大沖灰場地質特征及水質評價

［關鍵詞］灰場；巖溶地下水；水文地質特征；水質評價

隨著經濟的持續穩定發展，地下水對人類生存和經濟發展發揮著重要角色，特別是在巖溶地區，地下水是巖溶地區主要水資源，地下水是社會工農業及生活用水的主要來源，然而，隨著經濟的快速發展和社會進步，地下水污染日趨嚴重。當今，灰場對其周圍水環境尤其是地下水循環[1]、地下水生態等的影響越來越受到人們關注。灰渣的化學成分主要為煤中未燃燒的礦物，其中Si、Al、Fe、Ca和Mg的氧化物占90%左右，主要成分還有K₂O、Na₂O、SO₃、未燃燒的碳，其余為少量K、P、S、Mg等化合物及多種微量元素及重金屬等[2，3]。灰場的灰渣對水土造成污染的途徑包括大氣沉降、降雨作用等，一方面在降雨作用下灰渣中多種污染物可能會被浸泡出來，這些污染物通過徑流進入地下水或地表水，從而造成水土污染，另一方面，灰渣中比較細的顆粒因大氣流動而移動，降雨或自然沉降都會導致灰渣沉降，最后在降雨作用下灰渣中污染物質進入地下水，造成地下水污染[4]。為了解現有工程對灰場地下水的影響以及目前水質現狀，本文通過利用多種勘探方法對大沖灰場展開水文地質調查，進行地下水現狀監測、現場勘察試驗等水文地質工作，論證灰場運行期間灰場堆放物對地下水的影響，并利用單因子評價法、內梅羅綜合指數法對灰場水質現狀進行評價，查清灰場的水文地質條件以及巖溶地下水水質現狀，污染源及污染途徑、污染程度等，為工程建設對地下水環境保護提供了科學依據，以及為灰場擴建區提供水文地質方面技術支撐。

1. 研究區概況

1.1 工程概況

大沖灰場位于電廠的北面，直線距離約5.5 km，渣庫位于新店鎮境內，距廠區公路里程約13 km，已建灰場設計堆灰標高1604.0 m，總占地面積10.39×10⁴ m²，形成有效庫容約153.28×10⁴ m³，基本滿足電廠2×660 MW機組1年堆灰要求，灰場擴建項目位于原灰場下游約1 km溝谷范圍，灰場擴建工程建設完成后，堆灰至高程1600 m時，灰場征地投影面積約為3.88384×10⁵ m²，庫容約為820.38×10⁴ m³。可滿足2×660 MW超臨界機組存放灰渣量3.0年和脫硫副產品約8.0年。

1.2 位置交通

大沖灰場擴建區位于電廠的北面，直線距離約5.5 km，庫區位于新店鎮境內，距電廠約13 km原灰場位于擴建區上游。灰場東面為省道，交通便利。場址距下游平塘河約4 km，下游無水源保護區；灰場擴建區主要為耕地及林地；場址西北面200 m 外有居民區，西面100～200 m范圍內有居民區。

1.3 氣象水文

灰場所在區域地處北回歸線附近的云貴高原東南部，屬溫涼濕潤的高原亞熱帶季風氣候，由于地形復雜，山脈縱橫，垂直差異顯著，具有干濕季節明顯，氣候溫和，夏無酷暑，冬無嚴寒的特點。根據普安縣氣象站多年實測資料統計，該地區多年平均年降雨量1382.1 mm，多年最大年降雨量1870.2 mm，多年最小年降雨量843.1 mm。調查區內地表水屬珠江流域南盤江水系左岸一級支流馬別河流域，平塘河位于馬別河中游，平塘河位于普安縣南部，發源于盤縣老廠白果嶺海拔2133.5 m。干支馬別河總長142 km，流域面積2842 km²，高差1380 m，平均縱坡0.97%，多年平均流量53.2 m³/s，徑流深724.5 mm，洪峰流量1580 m³/s（圖1）。

1.4 地層巖性

灰場勘察區內出露地層主要有：第四系（Q），三疊系中統關嶺組第三段（T₂g³）、關嶺組第二段（T₂g²）、關嶺組第一段（T₂g¹）區內出露巖石白云巖、灰巖等碳酸鹽巖以及泥巖、泥灰巖等。勘查區位于南嶺東西復雜構造帶西段之北緣，西與川滇南北向構造帶毗鄰。地處江南復合造山帶興義隆起區，灰場位于楚場營向斜軸部、鐵廠斷層（F₁）南東盤，雨雪斷層（F₂）南西盤，雪甫斷層（F₃）北西翼。灰場構造圖見圖2。

