某發(fā)電廠灰場地下水監(jiān)測井建設(shè)及其地下水影響評價(jià)

摘 要：為摸清某發(fā)電廠灰場周邊地下水環(huán)境質(zhì)量底數(shù)，保障電廠綠色可持續(xù)運(yùn)行。通過野外地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)鉆探施工、抽水試驗(yàn)、地下水污染指數(shù)評價(jià)等技術(shù)手段，在灰場建設(shè)了9口地下水監(jiān)測井，并進(jìn)行了樣品采集、測試及分析。結(jié)果表明：灰場位于楊梅樹復(fù)式盆形向斜的南東翼，分布地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、泥巖夾煤系地層；涌水量與水位降深呈線性關(guān)系，單位涌水量不變，地下水為承壓水；灰廠地下水水質(zhì)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(zhì)背景及企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)。

關(guān)鍵詞：電廠灰場；地下水監(jiān)測井；水質(zhì)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(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一（武強(qiáng)，2019），中國燃煤電廠的年灰渣排放量高達(dá)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(zhì)量的85 %，粉煤灰是主要潛在污染物（江學(xué)榮等，2002；黃真誠等，1988）。

現(xiàn)階段電廠對灰煤多以貯存為主，處理經(jīng)濟(jì)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(zhì)溶解于水中，對地下水產(chǎn)生污染，對周邊地下水環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不可逆影響（余敏，2004；鄭定镕，1988）。

為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記生態(tài)文明思想，切實(shí)履行生態(tài)環(huán)境保護(hù)精神，探索灰廠周邊地下水水質(zhì)條件及潛在環(huán)境污染問題，保證場區(qū)綠色環(huán)保可持續(xù)運(yùn)行。本文詳細(xì)介紹了灰場周邊地下水水質(zhì)監(jiān)測井（網(wǎng)）的實(shí)施與監(jiān)測情況，開展地下水水質(zhì)評價(jià)，初步摸清灰場周邊環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、地下水質(zhì)量、污染類型及來源，為環(huán)保部門對灰場周邊地下水環(huán)境質(zhì)量摸底、地下水污染處置提供依據(jù)。

1 "材料與方法

1.1 "研究區(qū)概況

灰場設(shè)計(jì)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(biāo)高為1 148 m。灰場堆存固廢類型為Ⅱ類工業(yè)固廢，主要物質(zhì)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(cè)修建有截洪溝，灰場內(nèi)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(qū)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(cè)發(fā)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(qū)。灰場初期壩的標(biāo)高為1 058 m，溝谷兩側(cè)的斜坡高度在100 m左右，坡度較緩，植被較發(fā)育。灰場堆存后，地勢整體呈南高北低趨勢。河流經(jīng)灰場北部，河床標(biāo)高1 030 m，構(gòu)成區(qū)內(nèi)當(dāng)期侵蝕基準(zhǔn)面。

2）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

灰場位于楊梅樹復(fù)式盆形向斜的南東翼，為單斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育。灰場下伏基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M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(tǒng)峨眉山玄武巖組。

3）水文地質(zhì)條件

場區(qū)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?zhí)督M碎屑巖構(gòu)造裂隙、層間裂隙中，裂隙發(fā)育程度隨著埋藏深度加大而逐漸減弱。龍?zhí)督M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(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，受地形及地表水文網(wǎng)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(diào)查表明，場區(qū)及相鄰地帶無地下水集中排泄的泉點(diǎn)出露，根據(jù)地形及水文網(wǎng)分析，場區(qū)地下水位標(biāo)高約1 030 m。灰場所在區(qū)域不屬于集中式飲用水水源地保護(hù)區(qū)及補(bǔ)給徑流區(qū)、不屬于礦泉水和溫泉等特殊地下水水源保護(hù)區(qū)，場區(qū)周邊無分散式居民飲用水源及其他環(huán)境敏感區(qū)，灰場地下水環(huán)境敏感程度為不敏感。

