度的污染（圖2）。

圖2 犀牛洞地下河系統(tǒng)污染程度評價分區(qū)圖

（1）S681號巖溶下降泉泉域范圍內(nèi)地下水受污染，污染程度為極重污染，污染特征指標(biāo)為總磷（TP），從特征污染物及水文地質(zhì)條件分析，污染源為磷石膏堆場及工礦企業(yè)廢水，西側(cè)污染邊界以高臺組頂界為界，南側(cè)至分水嶺一帶；

（2）系統(tǒng)南東側(cè)、南側(cè)污染程度為中度污染，特征指標(biāo)為耗氧量、硝酸鹽，從特征指標(biāo)及水文地質(zhì)條件分析，這些區(qū)域內(nèi)天然水點距離村寨較近，推測為生活污水污染；

（3）系統(tǒng)北側(cè)、北西側(cè)區(qū)域，未見大型工礦企業(yè)分布，僅零星分布有養(yǎng)殖場，且位于碎屑巖地區(qū)，村寨分布稀少，人為工程活動弱，地下水基本未受污染或污染程度低。

4 污染途徑

系統(tǒng)內(nèi)污染途徑分為滲漏入滲和直接排入兩種方式。

4.1 滲漏入滲

主要處于谷旺磷石膏堆場（H150）一帶，堆場處于寒武系第三統(tǒng)石冷水組（∈3sh）及第三統(tǒng)至芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組（∈3-4O1l）白云巖含水巖組中，含水介質(zhì)以溶孔—溶隙為主，系統(tǒng)內(nèi)地下水總體由北向南徑流。該堆場服役年限過長，壩基及防滲膜老化，暴雨季節(jié)堆場中滲濾液混合雨水沿壩基滲出或沿壩基底部通過節(jié)理、裂隙、溶孔、溶隙入滲補(bǔ)給地下水，造成堆場及南側(cè)片區(qū)地下水受到污染（圖3）。

圖3 犀牛洞地下河系統(tǒng)滲漏入滲污染途徑示意圖

4.2 直接排入

堆場片區(qū)磷石膏堆場發(fā)生過底板坍塌事故，后期進(jìn)行過處理，采用涵洞及管道的方式將坍塌處的滲濾液引至下游收集池再回抽至滲濾液池中，統(tǒng)一抽至廠區(qū)處理。但是在暴雨季節(jié)，滲漏處的流量暴增，收集池容量有限且存在滲漏，水泵回抽能力有限，造成涵洞、收集池中的滲濾液直接排入地表溪溝中；廠區(qū)目前停產(chǎn)整頓，但回抽至廠區(qū)的滲濾液仍在處理，通過多期采樣處理后排放的廢水各特征指標(biāo)未達(dá)標(biāo)，排污口的廢水沿沖溝匯入地表水中，此外流經(jīng)區(qū)域廢水沿節(jié)理裂隙入滲，污染該區(qū)地下水（圖4）。

圖4 犀牛洞地下河系統(tǒng)直接排入式污染途徑示意圖

5 結(jié)語

（1）系統(tǒng)內(nèi)磷石膏堆場、磷化工企業(yè)下游片區(qū)寒武系第三統(tǒng)石冷水組白云巖含水巖組中地下水污染程度極重，特征污染物主要為總磷（TP），特征指標(biāo)指示污染源為磷石膏堆場及磷化工企業(yè)；其他監(jiān)測井及泉水點主要為耗氧量、硝酸鹽，特征指標(biāo)指示污染源為生活污水污染。

（2）通過調(diào)查分析，系統(tǒng)內(nèi)地下水污染途徑主要為滲漏入滲和直接排入，污染通道多為溶孔、溶隙。

（3）本文水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)為2019年枯豐季數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)內(nèi)最新的數(shù)據(jù)，其中S681號受污染泉點水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測頻率為每月一次，數(shù)據(jù)來源可靠，可代表系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)狀條件下水質(zhì)質(zhì)量。