福泉市后河水环境治理研究

吴志席，戴柳珍，朱焕然

(贵州省地质矿产勘查开发局一一五地质大队，贵州 贵阳 551400)

后河水体的污染源为河东边磷化工堆场，磷化工堆场污染水体通过龙井湾大泉排入后河。龙井湾大泉为该区的唯一排泄点，如何使龙井湾大泉污染水体不外排是该课题需要解决的问题。因此，此课题实际上是一个地下水污染治理课题，也是众多专家学者研究的主要课题之一[1-4]。地下水环境治理主要方法有水力学法、污染地下水的抽出-处理技术[5]、反应性渗透墙技术[6]、原位化学氧化技术[7-8]、表面活性剂增容费DNAPL污染含水层修复技术等[9-10]，水力学法适用于污染物在地下水中溶解强且含水介质相对简单的地层[11]，污染地下水的抽出-处理技术适用于污染范围小且污染地下水总量小的地下水污染，其他技术主要适用于土壤污染及包气带污染。在岩溶地区，由于岩溶地下水系统的复杂性，受污染的的地下水治理存在很大困难。研究区为多层岩溶含水层系统，南东向和近东西向剪节理发育，且污染源体积庞大，污染源堆积历史久远，地下水多层地下水受污染。基于龙井湾大泉位于地下水系统的下游区，且后河为天然的排水面，提出“清污分流”的治理理念，采取工程截排清洁水体，消减龙井湾流量，达到污水不外排，截断后河污染物运移路径，保护后河水体不受污染。可为贵州岩溶地区其他类似的河流或地下水污染治理提供借鉴。

1 研究区概况

后河位于福泉市北2 km，自南向北流，干流全长约25 km，平均比降1.84%。研究区内，河段总长9.98 km，河面高程884～1 006 m，平均比降12.3‰，平水期500～800 L/s，丰水期流量大于1 500 L/s，暴雨后数小时，流量可陡增至10 000 L/s。后河水质平水期达到Ⅲ级水体标准，丰水季节受龙井湾大泉污水外溢影响，水体总磷、氨氮、氟化物明显超标。龙井湾丰水期流量89.32～112.07 L/s，暴雨后2～3 h内流量可陡增至700～1 200 L/s，洪峰持续时间25～43 h。龙井湾大泉平水期流量52.78～71.02 L/s，枯水期流量32～52.99 L/s，枯、平水期污水循环利用，不外排。

如何使龙井湾大泉污染水体在丰水季节不外排是该课题需要解决的问题。龙井湾大泉所在的地下水系统为一呈带状近南北展布的岩溶大泉系统，北部以龙昌镇白虎坡-樊家庄-青山一带地表分水岭为界，西部T1d1为界，东以后河和陡陇河的地表分水岭为界，南以导水节理L1为界。系统面积23.50 km2，污染源距龙井湾大泉最近为780 m，因此污染源处于此岩溶大泉系统的径流-排泄区。地下水从系统北部开始接受大气降水渗入补给由北向南径流至龙井湾处以龙井湾岩溶大泉形式排泄出地表，汇入后河。

龙井湾大泉(S1)出露于此层T1d2+3含水岩组，岩性主要为灰岩，下部夹薄层状钙质粘土岩。含碳酸盐岩岩溶水，以溶洞-管道、裂隙-溶洞为含水介质，常见泉流量1.5～15 L/s，钻孔单位涌水量0.282～0.872 L/s·m，地层渗透系数0.74～0.831 m/d，富水性中等(见图1)。

1.断层；2.河流；3.泉点编号及标高(m)；4.污染源；5.地质界线；6.地下水流向；7.地下水系统边界；8.地层代号；9.节理

据上述，消减龙井湾大泉洪峰流量是治理后河水体污染最有效的方法。

2 数据采集

文中数据主要采用调查、地球物理勘探、钻探、抽水试验、连通试验等工作手段，获得了主要连通试验资料、地下水位资料、2019年6月龙井湾大泉的水量小时长期监资料、厂区内与龙井湾连通的ZK1钻孔水位小时长期监测资料及小时降雨量资料、隧道出入口水量水量观测资料及暴雨期主要岩溶洼地汇流量资料。

3 水均衡方程建立

根据含水岩组特征及节理裂隙发育情况，该区地下水为多层含水层岩溶裂隙地下水，径流途径及污染物运移过程极其复杂。该文将污染场地及污染厂区下游地下水水位标高至龙井湾视为黑箱模型，建立水均衡方程。地下水的排泄：龙井湾大泉S1排泄(Q泉)；地下水补给来源有二：(1)污染源北侧由北向南径流的地下水补给量(枯水期地下水补给量Q北1和丰水期地下水补给量增加Q北2)；(2)大气降水入渗量补给量(分为A部分洼地地表水入渗补给W1、B洼地地表水入渗补给W2、C洼地地表水入渗补给W3和其他入渗补给量W其他)(图2，图3)因此，地下水均衡一般方程为：

