岩溶含水层/弱透水层分布区某拟建化工项目地下水污染风险分析

安双财

摘要：在我国西南基岩山区存在许多岩溶含水层-裂隙弱透水层交替分布区，这些地区岩溶含水层岩溶较为发育，而裂隙弱透水层隔水性相对较好，因此，开展这类基岩山区地下水污染风险分析对岩溶含水层水源保护及项目选址具有重要指导意义。本文以云南富源县某拟建化工项目为例，通过污染项目对其下伏及周边含水层的影响进行预测分析，为基岩山区此类项目选址提供参考。

Abstract： There are many alternating distribution of karst aquifer and fissure aquitard in the Bedrock Mountains in southwest of China. The development of karst in the karst aquifer is very well and the permeable of fissure aquitard is relatively well. Therefore， the risk analysis for groundwater contamination in this kind of karst aquifer is very important for the water resource protection and project site selection. Taking a proposed chemical project in Fuyuan county， Yunnan province as an example， this study predicts and analyzes the influence of the pollution project on the underlying and surrounding aquifers， so as to provide reference for the site selection of such projects in bedrock mountain area.

关键词：岩溶含水层;弱透水层;地下水污染;风险分析

Key words： karst aquifer;aquitard;groundwater contamination;risk analysis

中图分类号：X824                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0274-04

0  引言

地下水污染風险评估是地下水污染管理的关键环节。准确评估一个水源地或污染源周边的地下水污染风险对地下水污染管理至关重要。因此，近年来，地下水污染风险评估受到了许多学者的广泛关注[1-7]。针对不同场地不同尺度的地下水污染风险评估采用的方法各有差异。对于平原区而言，李绍飞等[2]从污染源荷载、渗透补给条件、含水层岩性、社会经济等方面构建评价地下水污染风险指标体系，根据突变理论，建立平原区浅层地下水污染风险突变评价模型。而对于岩溶区而言，崔亚丰等[8]构建了适合岩溶区地下水污染风险评价体系并以地苏地下河系流域为例开展岩溶区域地下水污染风险评价，研究表明地下水污染风险空间分布特征与岩性、坡度、岩溶网络发育等自然条件密切相关。而对于构造对地下水污染风险的影响方面，梅向阳等[9，10]针对向斜构造对地下水污染风险进行了分析，而王仁敏等[11]则探讨了巨厚包气带岩溶区垃圾填埋场选址合理性及其对下游敏感保护目标的影响。

综上所述，场地地质及水文地质条件对地下水污染风险评估结果影响明显，而本文重点考虑岩溶含水层和裂隙弱透水层分布区某拟建化工项目对地下水污染风险的影响进行分析评价，为我国基岩山区重点污染类项目选址及地下水污染风险评估提供借鉴。

1  研究区水文地质条件特征

1.1 研究区水文地质概况

研究区位于区域雨汪旋卷构造东南边界，整体上，研究区地下水主要受雨汪旋卷构造及北东南西向褶皱构造的控制，不同次级构造区域地下水富集性差异较大。根据水文地质初步调查发现研究区主要出露三叠系中统个旧组（T2ga）碳酸盐岩岩溶含水层和三叠系永宁镇组（T1yb）细砂岩及页岩弱透水层，为一个相对独立完整的水文地质单元，水文地质单元范围内岩溶含水层主要为三叠系中统个旧组灰、深灰色灰岩岩溶含水层，而弱透水层主要为三叠系永宁镇组黄绿、紫色细砂岩夹粉砂岩页岩、泥灰岩夹泥岩弱透水层，经数值模拟分析显示，受永宁镇组弱透水层的影响，数值模拟评价范围内地下水主要沿着北东及南西两个方向径流，南西方向地下水主要向南侧喜旧溪河排泄，沿着北东方向径流地下水最终排泄于北东侧黄泥河。总体上，研究区为一个相对独立的完整水文地质单元，因此，本次圈定如图1黑色虚线范围约28.49km2作为本次地下水风险分析的调查范围，而白色虚线范围11.72km2则为本次数值模拟预测分析范围，根据水文地质调查发现模拟计算区北西侧以F1导水断层断层为定流量边界，南东侧以三叠系永宁镇组黄绿、紫色细砂岩夹粉砂岩页岩为隔水边界，南西侧以个旧组分水岭为隔水边界，与区域地下水流向相符，由此，整个数值模拟研究区构成一个相对独立完整的水文地质单元。区域地下水主要受大气降水入渗补给，沿着三叠系中统（T2ga）岩溶及裂隙介质径流，根据本次水文地质调查，分析范围内，北侧区域的地下水总体上沿着北东方向径流，而南侧箐门前一带的地下水往南径流，最终排泄于南侧740号区域泉群，整体上，研究区地下水补径排条件较为清楚。

