珙县某危险废物填埋场水文地质特征研究

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(1.核工业西藏地质调查院，四川 成都 610052；2.四川省安全科学技术研究院，四川 成都 610045)

随着社会经济的快速发展，产生大量的城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物等固体废物。据统计局数据显示[1]，我国危险废物的生产量从2001-2007年的1×107t左右迅速增加到2013年[2]的3.156×107t，其处置对经济发展的影响作用越来越明显[3]。因为危险废物性质复杂，种类繁多，产生的渗滤液有多种难降解的有害成份[4]，对地表水、地下水、土壤和空气等带来的污染尤其突出，公众对无害化管理和处置的重视程度极高。安全填埋具有成本低、操作便捷、处理量大等优点，所以各地将陆续修建填埋场进行处置。

据统计，全国 60%的人口以地下水作为饮用水水源[5]。填埋场若管理不善，存在渗滤液渗透的可能性，随着填埋场的不断增多，地下水受渗滤液污染的风险也不断升高。场址优选过程中，水文地质条件是最重要的因素的之一，直接影响到填埋场建设的成败[6-7]；填埋场污染分级评价中，水文地质条件是主要指标，一般情况下可占指标体系的半数之多[8-9]；垃圾渗滤液在自然和工程措施下的污染范围，是在水文地质资料的基础上建立地下水水流和溶质耦合模型进行预测[10-11]；可见，在填埋场建设前对场地进行水文地质调查评价，对地下水环境的保护与防治具有重要意义。

本文以珙县某危险废物填埋场为例，开展野外调查和试验工作，通过前人成果和野外资料整理分析，初步建立了研究区的水文地质条件，对该区今后进一步进行污染水文地质研究工作具有重要的指导意义。

1 研究区基本背景

研究区属中亚热带湿润季风气候，主要特征是热量丰富，雨量丰沛，四季分明，春暖早天气多变，夏热雨急多旱涝，秋凉绵雨降温快，冬温雨少常干旱。境内年均温17.9℃，年均降水量1 099 mm，雨量多集中在6～9月，年均相对湿度83%，全年平均总蒸发量1 095.2 mm(表 1和图 1)。

表1 珙县历年平均气候数据

图1 珙县历年平均温度与降雨量

研究区西北部区域水体经过溪沟直接汇入巡场河；东南部通过溪沟在花滩镇附近汇入浑水河，此后在保沱寺附近汇入巡场河(图 2)。

图2 研究区水系图

研究区总体地势为西南高、西北及东南低，主要由侵蚀堆积地貌和构造剥蚀地貌组成。研究区位于花滩向斜南翼至轴部区域，区内风化裂隙发育深度浅、数量多、网状发育；构造裂隙主要发育于砂岩、粉砂岩等硬质岩内。出露地层有侏罗系下统自流井组(J1z)、中统遂宁组(J2sn)、上沙溪庙组(J2s2)、下沙溪庙组(J2s1)、第四系冲洪积层(Q4al+pl)、坡洪积物(Q4pl+dl)、坡残积层(Q4el+dl)等。图 3为研究区水文地质简图，图4为典型水文地质剖面图。

2 含水岩组与隔水层

研究区内含水岩组与隔水层基本与地层分布一致，可分为以下4类：

1) 第四系全新统含水岩组：主要分布在溪沟两侧和斜坡地带，厚度在0～8 m间，岩性以卵砾石、砂、砂土为主，夹淤泥、粘土等，结构松散，渗透性主要受粘土、淤泥等阻隔水层分布的影响。

2) 侏罗系沙溪庙组、自流井组砂岩夹泥岩含水岩组(J2s、J1z)：研究区分布广泛，是主要含水岩组。岩性主要为紫红色砂质泥岩和紫灰色长石石英细砂岩及泥质砂岩不等厚互层，一般是砂岩多于泥岩。风化层厚度受地形、地下水埋深和岩性等影响，厚度在20～30 m间，风化裂隙在泥岩内大多呈密集网纹状、缝隙细而窄、延伸数米，有垂直于层面的规律，砂岩内裂缝呈张开状态，宽约2～10 mm，延伸可达数十米。