1.2 "監(jiān)測井分布

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

1.3 "監(jiān)測井建設(shè)

1）地質(zhì)鉆探

根據(jù)監(jiān)測井施工要求無污染、無添加劑等特點(diǎn)，監(jiān)測井覆土層采用硬質(zhì)合金鉆頭鉆井，巖層采用空氣潛孔錘鉆井工藝。

硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝：開孔時(shí)，鉆遇覆土層較軟，孔壁易垮塌，需采用低轉(zhuǎn)速、中等壓力、無循環(huán)液、直徑280～325 mm的常規(guī)硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。揭穿覆土層后換用Φ280 mm沖擊錘頭鉆進(jìn)巖層3～5 m，下Φ273 mm定向管對覆土層進(jìn)行護(hù)壁。

空氣潛孔錘鉆井工藝：巖層采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)，該工藝具有效率高，污染小等特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)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?jīng)_擊錘頭，實(shí)現(xiàn)成井要求。

2）現(xiàn)場施工

監(jiān)測井施工主要包括以下內(nèi)容：鉆頭鉆進(jìn)；采用“實(shí)管+水泥漿”進(jìn)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(hù)；投填法填礫；井口保護(hù)裝置；場地恢復(fù)，針對性復(fù)墾復(fù)綠。

3）抽水試驗(yàn)

在應(yīng)急排水井（8#）施工結(jié)束后進(jìn)行，對該井作單井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。利用裘布依公式（1）與吉哈爾特經(jīng)驗(yàn)公式（2）聯(lián)合求解水文地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表1、圖3。采用深井泵，做3次降程的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。最大降程抽水試驗(yàn)井內(nèi)中水位降深應(yīng)盡設(shè)備最大能力，第二、第三降程抽水試驗(yàn)的降深分別為最大降程水位降深的1/3、2/3。抽水試驗(yàn)的有關(guān)技術(shù)要求按照我國現(xiàn)行供水水文地質(zhì)規(guī)范中有關(guān)要求執(zhí)行。抽水試驗(yàn)用時(shí)4 d，涌水量與水位降深呈線性關(guān)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(shù)（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(jià)

1）樣品采集與品檢測

按照GB/T 14848－2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，利用底部進(jìn)水的定深采樣容器采集水樣，采樣時(shí)輕放輕提，采集地下水監(jiān)測井內(nèi)水樣及時(shí)送檢。共計(jì)采集9件水樣。

水質(zhì)檢測指標(biāo)主要為氟化物、pH值、總硬度、高錳酸鹽指數(shù)、溶解性總固體、氨氮、硫酸鹽、砷、汞、鐵、錳等36項(xiàng)，檢測單位資質(zhì)經(jīng)國家資質(zhì)認(rèn)證，符合國家有關(guān)規(guī)定。

2）地下水質(zhì)量評價(jià)

地下水污染指數(shù)可反映地下水受污染的程度（吳燁，2019）。評價(jià)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(shí)反映水化學(xué)指標(biāo)超過國際公認(rèn)危害標(biāo)準(zhǔn)的程度。采用污染指數(shù)法進(jìn)行地下水污染評價(jià)。計(jì)算公式為

P_ki^ =（C_ki^ -C_o^ ）/（C_（m@）^ "） （3）

式中：Pki為k水樣i指標(biāo)的污染指數(shù)；Cki為k水樣i指標(biāo)的測試結(jié)果；Co為代表k水樣無機(jī)組分i指標(biāo)的對照值，無背景值的，則以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類指標(biāo)限值作為參照值；Cm為GB/T 14848中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

