尾礦填埋場水文地質特征研究

王承剛，肖 瀟，紀智慧，劉向榮

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

某歷史遺留鋅鎘尾礦位于湖南省張家界市，目前露天堆放，未依據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標準》（GB 18599—2020）進行污染控制和規(guī)范環(huán)境管理，現(xiàn)場只用塑料薄膜覆蓋，無截水措施、防滲措施和攔渣壩，導致含重金屬滲濾液泄漏，污染地下水環(huán)境。為改善周邊環(huán)境，加強自然生態(tài)保護，擬選址安全填埋尾礦[1-3]。因此，填埋場建設前需要落實水文地質調查，開展野外調查和室外試驗，通過前人成果和野外資料整合分析，明確研究區(qū)的水文地質條件，指導后續(xù)地下水環(huán)境保護工作[4-6]。

1 區(qū)域地質概況

湖南省張家界市屬亞熱帶季風氣候區(qū)，春暖多雨，夏季干熱，秋高氣爽，冬季寒冷，四季分明。春夏多暴雨，7—9月常有伏旱、秋旱現(xiàn)象。研究區(qū)屬澧水流域，陳家溪為澧水南岸一級支流，總體呈南北向流經(jīng)研究區(qū)，于周家坊匯入澧水。

研究區(qū)總體地勢西北高，東南低，擬建填埋場位于構造剝蝕丘陵的山間谷地。地層由老到新包括震旦系燈影組（Z2d）、寒武系牛蹄塘組（∈1n）和石牌組（∈1s），奧陶系桐梓組（O1t）、紅花園組（O1h）和大灣組（O2d），志留系馬溪組（S1l）以及第四系白水江組（Qpbs）。填埋場范圍內(nèi)無明顯地質構造活動。

2 含水巖組

按含水層性質及埋藏條件，研究區(qū)地下水主要分為4種。一是賦存于人工填土和第四系上層中的包氣帶水，二是賦存于第四系卵石、砂礫石中的潛水，三是賦存于風化基巖層中的基巖裂隙水，四是賦存于碳酸鹽巖中的巖溶水。研究區(qū)豐水期與枯水期地下水等水位線圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)豐水期與枯水期地下水等水位線圖

研究區(qū)地下水主要受地表水下滲補給，在人類活動區(qū)同時接受生活排水補給，水位不穩(wěn)定。研究區(qū)包氣帶水一般位于地面以下0.4～3.5 m。地下水水質極易受到人類活動影響。

潛水主要賦存于第四系白水江組卵石和砂礫石中，主要接受大氣降水補給，澧水及陳家溪在豐水期部分時間段補給兩岸潛水層，稻田區(qū)還存在灌溉用水的入滲補給。勘察期間測得潛水穩(wěn)定水位埋深介于0.50～5.88 m。潛水地下水位變化幅度一般為2～4 m。

基巖裂隙水含水層主要受大氣降水補給及其他地層含水層側向補給，其水位、水量大小和徑流補給受裂隙的發(fā)育程度、連通性以及區(qū)域構造的影響，且基巖多上覆全風化殘破積層，滲透系數(shù)小，地下水水量較小。地下水多沿接觸面流動。

碳酸鹽巖巖溶水含水層主要受大氣降水補給及其他地層含水層側向補給。地下水流量受巖溶發(fā)育影響明顯，其中，奧陶系桐梓組巖溶發(fā)育強烈，巖溶水多為管道流徑流，以地下河出口形式排泄，水量豐富；其他地層巖溶水多為裂隙流，以下降泉形式排泄于地表，水量中等。

3 地層滲透性

3.1 黏土層滲水試驗

在擬建填埋場內(nèi)選取2處包氣帶粉質黏土試驗點，使用雙環(huán)法進行滲水試驗。包氣帶滲透系數(shù)的計算公式為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為穩(wěn)定滲水量，m3/d；L為試驗時間段內(nèi)水由試坑底向土層滲透的深度，m；F為試坑（內(nèi)環(huán)）滲水面積，m2；Hk為毛細壓力水頭（一般等于毛細上升高度的一半），m；Z為試坑內(nèi)水層厚度，取0.1 m。

滲水試驗結果如表1所示。粉質黏土層的滲透系數(shù)為0.073～0.137 m/d，滲透性等級為弱透水，防污能力較好。

表1 試坑滲水試驗結果

3.2 卵石層抽水試驗

利用鉆孔ZK12和ZK13對卵石層進行抽水試驗，具體要求參照《供水水文地質勘察規(guī)范》（GB 50027—2001），采用單孔淺水非完整井抽水試驗公式計算滲透系數(shù)。具體公式為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為鉆孔涌水量，m3/d；S為水位降深，m；r為抽水孔半徑，m；L為過濾器長度，m。

抽水試驗結果如表2所示。卵石層的滲透系數(shù)為32.92～51.58 m/d，滲透性等級為強透水，滲濾液泄漏至卵石層后快速向周邊擴散遷移，環(huán)境污染風險較大。抽水降深歷時曲線如圖2所示。

表2 抽水試驗結果

圖2 抽水降深歷時曲線

4 項目實施對地下水環(huán)境的影響

根據(jù)調查工作及《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》（HJ 610—2016），研究區(qū)污染控制難易程度為易，天然包氣帶防污性能分級為弱，下伏基巖裂隙水防污性能分級為強，其屬一般防滲區(qū)。考慮場地下伏基巖層位頁巖，中風化層滲透性小，可作為相對隔水層，建議防滲措施以水平防滲為主，重點防止陳家溪及兩岸受到污染，同時部署垂直防滲措施，充分利用場地現(xiàn)有基礎條件。可設置水位、水質監(jiān)測點，按《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ 164—2020）要求進行分時監(jiān)測。從頻率來看，水位觀測考慮豐水期和枯水期，水質監(jiān)測僅考慮枯水期。

5 結論

擬建填埋場的地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。填埋場松散巖類孔隙水主要接受大氣降水入滲補給，基巖裂隙水接受大氣降水入滲補給及區(qū)外基巖裂隙水和震旦系巖溶水的側向補給。通過雙環(huán)試坑滲水試驗可知，填埋場粉質黏土層的滲透系數(shù)為0.073～0.137 m/d，滲透性等級為弱透水，防污能力較好。考慮場地下伏基巖層位頁巖，中風化層滲透性小，可作為相對隔水層，建議防滲措施以水平防滲為主，同時部署垂直防滲措施。