3) 侏罗系遂宁组泥岩夹砂岩弱含水岩组(J2sn)：分布于研究区北东侧，岩性为砖红色泥岩、砂质泥岩、长石石英砂岩、夹少量泥灰岩。表层发育网状风化裂隙、深部裂隙多闭合，强风化带厚度多在8～10 m，泥质粉细砂岩中裂隙宽约0.1～2 mm，延伸较远，多为泥质充填。

4) 隔水层：侏罗系中统遂宁组(J2sn)、上沙溪庙组(J2s2)和下沙溪庙组(J2s1)中深部连续分布的泥岩、粉砂质泥岩等各类泥岩，往往只形成细小而分散的微小裂隙，遇水后形成淤泥质。一般为风化带孔隙-裂隙水的隔水底板，或是红层承压水的顶底板。

图3 研究区水文地质简图

图4 典型水文地质剖面图

3 地下水类型

根据研究区地形、地貌、岩性、地质构造和含水介质性质及其在空间展布特征，将区内地下水划分为碎屑岩类孔隙-裂隙水和松散岩类孔隙水等2大类。

3.1 松散岩类孔隙水

3.1.1 第四系冲洪积物孔隙水

此类地下水主要分布于调查区东南侧，沿区内较大溪沟分布，地下水主要赋存于砂卵砾石及粘质砂土中，厚度0～8 m。地下水埋深多在1.0～3.5 m间，单井涌水量约5 m3/d，地下水除能满足人畜饮用外，还能用作家庭庭院经济建设，为水量较丰富区。

3.1.2 第四系坡洪积物孔隙水

此类地下水主要分布于项目区中部，沿区内冲沟分布；地下水主要以井的形式揭露；含水层厚度约0～5 m；地下水埋深多在0.5～2.5 m间，单井涌水量约3 m3/d，仅能满足人畜饮用，为水量贫乏区。

3.2 碎屑岩类孔隙-裂隙水

3.2.1 风化带孔隙-裂隙水

风化带孔隙-裂隙水广泛分布于研究区区浅部，是研究区主要的地下水类型，也是该地区部分分散农户日常生活和生产用水的主要水源。主要分布地层为遂宁组(J2sn)，在沙溪庙组(J2s)和自流井组(J1z)也有少量分布。

该区风化带厚度在4～30 m，一般未超过10 m。地下水的富集程度受地质环境和地貌条件的控制，丘顶、谷坡地带地形较陡，是地下水的入渗补给和径流区，地下水循环交替强，水力坡度大，赋存条件差，不利于地下水储存，富水性差。地形和缓的地区，网状风化裂隙比较发育，风化带保留较好，如坡脚、沟谷带风化层厚度大，补给范围大，地下水沿着谷坡向坡底沟谷区径流、埋藏，因此，富水相对较好。总体来说，调查区内风化带孔隙-裂隙水较贫乏，单井涌水量一般小于5 m3/d。

3.2.2 构造裂隙水

主要分布于研究区南西侧沙溪庙组(J2s)和自流井组(J1z)出露区域，由于地形切割的影响，不具备连续大面积分布的特点，贮存层间承压水的条件已经被破坏，故仅赋存有构造裂隙水。据调查访问和收集资料分析，单井涌水量多在5～10 m3/d，属于水量相对丰富区。

3.2.3 红层承压水

沙溪庙组(J2s)和自流井组(J1z)岩性相似，主要为泥岩与砂岩的不等厚互层。砂岩以沙溪庙组最发育，成层厚而夹层多。分布于整个调查区内的深部，构成东西向的花滩向斜的两翼，形成红层丘陵及低山区。现场调查未发现地表出露点，这类地下水主要由机井揭露。

单井涌水量多在20 m3/d，属于水量较丰富区。由于红层承压水的埋藏与分布具有一定的不均匀性，在其内部也存在相对较富和相对贫乏区，影响因素是较小范围内岩性、构造、地貌和植被等情况的差异。