地下水質(zhì)量評價(jià)方法分為單指標(biāo)評價(jià)和綜合評價(jià)2 種。單指標(biāo)評價(jià)：通過指標(biāo)值的限制區(qū)間判斷地下水質(zhì)量類別，指標(biāo)限值相同時(shí)從優(yōu)不從劣；評價(jià)結(jié)果時(shí)從劣不從優(yōu)，用各指標(biāo)中評價(jià)等級最差指標(biāo)的級別作為整個(gè)地下水樣品的評價(jià)結(jié)果。綜合評價(jià)：按單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果的最高類別確定，并指出最高類別的指標(biāo)。污染級別評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2 "結(jié)果與討論

2.1 "地下水污染評價(jià)

電廠灰場周邊監(jiān)測井單指標(biāo)污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果見圖4。監(jiān)測井極重污染因子僅有氨氮，占比為11.11%；嚴(yán)重污染因子分別為硫酸鹽、氨氮、錳等3個(gè)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(gè)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(gè)組分，占比均為11.11%；輕污染因子為鈉和pH。

監(jiān)測井污染組分為鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH共7項(xiàng)，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(xué)需氧量、鈹、鈦、釩、鋅、鐵、鋇、鎘、鈷、總鉻、銅、汞、鎳、鉛、錫、鋁共29項(xiàng)未污染。

經(jīng)綜合評價(jià)，1#—9#監(jiān)測井的地下水質(zhì)量可判定為I類—Ⅵ類。其中4#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為Ⅵ類，2#、6#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為V類，1#、3#、9#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為IV類，7#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為Ⅲ類，8#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為Ⅱ類，5#監(jiān)測井地下水質(zhì)量判定為Ⅰ類。最差類別指標(biāo)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(rèn)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(jìn)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(dòng)力條件的差異，長度可達(dá)幾十至幾千米，惡化周邊地下水，造成地下水質(zhì)量降低（王文龍等，2011；孫鵬，2017；李琦，2014；張小文等，2023）。

1#—9#監(jiān)測井的地下水質(zhì)量判定為IV類—V類，最差類別指標(biāo)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(zhì)的進(jìn)入導(dǎo)致偏高。煤層和煤系地層多形成于還原環(huán)境，大量存在以硫化物及硫酸鹽形式存在的無機(jī)硫（尹國勛等，1997），研究區(qū)位于二疊系龍?zhí)督M煤系地層區(qū)域，因此，硫酸鹽含量超標(biāo)可能與煤層、煤系中FeS2的溶解或含硫膏鹽類礦物溶解有關(guān)。溶解性總固體是溶解在水中的無機(jī)鹽和少量有機(jī)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(shí)波等，2018；楊戈芝，2021），有待進(jìn)一步研究。氨氮多受養(yǎng)殖污染、垃圾污染及人為污染等農(nóng)村環(huán)境污染（何偉迪，2021；張建芝等，2022；孟令華等，2023），區(qū)內(nèi)5眼監(jiān)測井水質(zhì)均發(fā)現(xiàn)不同程度氨氮超標(biāo)，其污染來源較大程度與生產(chǎn)生活環(huán)境污染有關(guān)。地下水重金屬超標(biāo)一直是人們重點(diǎn)關(guān)注對象，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅身體健康。研究表明，重金屬砷、錳超標(biāo)偏高與地質(zhì)背景、生產(chǎn)生活污染有關(guān)（彭治軍，2019）。研究區(qū)范圍內(nèi)重金屬砷、錳超標(biāo)可能由于井深較淺，地下水質(zhì)量容易受到周邊居民生活污水影響。3眼監(jiān)測井地下水偏堿性，前人分析（陳履安，1996；孫毓?jié)桑?021），研究區(qū)堿性地下水可能受地質(zhì)背景影響，局部地區(qū)發(fā)生過劇烈地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致堿性離子活躍，引起pH值偏高，具體原因需進(jìn)一步探究。

3 "結(jié)論

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

2）1#—9#監(jiān)測井的地下水質(zhì)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(qū)域落實(shí)防漏、防泄工作，保障綠色科學(xué)排放污染物；建議增加地下水監(jiān)測點(diǎn)，建立長期的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)，獲取代表性的地下水水質(zhì)特征；切斷污染源進(jìn)入地下水的途徑，防止地下水進(jìn)一步受到污染。

參考文獻(xiàn)

陳履安，1996.貴州梵凈山高氟堿性地下水的發(fā)現(xiàn)及其地球化學(xué)意義［J］.地質(zhì)地球化學(xué)（4）：57-59.