2. 灰場水文地質特征及開采現狀

2.1 水文地質特征

2.1.1 地形地貌

區內碳酸鹽巖廣布、連續，項目區內以溶蝕地貌為主，灰場勘察區內巖溶形態發育，區內發育有溶丘、石牙、落水洞、暗河、溶蝕裂隙等巖溶個體形態，地表最廣泛的巖溶形態為巖溶洼地。研究區水文地質單元面積45.4 km²，水文地質單元內的地層為：第四系（Q）紅粘土，三疊系中統關嶺組二、三段（T₂g²⁺³），出露的巖性主要為灰巖、白云巖。

2.1.2 水文特征

主要地下水類型為碳酸鹽的溶洞-裂隙水，含水不均勻，主要接受大氣降水補給，地下水由北東向南西徑流，受楚場營向斜控制，在機井2人工排泄、S5、S6集中排泄，如S3下降泉（表1）。該含水單元由于地勢平緩，屬溶丘洼地地貌，地下水埋深＜100 m，地下水徑流模數＞6 L/s·km²。

區內地下水類型為碳酸鹽巖類巖溶水，主要地下水類型為碳酸鹽的溶洞-裂隙水，含水不均勻，勘查區內三疊系中統關嶺組二、三段（T₂g²⁺³）的水文地質特征為：中厚層狀灰巖、白云巖。落水洞、洼地、暗河發育，大泉及暗河流量為10～2000 L/s，地下水枯季徑流模數為3.4～9 L/s km²。根據區內地下水的賦存條件，水理性質、水動力條件及含水介質的組合特征，將區內含水巖組劃分為：碳酸鹽巖類巖溶水含水巖組，富水等級為強—中等。

區內有楚場營向斜通過，其走向為北東—南西向，通過地面調查，區內發育走向NNE和走向NWW兩組“X”型節理，二者共同影響區內地下水徑流、排泄。碳酸鹽巖部分覆蓋于第四系之下，絕大部分地區裸露，巖性為白云巖，其強風化層厚度1.00～5.00 m，地下水位大于90 m，鉆探施工過程中出現漏水現象，該層滲透系數大于1×10^-4cm/s，透水性強。

2.1.3 補徑排特征

灰場所在水文地質單元的地下水補給源主要為大氣降水，場地位于該單元的補給區內。地下水的徑流方向主要受向斜構造和地下溶洞—裂隙控制。其西面的支管道的展布方向為巖溶溶洞—裂隙走向，經窩寶箐在平塘河左岸坡腳處匯入平塘河；西南面的展布方向為楚場營向斜走向，在S5、S6出露。灰場所在水文地質單元受向斜和巖溶溶洞-裂隙控制，總體流向為：北東向南西方向排泄，在鐵廠北面平塘河右岸及泉點S5、S6集中排泄，同時在灰場西南方向機井2處人工排泄。S5泉排泄量為（豐水期）3 L/s，S6泉排泄量（豐水期）為0.3 L/s 加之隔界河水電站利用原2000 L/s大泉發電，機井2人工排泄量約為500 m³/d。

2.2 地下水資源及開采現狀

2.2.1 巖溶地下水資源

根據勘察期間地面調查及區域內降雨氣象資料估算，灰場所在水文地質單元地下水補給量約為20 L/s·km²，630720 m³/a·km²，灰場所在水文地質單元受向斜和巖溶溶洞—裂隙控制，總體流向為：北東向南西方向排泄，在鐵廠北面平塘河右岸及S5、S6集中排泄，排泄量約為1000 m³/d，365×10³ m³/a。綜合分析灰場所在水文地質單元地下水儲量減少，為負均衡。

灰場所在地水文地質單元面積為45.4 km²，其碳酸鹽巖裸露面積40 km²。巖溶區地下水水量據泉域法進行估算，估算公式如下：

對灰場進行勘察，據勘察統計結果項目區內碳酸鹽巖裸露面積（F）約為40 km²，據氣象資料統計，多年平均降雨量為1382.1 mm，勘察統計泉排泄量為1000 m³/d，據公式計算降水入滲系數，再反推巖溶水地下水補給量（Q _補）約2851×104 m³/a。

2.2.2 地下水開發現狀

灰場周圍巖溶水地下水資源開發利用程度不高，經調查沒有發現大型開采項目工程，目前對地下水的開采主要集中于周邊居民小型開采，用于居民飲用水、生活用水及農業用水，區內地下水開發利用對象主要為：天然出露的水點和機井，共調查到已開發利用的水點數為6個、機井2個。區內對地下水開發利用的方式主要有：泵提、管引和抬挑三大類。