4 地下水运动特征

大气降水是区内地下水主要的补给来源，水稻种植期的水田水、溪流沟水、水塘也是区内地下水的另一补给来源。

在缓坡、平坝及沟谷地区，包气带中分布的粉质粘土层渗透性弱，受其阻隔，地下水接受补给条件较差。孔隙-裂隙水主要在丘顶接受补给，在丘坡由高处向低处运移形成径流区，沟谷、斜坡带和稻田底部为地下水的埋藏径流与排泄区，其总体特点是就近补给就近排泄，水量一般较小，其动态随降雨变化十分明显。

构造裂隙水在接受降水补给，地下水下渗后逐渐集中到含水层与下部隔水层的层间裂隙中继续运移，并在由溪沟切割形成的沟底、斜坡带出露或岩性接触带出露。这类地下水的水量变化仍然较大，但当补给区面积大时，可终年不干，其动态仍随降雨而变化。

受花滩向斜的影响，沙溪庙组(J2s)和自流井组(J1z)构成自流盆地，充满裂隙的地下水在静水压力下向深部运移，在研究区内被人工机井揭露，该类地下水量稳定，水位动态受降雨影响较小。

5 水文地质分区

根据地形、地质、水文、水文地质边界、埋藏特征和填埋场位置关系等[12]，总共划分了10个水文地质分区；根据场地位置关系和埋藏特征，分为I、II和III等3个一级分区，根据地表分水岭特征又进一步细分二级分区，各分区基本信息见表2，各分区位置关系见图 5。

I1区内主要接受大气降水补给，形成地表水流和地下水径流，经过填埋场后向下游排泄；I2、I3和I4等3个水文地质分区的地下水的补给区域与项目红线影响，排泄区位于下游侧溪沟；II1～5等5个分区位于项目区下游，该类水文地质分区的径流区和排泄区属于I分区的排泄区，地下水的水质、水量受I分区影响；III分区天然地质环境下与I、II分区属于隔离状态，但近年来为改善农村居民生活条件，建设多处约70m深的饮用水井，这些机井连通了表层的风化带裂隙水、构造裂隙水、第四系松散堆积物孔隙水和深部的红层承压水，I、II水文地质分区可成为III分区的补给区，进而影响III分区地下水的水质与水量。

图5 水文地质分区图

6 入渗特征

在填埋场场址区内选取2处试验点，使用双环法进行渗水试验。采用下式计算包气带渗透系数：

(1)

式中：K为渗透系数(m/d)；Q为稳定的渗入水量(m3/d)；F为试坑(内环)渗水面积(m)，内环渗水面积0.049 m2；Z为试坑(内环)中水层厚度(m)，0.1 m；H＇k为毛细压力(一般等于毛细上升高度的一半)(m)；l为试验结束时水的渗入深度(m)。

研究区包气带粉质粘土渗水试验结果见表 3及图 6。可见粉质粘土层的渗透系数为0.011～0.013 m/d，渗透性等级为弱透水，防污能力较好。

表3 试坑渗水试验成果表

表2 水文地质分区一览表

图6 试坑渗水速度历时曲线

7 结语

(1)研究区地下水类型可划分为碎屑岩类孔隙-裂隙水和松散岩类孔隙水等2大类。主要来源是大气降水的补给，其次有水田水、溪流沟水、水塘。松散岩类孔隙水、风化带孔隙-裂隙水和构造裂隙水具有就近补给就近排泄的特点，地下水动态随降雨变化明显，水量一般较少至中等，少量汇水面积较大的构造裂隙水水量较大，一般在由溪沟切割形成的沟底、斜坡带出露或岩性接触带出露排泄，或以地下水径流方式排泄；红层承压水在静水压力作用下向深部运动，研究区内通过机井揭露排泄，水量较丰富。

(2)水文地质I分区是填埋场场址区内地下水形成、径流的区域，地下水质量直接遭受渗滤液泄漏的威胁，地下水向下游区域排泄；II区水质水量均受填埋场建设的威胁；III区通过机井与I、II区连通，间接受威胁。

(3)通过双环试坑渗水试验，场址区粉质粘土层的渗透系数为0.011～0.013 m/d，渗透性等级为弱透水，防污能力较好。