某發電廠灰場地下水監測井建設及其地下水影響評價

摘 要：為摸清某發電廠灰場周邊地下水環境質量底數，保障電廠綠色可持續運行。通過野外地質環境調查、地質鉆探施工、抽水試驗、地下水污染指數評價等技術手段，在灰場建設了9口地下水監測井，并進行了樣品采集、測試及分析。結果表明：灰場位于楊梅樹復式盆形向斜的南東翼，分布地層主要為二疊系上統龍潭組砂巖、泥巖夾煤系地層；涌水量與水位降深呈線性關系，單位涌水量不變，地下水為承壓水；灰廠地下水水質級別為I類—Ⅵ類，污染等級為變化較大；污染組分主要是鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH，污染來源主要與地質背景及企業生產活動有關。

關鍵詞：電廠灰場；地下水監測井；水質級別；污染來源

Groundwater monitoring well construction and groundwater impact assessment in the ash yard of a power plant

SONG Chen， LUO Wei， ZENG Guolong， LUO Zhenhua

（113 Geological Team， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province，

Liupanshui 553000， Guizhou， China）

Abstract： In order to find out the environmental quality of groundwater around the ash yard of a power plant and ensure its green and sustainable operation， 9 groundwater monitoring wells were built in the ash yard， and samples were collected， tested and analyzed through field geological environment survey， geological drilling construction， pumping test， groundwater pollution index evaluation and other technical means. The results show that the ash yard is located in the southeast wing of Yangmeishu complex basin syncline， and its distribution strata are mainly sandstone， mudstone and coal measures in the Upper Permian Longtan Formation. There is a linear relationship between the water inflow and the drawdown of the water level， and the unit water inflow is unchanged. The groundwater quality level of the ash yard is Class I to Class VI， and the pollution level changes greatly. The main pollutants are mainly sodium， sulfate， dissolved total solids， ammonia nitrogen， arsenic， manganese and pH， and the pollution sources are mainly related to the geological background and production activities of enterprises.

Keywords： power plant ash yard; groundwater monitoring wells; water quality level; pollution source

我國是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一（武強，2019），中國燃煤電廠的年灰渣排放量高達1.8× 108 t，電廠灰渣是燃煤電廠排出的固體廢棄物，其中粉煤灰約占灰渣質量的85 %，粉煤灰是主要潛在污染物（江學榮等，2002；黃真誠等，1988）。

現階段電廠對灰煤多以貯存為主，處理經濟成本高，綜合利用率低；露天貯存防滲能力差，易引起灰水泄漏，粉煤灰中的有害物質溶解于水中，對地下水產生污染，對周邊地下水環境質量產生不可逆影響（余敏，2004；鄭定镕，1988）。

為貫徹落實習近平總書記生態文明思想，切實履行生態環境保護精神，探索灰廠周邊地下水水質條件及潛在環境污染問題，保證場區綠色環保可持續運行。本文詳細介紹了灰場周邊地下水水質監測井（網）的實施與監測情況，開展地下水水質評價，初步摸清灰場周邊環境地質、水文地質、地下水質量、污染類型及來源，為環保部門對灰場周邊地下水環境質量摸底、地下水污染處置提供依據。

1 "材料與方法

1.1 "研究區概況

灰場設計11級子壩，灰場總庫容約2 000×104 m3。截至2021年，灰場已基本完成第九級子壩的修建，第九級子壩壩頂標高為1 148 m。灰場堆存固廢類型為Ⅱ類工業固廢，主要物質為煤渣、脫水石膏，灰場采用子壩加高方式加高灰場、增加庫容，灰場分多級子壩加高，每次子壩高度10 m。灰場兩側修建有截洪溝，灰場內由南往北修建有3眼大口徑排洪豎井，灰場底部修建有排洪暗渠，雨季灰場降雨匯集后延排洪臥管排泄至灰場北邊灣河。

1）地形地貌

灰場場區原始地貌屬剝蝕—侵蝕中低山地貌，為一條“V”字型沖溝，沖溝兩側發育多條次級溝谷。灰場堆場由呈樹枝狀溝谷組成，灰場不屬于巖溶區。灰場初期壩的標高為1 058 m，溝谷兩側的斜坡高度在100 m左右，坡度較緩，植被較發育。灰場堆存后，地勢整體呈南高北低趨勢。河流經灰場北部，河床標高1 030 m，構成區內當期侵蝕基準面。

2）區域地質構造

灰場位于楊梅樹復式盆形向斜的南東翼，為單斜構造，斷裂不發育。灰場下伏基巖為二疊系上統龍潭組砂巖、泥巖夾煤系地層，灰場北東、南東部大面積出露二疊系上統峨眉山玄武巖組。

