福泉市后河水環境治理研究

吳志席，戴柳珍，朱煥然

(貴州省地質礦產勘查開發局一一五地質大隊，貴州 貴陽 551400)

后河水體的污染源為河東邊磷化工堆場，磷化工堆場污染水體通過龍井灣大泉排入后河。龍井灣大泉為該區的唯一排泄點，如何使龍井灣大泉污染水體不外排是該課題需要解決的問題。因此，此課題實際上是一個地下水污染治理課題，也是眾多專家學者研究的主要課題之一[1-4]。地下水環境治理主要方法有水力學法、污染地下水的抽出-處理技術[5]、反應性滲透墻技術[6]、原位化學氧化技術[7-8]、表面活性劑增容費DNAPL污染含水層修復技術等[9-10]，水力學法適用于污染物在地下水中溶解強且含水介質相對簡單的地層[11]，污染地下水的抽出-處理技術適用于污染范圍小且污染地下水總量小的地下水污染，其他技術主要適用于土壤污染及包氣帶污染。在巖溶地區，由于巖溶地下水系統的復雜性，受污染的的地下水治理存在很大困難。研究區為多層巖溶含水層系統，南東向和近東西向剪節理發育，且污染源體積龐大，污染源堆積歷史久遠，地下水多層地下水受污染。基于龍井灣大泉位于地下水系統的下游區，且后河為天然的排水面，提出“清污分流”的治理理念，采取工程截排清潔水體，消減龍井灣流量，達到污水不外排，截斷后河污染物運移路徑，保護后河水體不受污染。可為貴州巖溶地區其他類似的河流或地下水污染治理提供借鑒。

1 研究區概況

后河位于福泉市北2 km，自南向北流，干流全長約25 km，平均比降1.84%。研究區內，河段總長9.98 km，河面高程884～1 006 m，平均比降12.3‰，平水期500～800 L/s，豐水期流量大于1 500 L/s，暴雨后數小時，流量可陡增至10 000 L/s。后河水質平水期達到Ⅲ級水體標準，豐水季節受龍井灣大泉污水外溢影響，水體總磷、氨氮、氟化物明顯超標。龍井灣豐水期流量89.32～112.07 L/s，暴雨后2～3 h內流量可陡增至700～1 200 L/s，洪峰持續時間25～43 h。龍井灣大泉平水期流量52.78～71.02 L/s，枯水期流量32～52.99 L/s，枯、平水期污水循環利用，不外排。

如何使龍井灣大泉污染水體在豐水季節不外排是該課題需要解決的問題。龍井灣大泉所在的地下水系統為一呈帶狀近南北展布的巖溶大泉系統，北部以龍昌鎮白虎坡-樊家莊-青山一帶地表分水嶺為界，西部T1d1為界，東以后河和陡隴河的地表分水嶺為界，南以導水節理L1為界。系統面積23.50 km2，污染源距龍井灣大泉最近為780 m，因此污染源處于此巖溶大泉系統的徑流-排泄區。地下水從系統北部開始接受大氣降水滲入補給由北向南徑流至龍井灣處以龍井灣巖溶大泉形式排泄出地表，匯入后河。

龍井灣大泉(S1)出露于此層T1d2+3含水巖組，巖性主要為灰巖，下部夾薄層狀鈣質粘土巖。含碳酸鹽巖巖溶水，以溶洞-管道、裂隙-溶洞為含水介質，常見泉流量1.5～15 L/s，鉆孔單位涌水量0.282～0.872 L/s·m，地層滲透系數0.74～0.831 m/d，富水性中等(見圖1)。

1.斷層；2.河流；3.泉點編號及標高(m)；4.污染源；5.地質界線；6.地下水流向；7.地下水系統邊界；8.地層代號；9.節理

據上述，消減龍井灣大泉洪峰流量是治理后河水體污染最有效的方法。

2 數據采集

文中數據主要采用調查、地球物理勘探、鉆探、抽水試驗、連通試驗等工作手段，獲得了主要連通試驗資料、地下水位資料、2019年6月龍井灣大泉的水量小時長期監資料、廠區內與龍井灣連通的ZK1鉆孔水位小時長期監測資料及小時降雨量資料、隧道出入口水量水量觀測資料及暴雨期主要巖溶洼地匯流量資料。

3 水均衡方程建立

根據含水巖組特征及節理裂隙發育情況，該區地下水為多層含水層巖溶裂隙地下水，徑流途徑及污染物運移過程極其復雜。該文將污染場地及污染廠區下游地下水水位標高至龍井灣視為黑箱模型，建立水均衡方程。地下水的排泄：龍井灣大泉S1排泄(Q泉)；地下水補給來源有二：(1)污染源北側由北向南徑流的地下水補給量(枯水期地下水補給量Q北1和豐水期地下水補給量增加Q北2)；(2)大氣降水入滲量補給量(分為A部分洼地地表水入滲補給W1、B洼地地表水入滲補給W2、C洼地地表水入滲補給W3和其他入滲補給量W其他)(圖2，圖3)因此，地下水均衡一般方程為：