1.2 研究区构造水文地质特征

F1逆断层：位于场地北侧（图1），地表部分被覆土掩盖，走向北东，倾向南东，倾角42～60°，断裂两侧均为灰岩，富水性强，透水性强，项目区地下水沿北东向排泄。

F2逆断层：位于项目区北侧，走向北东，倾向南东，倾角25～63°，项目区地段，断层北侧为灰岩，南侧为页岩，页岩具有一定的阻水作用，故导致北侧的岩溶裂隙水在断裂F1地段被南侧页岩阻断，沿断裂F1向北东向径流，根据图2落水洞位置推测沿着场地北西侧F2断层可能存在岩溶发育带，尤其是该断层与F3夹持的个旧组岩溶含水层三角区域3口深井（100m）均为揭露地下水位，表明该区域存在岩溶导水带，F2在场地北西侧导水性较强，场地西侧地表水及地下水沿着沟谷向北侧径流，至F2处顺着落水洞进入地下，沿着地下水暗河向北东侧径流排泄。

研究区受区域雨汪旋卷构造影响，各断层导水性和富水性差异较大，在雨汪旋卷构造作用下，地下水主要沿着北东及南西向径流，同时受旋卷构造两侧褶皱构造影响，研究区范围内形成局部富水盆地，整体上，雨汪旋卷构造控制着研究区地下水补径排条件特征。

1.3 研究区地下水补径排条件

根据本次调查和区域地质资料，区域地下水类型以碳酸盐岩岩溶水、碳酸盐岩与非碳酸盐岩成夹层型的岩溶水，受雨汪旋卷构造及北西南东两侧褶皱构造的影响，根据水文地质调查及勘察显示项目场地所处三叠系中统（T2ga）碳酸盐岩岩溶水含水层较为丰富，而场地中部分布的三叠系下统永宁镇组页岩隔水层透水性较差，受含水层及隔水层分布特征的影响，研究区范围内主要受近北东南西向断层构造的控制，地下水主要受大气降水入渗补给，顺着溶蚀裂隙及层间裂隙径流，受东侧个旧组第二段（T2gb）页岩隔水底板的影响，研究区南西侧箐门前水库一带形成相对较为富集的富水盆地，根据雨汪电厂门口散户水井揭露地下水位埋深约为35m，而稳定水位埋深约为15m，富水层位岩溶含水层具有一定承压性，稳定水位標高与项目场地西南侧出露的Q1和GW3龙潭以及南西侧箐门前水库西侧Q2龙潭出露的标高相当，由此推断，雨汪电厂门口及南侧区域以箐门前水库为中心形成较为丰富的富水盆地。除了雨汪电厂门口散户抽取地下水作为水源排泄外，研究区地下水主要沿着两个方向排泄，箐门前水库西南侧主要往西南方向径流排泄，而项目区西侧出露的GW3龙潭及Q1排泄进入西侧沟谷河流，往北径流经落水洞进入F2导水断层地下暗河向北东方向径流，最终排泄于北东侧黄泥河，受不同断层构造导水性和阻水性差异影响，研究区北侧地下水埋深及富集程度差异较大，整体上，本次研究区地下水主要沿着北东侧黄泥河沟谷排泄，而南西侧主要往南侧发乃村南侧泉群（图1）及喜旧溪河排泄，地下水排泄主要以泉及抽水井抽水形式排泄，经调查分析，研究区地下水补径排条件较为清楚。