3）水文地質條件

場區及相鄰地帶地下水類型主要為基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于龍潭組碎屑巖構造裂隙、層間裂隙中，裂隙發育程度隨著埋藏深度加大而逐漸減弱。龍潭組碎屑巖含水巖組的含水性和透水性總體較差，并隨著埋深加大而逐漸減弱。區內地下水主要接受大氣降水入滲補給，受地形及地表水文網控制在重力作用下從東北向西南徑流，在地勢低洼處分散排泄。調查表明，場區及相鄰地帶無地下水集中排泄的泉點出露，根據地形及水文網分析，場區地下水位標高約1 030 m。灰場所在區域不屬于集中式飲用水水源地保護區及補給徑流區、不屬于礦泉水和溫泉等特殊地下水水源保護區，場區周邊無分散式居民飲用水源及其他環境敏感區，灰場地下水環境敏感程度為不敏感。

1.2 "監測井分布

以灰場十一級子壩設計邊界、灰場水文地質條件、設計點位施工條件為依據，在場地周邊布設9口監測井，組成大荒地灰場地下水水質監測井（網）（圖1、圖2）。其中：1#監測井為對照井，布設在灰場的上游，攔洪壩以南約100 m處，用以監測未受灰場堆存影響條件下天然地下水水質特征（背景值）；2#、3#、4#、5#號井為水質監測井，分別布設在灰場的東、西兩側，巖層節理發育、地下水徑流相對集中的地形沖溝地帶；2#、3#監測井位于判斷的拉張裂隙帶外延線上，用以監測灰場滲濾液是否存在向“鄰谷”側向滲漏；6#、7#監測井為擴散監測井，分別布設在灰場初期壩以下、滲濾液收集池下游的溝谷兩側地帶，監測灰場及滲濾液收集池中滲濾液是否發生滲漏以及向下游滲漏、擴散的可能性；8#井為監測兼應急排水井，布設在灰場初期壩以下、滲濾液收集池下游的溝谷中，位于地下水集中徑流帶上，目的是監測灰場及滲濾液收集池中滲濾液是否發生滲漏，并在確定滲漏污染發生時，啟動井中深井泵抽水，攔截受污染的滲濾液向下游擴散，并將污染的地下水抽回水處理站及時處理。

1.3 "監測井建設

1）地質鉆探

根據監測井施工要求無污染、無添加劑等特點，監測井覆土層采用硬質合金鉆頭鉆井，巖層采用空氣潛孔錘鉆井工藝。

硬質合金鉆進工藝：開孔時，鉆遇覆土層較軟，孔壁易垮塌，需采用低轉速、中等壓力、無循環液、直徑280～325 mm的常規硬質合金鉆頭鉆進。揭穿覆土層后換用Φ280 mm沖擊錘頭鉆進巖層3～5 m，下Φ273 mm定向管對覆土層進行護壁。

空氣潛孔錘鉆井工藝：巖層采用空氣潛孔錘鉆進，該工藝具有效率高，污染小等特點。根據設計要求不同井徑分別配制Φ200 mm及Φ150 mm沖擊器，攜帶Φ280 mm至Φ150 mm不同口徑沖擊錘頭，實現成井要求。

2）現場施工

監測井施工主要包括以下內容：鉆頭鉆進；采用“實管+水泥漿”進行固井止水；井斜校正；巖心編錄；孔深校正；洗井；下管，管口延伸出地表0.5～1.0 m，并對井口加蓋保護；投填法填礫；井口保護裝置；場地恢復，針對性復墾復綠。

3）抽水試驗

在應急排水井（8#）施工結束后進行，對該井作單井穩定流抽水試驗。利用裘布依公式（1）與吉哈爾特經驗公式（2）聯合求解水文地質參數，計算結果見表1、圖3。采用深井泵，做3次降程的穩定流抽水試驗。最大降程抽水試驗井內中水位降深應盡設備最大能力，第二、第三降程抽水試驗的降深分別為最大降程水位降深的1/3、2/3。抽水試驗的有關技術要求按照我國現行供水水文地質規范中有關要求執行。抽水試驗用時4 d，涌水量與水位降深呈線性關系，單位涌水量不變，地下水為承壓水。

K=0.366Q/MS lg R/r_w （1）

R=10S√K （2）

式中，K為滲透系數（m·d-1），Q為涌水量（m3·d-1），M為含水層厚度（m），S為降深值（m），rw為取水井段半徑（m），R為影響半徑（m）。

1.4 "樣品采測及評價

1）樣品采集與品檢測

按照GB/T 14848－2017《地下水質量標準》，利用底部進水的定深采樣容器采集水樣，采樣時輕放輕提，采集地下水監測井內水樣及時送檢。共計采集9件水樣。

水質檢測指標主要為氟化物、pH值、總硬度、高錳酸鹽指數、溶解性總固體、氨氮、硫酸鹽、砷、汞、鐵、錳等36項，檢測單位資質經國家資質認證，符合國家有關規定。

2）地下水質量評價

地下水污染指數可反映地下水受污染的程度（吳燁，2019）。評價過程中，在除去對照值的前提下，以GB/T 14848、GB 3838為對照，直觀反映人為影響，同時反映水化學指標超過國際公認危害標準的程度。采用污染指數法進行地下水污染評價。計算公式為

P_ki^ =（C_ki^ -C_o^ ）/（C_（m@）^ "） （3）

式中：Pki為k水樣i指標的污染指數；Cki為k水樣i指標的測試結果；Co為代表k水樣無機組分i指標的對照值，無背景值的，則以《地下水質量標準》中的Ⅲ類指標限值作為參照值；Cm為GB/T 14848中Ⅲ類水標準。