1.導水節理及編；2.地下水流向；3.長期監測孔；4.地下水位標高(m)；5.泉點編號及標高(m)；6.地質界線；7.地層代號；8.地下水污染區；9.集中入滲洼地

1.導水節理及編號；2.地表水入滲區及編號；3.治理工程編號；4.地表污染影響范圍；5.地下水系統邊界；6.地下水流向；7.地質界線；8.地層代號

Q泉=Q北1+Q北2+W1+W2+W3+W其他

(1)

枯水季節地下水均衡方程為

Q泉=Q北1

(2)

4 治理方案

治理后河水體的關鍵在于龍井灣大泉地下水不外排，以“清污分流”為主要治理思路，消減龍井灣井灣雨季洪峰流量，達到污水不外排的治理目的。

根據污染區地下水均衡分析，地下水集中補給主要分為地下水系統北側向南流的地下水和地表洼地集中入滲補給。工程措施布置如下：

(1)隧道工程截排北側地下水及A洼地地表水

隧道工程施工長度1 334 m，西隧道口標高937 m，東隧道口標高973 m，截堵北側地下水和A洼地地表水，截流的地表、地下水自然排放至后河中。

(2)截排水溝工程截俳B洼地地表水

B洼地西側20 m，已修建有廠區的排水系統，圍繞B洼地修建截排水溝，長度80 m，可截取B洼地地表水，并將其接入廠區已有的地表排水系統中。

(3)截排水溝工程及自動體泵站工程截俳C洼地地表水

C洼地地表水由于部分為T1-2a白云巖，大型節理發育，地表水體全部入滲，連接洼地的溪溝均需硬化，且該處無自然排水點，在洼地底部修建蓄水池，采用自動提灌工程將水提至山頂，再修建排水渠排放至后河。排水溝長度共計900 m，蓄水池容量400 m3，體泵高度15 m，長度150 m。

5 治理工程效果

5.1 隧道工程效果

2018年1月后河煤場附近大體由南西向北東于污染源北側施工一條清水引流隧道。截止2019年5月，隧道已貫穿至A洼地，總長1 334 m。隧道后河洞口處底板高程937 m，隧道貫穿A洼地地表處底板高程974 m，隧道兩端口水平距離1 285 m，平均坡度2.89%。隧道施工和污染場地水均衡方程為：

Q泉’+Q隧=Q北1+Q北2+W1+W2+W3+W其他

(3)

Q泉’為隧道施工后龍井灣大泉的流量。

根據計算公式(1)和(3)有：

Q泉=Q泉’+Q隧

(4)

以2019年6月16日暴雨后(降雨量57.5 mm)對隧道出口A洼地、龍井灣大泉出口處的流量觀測資料為依據。

西南隧道出口測得流量約453 L/s，A洼地流量256 L/s(A洼地地表水入只是部分補給龍井灣大泉，根據連通試驗接收熒光增白劑的量，龍井灣接收熒光增白劑的量所占的比為約13%，水均衡計算時，流入龍井灣的水量按照A洼地水量的13%計算。因此A補給龍井灣量W1為33 L/s)，引流隧道截取的地下水量約為230 L/s，同期龍井灣大泉洪峰流量約544 L/s，引流隧道截取的地下水量占龍井灣洪峰流量的29.7%。

表1 隧道截水工程效果計算表

隧道工程在雨季起到了積極的截排上部地表水及部分地下水的作用，有效削減了龍井灣大泉洪峰流量。

5.2 其他工程效果預估

除隧道工程外，其他工程暫時未施工。以2019年6月16日暴雨后(降雨量57.5 mm)B洼地、C洼地的測流量(見表2)。評估其他工程施工后的效果(見表2)。

表2 工程截排水效果預估表

綜上所述，總工程截俳水量與龍井灣總水量占比為48.2%，總工程截俳工程施工完后預計龍井灣水量405 L/s。

6 結語

后河水環境治理是通過切斷污染源達到治理目的，實際是一個地下水環境防治問題，在西南巖溶地區地下水賦存和運移十分復雜，“清污分流”是治理地下水污染的主要思路和理念，旨在減少污染地下水的流量，以減小污水處理及環保壓力。治理方案中已施工的工程，達到了一定的治理效果。存在的不足如下：

(1)隧道工程在豐水期起到了積極的截排上部地表水及部分地下水的作用，有效削減了龍井灣大泉洪峰流量；基本達到治理后河水環境的目的。但截流來自地下水系統上游含水層中的承壓地下水效果不佳，非雨季隧道排水量僅0.8 L/s。隧道內鉆孔地下水位標高普遍高于施工處的隧道底板，最高達9.8 m，但涌水量極小，流量0.01～0.3 L/s，且區內地下水具有明顯的分層徑流特征。因此，研究如何有效利用隧道排出地下承壓水，為下一步研究的一個重要方向。

(2)龍井灣大泉附近大面積基巖裸露補給，治理難度大，污染源體積大，污染地下水根治難度大，未來上游廠區停產后，污水處理仍將繼續消耗人力物力財力。因此如何根治類似地區地下水污染問題，是未來需要重點研究的方向。