3. 水質評價

3.1 灰場污染源調查

據現場勘察，大沖灰場場區周圍地下水評價區未發現集中污染源，灰場周圍地下水主要污染源為人類活動產生的部分生活污水、農田污水等沿各種途徑滲入補給地下水，灰場滲水、匯水區是地下水污染的重要來源。但調查發現灰場、農村居民生活污水排放量和農業生產過程中所使用的農藥、化肥殘留物，對地下水環境影響很小，不會導致地下水污染，灰場所在區域地下水環境狀況良好。

3.2 地下水環境質量現狀監測

3.2.1 監測點布設

為查清灰場周圍水質情況，本次勘察將按照《環境影響評價技術導則—地下水環境》要求，并結合調查區及場區的水文地質特征，對灰場周圍進行環境水文地質調查工作，共布設6個地下水監測點，采樣點詳細情況詳見表1。

3.2.2 監測項目

本項的地下水監測項目包含以下8 個指標：pH值、氯化物、硫酸鹽、懸浮物（SS）、氟化物、氨氮（NH₄）、鉻（Cr⁶⁺）、鐵（Fe）（表2）。

3.3 地下水環境質量現狀評價

目前，國內外常用的水質評價方法主要包括單因子評價、綜合指數評價法（內梅羅指數評價法）、模糊綜合評判法、灰色聚類法等[5，6]，本次使用單因子評價、綜合指數評價法對灰場地下水水質狀況進行評估。

3.3.1 評價方法

（1）單因子評價

①單項因子評價是指分別對單個指標進行分析評價[7]，該方法計算簡便，能直觀地反映水質中哪一類或哪幾類因子超標，同時可以清晰地判斷出主要污染因子和主要污染區域。但是不能全面地反映地下水質量的整體狀況，單因子評價標準為定值的水質因子，其標準指數計算公式為：

3.3.2 評價結果

（1）單因子評價結果

單因子評價結果如表3所示；單因子評價結果顯示灰場地下水水質良好，未受到污染，地下水整體水質為清潔狀態，機井1、機井2水質良好，水質狀態符合地下水Ⅱ標準，所采泉點的水質均達到地下水Ⅲ類標準，從表3的評價結果來看，pH、氯化物、氟化物、鉻（Cr⁶⁺）及鐵（Fe）均符合地下水Ⅰ類標準，不存在污染，硫酸鹽在機井2、S2點位稍高，屬于Ⅱ類標準，氨氮（NH⁴⁺）相對較高，氨氮（NH⁴⁺）在各點位的值相對于其他指標較高，在各點位符合Ⅱ、Ⅲ類地下水標準，所采的各點位中，S6 氨氮（NH⁴⁺）、鐵（Fe）符合Ⅲ標準，相比于其他指標較高。

（2）內梅羅綜合指數法評價結果

本次地下水水質評價執行《地下水質量標準》（GB/T14848-2017）中Ⅲ類水標準。地下水質量級別見表4。

內梅羅綜合指數法評價結果如表5所示；由評價結果可知灰場周圍地下水水質良好，均未受到污染，水質狀態呈現清潔狀態，依據內梅羅綜合指數法評價結果可知所采水樣點水質良好，灰場地下水的水質檢測結果表明，灰場運行并沒有對地下水產生明顯影響，各檢測項目均不超標。這表明灰場、人類活動污染對地下水的影響也較小。灰場區地下水水質評價結果表明，灰場周邊地下水水質均較好，可滿足地下水Ⅲ類質量標準。

4. 結論

灰場地層為三疊系中統關嶺組第二、三段（T₂g²⁺³）灰巖、白云巖，區內地下水類型為碳酸鹽巖類巖溶水，主要地下水類型為碳酸鹽的溶洞—裂隙水，主要接受大氣降水補給，地下水由北東向南西徑流，受楚場營向斜控制，在機井2人工排泄，S5、S6集中排泄。區內地下水資源開發利用程度不高，主要利用方式為人工機井。

單因子評價法及內梅羅指數評價法水質評價結果顯示：大沖灰場地下水水質總體較好，地下水水質均滿足《地下水質量標準》（GB/T14848-2017）中Ⅲ類質量標準。地下水水質未受到污染，氨氮（NH₄⁺）及鐵（Fe）等指標超標較高，要注意氨氮（NH₄⁺）及鐵（Fe）對地下水的影響。