太原市三给水源地TS7#供水井污染原因分析

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原030024）

0 引言

2018年10月10日19 时40 分，三给水厂工作人员发现水厂进水浊度增高。经调查排除水源地输水管线爆管及人为破坏的因素后，对水源地各水井通过轮番开启，多次水质采样比对后，显示TS7#水源井现场水质化验浊度为69.6 NTU，与以往数据相比差异较大，远高于地下水浊度质量标准（标准为<3 NTU）。调查发现三给水源地（TS7#井）西北150 m 处，为营村回迁房项目工程，且水厂浊度增高当日正在进行桩基（约30 m）高压灌浆。停止注浆作业后，对TS7#井进行了近24 h 的扬水作业，水质检验结果显示浊度下降至9 NTU。因此，初步认定高压灌浆是造成水质污染的主要原因。

1 污染源分析

2018年10月17日，太原市供水集团水质监测中心对TS7#井进行水样采集及现场检测工作。该井出水浑浊度为207 NTU，水质呈灰黑色。同时水质监测中心利用正常运行的TS3# 水井水源，分别添加从TS7#井附近施工单位采集到的水泥和膨润土样，配制出不同浑浊度近似的模拟水样。检测结果见表1。

由试验成果可知，污染后的TS7#井及配制的模拟水样在全硅、铝、铁、硫酸盐项目等检测数值较大，且随着浊度的升高，以上各项的检测值逐步升高，与浊度呈正相关性，同正常水源水质相比，受污染的TS7#井污染指标及污染程度与模拟水样（水泥）具有较高的相似性，由此判定污染物为水泥浆，污染源为营村回迁房项目工程注浆场地。

表1 水样对比水质分析成果

2 井壁管分析

2.1 水源井成井结构

TS7#水井井深970.97 m，孔口高程792.47 m，水源井水泵下置深度41 m，正常情况下水源井的静水位约10 m，动水位约30 m 左右，单井出水量1 000 m3/h。根据TS7#水井柱状图可知，0～107.16 m 为覆盖层（主要为低液限粉土夹卵石混合土层），0～50.17 m，孔径650 mm，井壁管内径600 mm，厚25 mm；50.17～107.16 m又加一套井壁管，内径为530 mm，壁厚35 mm，107.16 m以下为基岩。

柱状图上显示其覆盖层封堵井管直接坐落于基岩之上，而没有深入基岩，造成对上部松散地层封堵、止水效果不好，因而在50.17～107.16 m 之间增加第二层井管提高封堵效果，弥补第一套井管的封堵缺陷。

太原市供水集团当年参与水井施工人员反映该井交付运营时就发现了存在封堵效果不理想的情况。

2.2 井下电视

对视频反复观看对比后，可以得出如下结论：

1）TS7#井目前探测深度仅为488.310 m，约为原井深的一半深度。该处可见片状物、机械部件及砂砾石堆积，且一直有细颗粒物下落，井壁管为滤水管，该滤水管深度479～488 m 与水井竣工柱状图中记载井深479～495 m 为花管相吻合。且井内井深414～488 m段水质较清澈，井壁管滤水管段进水孔视频较清晰，无大的锈蚀痕迹，仅有较小的锈斑。

2）井深416.75 m 处为水井变径处，可见灰岩裸露、破碎，显示原井壁管封堵出现破损，可能是下部灰岩砂砾石或块碎石的来源之一。

3）井深109.098 m 处为基岩变径处，以下井壁挂满絮状物。该处井壁管水平环状痕迹分明，且有似为钻井水平环状痕迹。

4）井深50.7 m 处为井管变径处，有明显的水平裂缝与垂直裂缝相交，且该处上下井壁管水平环状痕迹明显。井深50.7～36.0 m 之间井壁管出现多处水平、垂直或水平与垂直相交的锈痕、锈蚀包、锈蚀鼓包及类似钟乳石类的锈蚀包群，推断该段井壁管锈蚀严重，很能较多处为锈蚀裂缝或锈蚀孔。井深36 m 以上井管锈蚀包明显减小，较平整，推测井管较完整，锈蚀破损处较少，但局部也有明显的锈蚀包向下的锈蚀水流痕迹。