何偉迪，2021.地表水氨氮超標(biāo)原因分析與治理［J］.資源節(jié)約與環(huán)保（4）：32-33.

黃真誠，季超儔，郭鳳歧，1988.火力發(fā)電廠的粉煤灰壩［J］.巖土工程學(xué)報(bào)（5）：118-123.

江學(xué)榮，林介東，莫乾凱，江潮全，2002.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.電力環(huán)境保護(hù)（3）：55-57.

李琦，2014.江西某工業(yè)園周邊地區(qū)地下水污染特征及污染源解析［D］.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）.

呂實(shí)波，孔凡玲，石峰，2018.山東省農(nóng)村飲水中溶解性總固體變化規(guī)律及地理分布特點(diǎn)［J］.環(huán)境與健康雜志，35（9）：813-816.

孟令華，侯新星，郝瑞娥，吳樹明，邢香粉，周龍濤，王浩，王聰，朱禮敏，2023.泰安城區(qū)孔隙水水化學(xué)特征及水質(zhì)評價(jià)［J］.城市地質(zhì)，18（4）：32-39.

彭治軍，2019.地下水中鐵錳超標(biāo)的治理［J］.廣東化工，46（15）：130-131.

孫猛，董莉莉，倪晨曦，程程，林廣宇，2008.長春市地下水中鈉離子含量的調(diào)查與分析［J］.供水技術(shù)（3）：54-56.

孫鵬，2017.大連市地下水污染來源分析［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，42（3）：184-185.

孫毓?jié)桑?021.西安市地下水水化學(xué)特征及污染評價(jià)［D］.西安：長安大學(xué).

王文龍，宋仁亮，李莉莉，2011.蚌埠發(fā)電廠貓家洼灰場地下水環(huán)境質(zhì)量影響評價(jià)［J］.安徽建筑18（3）：130-131.

王祝，邵蓓，邱豪，李梁婷，馮源強(qiáng)，蘇思強(qiáng)，2021.西藏飲用天然水電導(dǎo)率與溶解性總固體相關(guān)性研究［J］.中國測試，47（S2）：180-185.

吳燁，2019.某化工區(qū)新建水質(zhì)監(jiān)測井及其基礎(chǔ)環(huán)境污染評價(jià)［J］.中國水運(yùn)（8）：99-102.

武強(qiáng)，2019.簡述我國能源形勢與可持續(xù)發(fā)展對策：地質(zhì)資源與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展高峰論壇報(bào)告［J］.城市地質(zhì)，14（4）：1-4.

楊戈芝，2021.白洋淀流域平原區(qū)淺層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及預(yù)測［D］.西安：長安大學(xué).

尹國勛，鄧寅生，鄭繼東，1997.岳莊水源地地下水中高含量硫酸鹽之來源［J］.焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)（1）：18-22.

余敏，2004.火力發(fā)電廠貯灰場的巖土環(huán)境工程問題［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)（12）：207-208.

張建芝，孟鶴，張燕，2022.趨勢面分析法在地下水環(huán)境分析中的應(yīng)用［J］.城市地質(zhì)，17（1）：36-42.

張小文，袁偉，胡亞召，2023.地下水劣質(zhì)劣變評價(jià)體系研究［J］.城市地質(zhì)，18（3）：24-36.

鄭定镕，1988.粉煤灰貯放中的若干土工及環(huán)保問題［J］.巖土工程學(xué)報(bào)（5）：124-127.

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(huán)相關(guān)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(xué)及環(huán)境工程相關(guān)研究。E-mail：1762593767@qq.com

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