1.4 区域及场地岩溶发育及分布及特征

根据本次调查和区域地质资料，区域地下水类型以三叠系中统（T2ga）碳酸盐岩岩溶含水层为主（图1），受区域雨汪旋卷构造影响，研究区范围内各断层导水性及富水性差异较大，根据调查项目北西侧落水洞及3个深孔未见地下水可以推断研究区范围内主要发育的岩溶为F2断层一带可能存在地下暗河沿着F2断层向北东侧发育，最终以泉的形式排泄于北东侧黄泥河，受东南侧（T2gb）页岩隔水底板影响，项目南东侧以箐门前水库为中心，地下水形成较为富集的富水盆地。而南侧地下水主要向发乃一带的740号区域泉群排泄，研究区范围内岩溶发育分带特征较为明显，岩溶强发育区主要受雨汪旋卷构造的控制。

2  研究区地下水污染风险分析

根据前述水文地质条件调查及分析概化，依据相关规范要求进行模型概化并进行数值模拟预测分析，下面将给出边界条件概化及氨氮特征污染物在7200天后污染羽状物扩散范围图如图3和图4所示，图中坐标网格为每个间隔为500m。

从上述预测图4可以看出，重点污染工程区氨氮污染羽状物主要沿着北侧和北西方向迁移扩散，雨水收集池及事故水池区域的氨氮污染羽状物在7200天后向北西方向最远迁移距离约为200m，未能到达GW3龙潭集中水源，而液氨站超标浓度氨氮污染羽状物在7200天后向北侧最远迁移距离约为300m。

3  结果与讨论

通过上述数值模拟分析显示，对于岩溶区化工项目的选址，如果岩溶含水层中间夹有裂隙弱透水层，那么尽可能将重度污染工程分部在裂隙弱透水层中，可大大减少项目风险条件下对地下水污染造成的风险。以本次拟建项目为例，位于中部裂隙弱透水层中的重点污染工程羽状物迁移扩散速度较慢，对周边的敏感目标影响较小，而如果将项目落在高渗透性的岩溶含水层中或岩溶管道分布区，那么项目对地下水造成的污染风险将不可控。但对于本项目而言，把重点污染工程区分布于裂隙弱透水层中，对于选址困难地区，即使是岩溶区，也不应是化工类项目的禁区。此外，从上述污染物迁移扩散方向及距离可以看出，受不同含水层/弱透水层分布影响，羽状物扩散方向及距离差异较大，但最终未对项目周边敏感目标造成污染影响，即超标浓度羽状物在7200天内未能到达周边泉点及溶洞入口。综合以上分析，对于我国西南岩溶区项目选址，应因地制宜，而不是一概而论，重点对项目区地质及水文地质条件进行深入调查及分析至关重要。只有在分析清楚水文地质条件的基础上，开展预测及评价工作，才有可能获取更合理的评价结论，从而为项目区选址及项目环评提供更为可靠的依据。

另一方面，对于此类复杂水文地质条件地区化工项目建设后续还应该做好地下水污染跟踪监测及应急替代措施，尤其是西侧水源泉点，风险条件下，一旦监测到该点受项目建设影响导致污染，应及时为其做好替代方案。此外，充分利用项目区地下水西侧溶洞入口做好风险预案，一旦项目区污染地下水向该处汇集，可在该点采取收集处理措施。

4  结论

本文以云南富源县某岩溶含水层/裂隙弱透水层分布区某拟建化工项目地下水污染风险分析为例，通过水文地质调查及勘察，在查明拟建污染项目区水文地质条件基础上进行项目区地下水污染风险分析及预测，通过研究主要获得以下认识：

①通过解析计算及数值模拟分析表明，通过将高污染项目放在裂隙弱透水层中可降低项目建设对地下水污染风险。

②对于岩溶区化工项目的选址及地下水污染风险评估过程中，应根据项目区地质及水文地质条件进行充分对比分析，因地制宜，根据项目性质及含水层/隔水层分布特征进行有效布局以及采取有效防控措施至关重要。

③岩溶区落水洞作为地表水/地下水汇集区，在极端情况下可直接在这些地区采取污染防治工程，减少污染地下水进一步扩散。

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