地下水質量評價方法分為單指標評價和綜合評價2 種。單指標評價：通過指標值的限制區間判斷地下水質量類別，指標限值相同時從優不從劣；評價結果時從劣不從優，用各指標中評價等級最差指標的級別作為整個地下水樣品的評價結果。綜合評價：按單指標評價結果的最高類別確定，并指出最高類別的指標。污染級別評價標準見表2。

2 "結果與討論

2.1 "地下水污染評價

電廠灰場周邊監測井單指標污染指數評價結果見圖4。監測井極重污染因子僅有氨氮，占比為11.11%；嚴重污染因子分別為硫酸鹽、氨氮、錳等3個組分，占比均為11.11%；較重污染因子分別為硫酸鹽、氨氮、砷、錳等4個組分，占比分別為11.11%、22.22%、11.11%及33.33%；中污染因子分別為溶解性總固體、氨氮、砷、pH等4個組分，占比均為11.11%；輕污染因子為鈉和pH。

監測井污染組分為鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH共7項，除上述組分外，鉀、鈣、鎂、氯化物、碳酸氫根、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、氫氧根、總硬度、總酸度、游離二氧化碳、侵蝕性二氧化碳、化學需氧量、鈹、鈦、釩、鋅、鐵、鋇、鎘、鈷、總鉻、銅、汞、鎳、鉛、錫、鋁共29項未污染。

經綜合評價，1#—9#監測井的地下水質量可判定為I類—Ⅵ類。其中4#監測井地下水質量判定為Ⅵ類，2#、6#監測井地下水質量判定為V類，1#、3#、9#監測井地下水質量判定為IV類，7#監測井地下水質量判定為Ⅲ類，8#監測井地下水質量判定為Ⅱ類，5#監測井地下水質量判定為Ⅰ類。最差類別指標主要有氨氮、錳、pH、硫酸鹽、砷、溶解性總固體及鈉。

2.2 "地下水污染來源

灰場污染一般認為是貯灰場的粉煤灰作為污染源，通過大氣降水形成淋濾體，淋濾體向下通過包氣帶直接進入潛水或微承壓水中，沿地下水流方向遷移，在含水層中形成羽狀體污染暈，因地下水動力條件的差異，長度可達幾十至幾千米，惡化周邊地下水，造成地下水質量降低（王文龍等，2011；孫鵬，2017；李琦，2014；張小文等，2023）。

1#—9#監測井的地下水質量判定為IV類—V類，最差類別指標主要有鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH。前人研究（孫猛等，2008），鈉離子偏高可能由于黏土層的破壞引起表層污染物質的進入導致偏高。煤層和煤系地層多形成于還原環境，大量存在以硫化物及硫酸鹽形式存在的無機硫（尹國勛等，1997），研究區位于二疊系龍潭組煤系地層區域，因此，硫酸鹽含量超標可能與煤層、煤系中FeS2的溶解或含硫膏鹽類礦物溶解有關。溶解性總固體是溶解在水中的無機鹽和少量有機物的總稱，主要包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO3 2-、HCO-、Cl-、SO4 2-、NO3 - 等離子，其污染成因具有多控因素（王祝等，2021；呂實波等，2018；楊戈芝，2021），有待進一步研究。氨氮多受養殖污染、垃圾污染及人為污染等農村環境污染（何偉迪，2021；張建芝等，2022；孟令華等，2023），區內5眼監測井水質均發現不同程度氨氮超標，其污染來源較大程度與生產生活環境污染有關。地下水重金屬超標一直是人們重點關注對象，破壞生態環境，威脅身體健康。研究表明，重金屬砷、錳超標偏高與地質背景、生產生活污染有關（彭治軍，2019）。研究區范圍內重金屬砷、錳超標可能由于井深較淺，地下水質量容易受到周邊居民生活污水影響。3眼監測井地下水偏堿性，前人分析（陳履安，1996；孫毓澤，2021），研究區堿性地下水可能受地質背景影響，局部地區發生過劇烈地質構造運動，導致堿性離子活躍，引起pH值偏高，具體原因需進一步探究。

3 "結論

1）監測井污染組分為鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH共7項，其他組分無污染。

2）1#—9#監測井的地下水質量可判定為I類—Ⅵ類，地下水存在不同程度污染。

3）建議地表區域落實防漏、防泄工作，保障綠色科學排放污染物；建議增加地下水監測點，建立長期的水質監測網，獲取代表性的地下水水質特征；切斷污染源進入地下水的途徑，防止地下水進一步受到污染。

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收稿日期：2023-10-19；修回日期：2024-04-18

第一作者簡介：宋晨（1993- ），男，本科，工程師，從事水工環相關研究。E-mail：769091447@qq.com

通信作者簡介：駱振華（1991- ），男，碩士，高級工程師，從事地球化學及環境工程相關研究。E-mail：1762593767@qq.com

引用格式：宋晨，羅維，曾國龍，駱振華，2024.某發電廠灰場地下水監測井建設及其地下水影響評價［J］.城市地質，19（4）：483-489