5）井深36 m 至井口，较少的井管壁锈蚀斑痕，个别的锈蚀包及井管搭接处的水平锈蚀痕迹。静水位一般维持在井口以下约10 m 左右。0～2.7 m 为井房护口井壁管。推测原井壁管单根长约6 m。

3 污染途径测试

TS7#水源井中出现松散岩类地层中被污染孔隙水，分析认为水源井因井壁管长期腐蚀、成井工艺等因素造成井管破损，进而形成渗漏通道。本次采用示踪法，查明了井壁管内外之间的水力联系，大致判断井壁管破损位置。

3.1 投料孔施工

在TS7#井与桩基后注浆施工点之间布置水文地质勘探1#投料井。该井位于TS7#井西北方向52 m，深度50 m，采用跟管钻进工艺，地下水位以下均下置滤水管。

1#孔孔口高程794.95 m，静水位为6.66 m，50 m孔深以内地层结构以低液限黏土为主，其中20～22 m、45～50 m 处为卵石混合土层，具强透水性。场地位置关系见图1。

图1 场地位置关系

3.2 示踪试验

3.2.1 试验方法

1）本次试验中，采用氯化钠作为示踪剂，通过测量电导率的变化来观测地下水的流经途径。

2）本次使用的电导率测试设备监测系统包括：电导率测试传感器，遥测终端机（无线终端机）、压力式液位计、电源，以及计算机、数据分析软件。其中的智能电导率传感器用于测量井中地下水的电导率和水温。

3）在1#投料井中，投入食盐示踪剂，在TS7#井42 m、77 m 处进行电导率监测。

3.2.2 试验过程

2019年1月12日14:30，供水集团工作人员将TS7#井中的水泵提起，随后安装电导率测量设备，将1# 传感器放入井下77 m 处，2# 传感器放入井下42 m 处，并测试了电导率初始值及水温。15：45 由我方人员将融化好的氯化钠溶液投放至1#井内，溶液体积1 m3，在温度35°的水中投入食用盐400 kg。

为增加了水头压力，加快地下水流速，于2019年1月15日9:30 从TS7#井中泵水，泵至1#投料井中。当天1#传感器（77 m 处）于15:25 达到峰值；2#传感器（42 m 处）于16:30 达到峰值。

为验证试验结果的可靠性，于2019年1月15日20:43 在1# 孔进行二次投放示踪剂，食盐投放量为150 kg。1#传感器（77 m 处）于1月16日23:05 达到峰值；2#传感器（42 m 处）于1月17日00:05 达到峰值，两次峰值的出现，证明示踪剂渗流途径唯一，示踪试验结果是可靠的。

3.2.3 试验结果

1）TS7#井

1月12日投放示踪剂以后，1#、2#传感器时间与电导率数值的关系曲线分别见图2、图3。图中纵坐标为电导率数值，单位为mS/cm，横坐标为测点点号（测点频率为5 min）。1#、2#传感器关键时间节点上电导率的统计，见表2。

3.2.4 试验结果分析

从示踪试验TS7#水井电导率两次峰值的出现，直观地证明了TS7# 井内水体与外围松散岩类孔隙水是联通的。造成联通的原因是井壁管经常年锈蚀出现破损情况，尤其是井壁管变径处（50.17 m、107.16 m）、动水位（35 m）附近干湿交替处。

图2 1#传感器时间与电导率的关系曲线

图3 2#传感器时间与电导率的关系曲线

1#传感器（77 m）第一次峰值出现的时间为1月15日15:25，电导率数值为1.1211 mS/cm；2# 传感器（42 m）第一次峰值出现的时间为1月15日16:30，电导率数值为1.089 9 mS/cm。77 m 处峰值出现的早且电导率数值较高，由此，可大致推断被污染的地下水流到TS7#水井井壁管处，地下水在持续抽水，形成降落漏斗的情况下，在107.16 m 处的变径部位流入到井内，水中导电离子向上扩散。

表2 1#、2#传感器关键时间节点上电导率统计表

4 小结

TS7#水源井的污染源为西北侧的营村回迁房工程注浆场地，污染物为灌注桩后注浆浆液。

污染途径是水源井周边径流的第四系松散层强透水层中松散岩类孔隙地下水将污染物通过水源井井壁管破损处带入水源井内。