1.导水节理及编；2.地下水流向；3.长期监测孔；4.地下水位标高(m)；5.泉点编号及标高(m)；6.地质界线；7.地层代号；8.地下水污染区；9.集中入渗洼地

1.导水节理及编号；2.地表水入渗区及编号；3.治理工程编号；4.地表污染影响范围；5.地下水系统边界；6.地下水流向；7.地质界线；8.地层代号

Q泉=Q北1+Q北2+W1+W2+W3+W其他

(1)

枯水季节地下水均衡方程为

Q泉=Q北1

(2)

4 治理方案

治理后河水体的关键在于龙井湾大泉地下水不外排，以“清污分流”为主要治理思路，消减龙井湾井湾雨季洪峰流量，达到污水不外排的治理目的。

根据污染区地下水均衡分析，地下水集中补给主要分为地下水系统北侧向南流的地下水和地表洼地集中入渗补给。工程措施布置如下：

(1)隧道工程截排北侧地下水及A洼地地表水

隧道工程施工长度1 334 m，西隧道口标高937 m，东隧道口标高973 m，截堵北侧地下水和A洼地地表水，截流的地表、地下水自然排放至后河中。

(2)截排水沟工程截俳B洼地地表水

B洼地西侧20 m，已修建有厂区的排水系统，围绕B洼地修建截排水沟，长度80 m，可截取B洼地地表水，并将其接入厂区已有的地表排水系统中。

(3)截排水沟工程及自动体泵站工程截俳C洼地地表水

C洼地地表水由于部分为T1-2a白云岩，大型节理发育，地表水体全部入渗，连接洼地的溪沟均需硬化，且该处无自然排水点，在洼地底部修建蓄水池，采用自动提灌工程将水提至山顶，再修建排水渠排放至后河。排水沟长度共计900 m，蓄水池容量400 m3，体泵高度15 m，长度150 m。

5 治理工程效果

5.1 隧道工程效果

2018年1月后河煤场附近大体由南西向北东于污染源北侧施工一条清水引流隧道。截止2019年5月，隧道已贯穿至A洼地，总长1 334 m。隧道后河洞口处底板高程937 m，隧道贯穿A洼地地表处底板高程974 m，隧道两端口水平距离1 285 m，平均坡度2.89%。隧道施工和污染场地水均衡方程为：

Q泉’+Q隧=Q北1+Q北2+W1+W2+W3+W其他

(3)

Q泉’为隧道施工后龙井湾大泉的流量。

根据计算公式(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)对隧道出口A洼地、龙井湾大泉出口处的流量观测资料为依据。

西南隧道出口测得流量约453 L/s，A洼地流量256 L/s(A洼地地表水入只是部分补给龙井湾大泉，根据连通试验接收荧光增白剂的量，龙井湾接收荧光增白剂的量所占的比为约13%，水均衡计算时，流入龙井湾的水量按照A洼地水量的13%计算。因此A补给龙井湾量W1为33 L/s)，引流隧道截取的地下水量约为230 L/s，同期龙井湾大泉洪峰流量约544 L/s，引流隧道截取的地下水量占龙井湾洪峰流量的29.7%。

表1 隧道截水工程效果计算表

隧道工程在雨季起到了积极的截排上部地表水及部分地下水的作用，有效削减了龙井湾大泉洪峰流量。

5.2 其他工程效果预估

除隧道工程外，其他工程暂时未施工。以2019年6月16日暴雨后(降雨量57.5 mm)B洼地、C洼地的测流量(见表2)。评估其他工程施工后的效果(见表2)。

表2 工程截排水效果预估表

综上所述，总工程截俳水量与龙井湾总水量占比为48.2%，总工程截俳工程施工完后预计龙井湾水量405 L/s。

6 结语

后河水环境治理是通过切断污染源达到治理目的，实际是一个地下水环境防治问题，在西南岩溶地区地下水赋存和运移十分复杂，“清污分流”是治理地下水污染的主要思路和理念，旨在减少污染地下水的流量，以减小污水处理及环保压力。治理方案中已施工的工程，达到了一定的治理效果。存在的不足如下：

(1)隧道工程在丰水期起到了积极的截排上部地表水及部分地下水的作用，有效削减了龙井湾大泉洪峰流量；基本达到治理后河水环境的目的。但截流来自地下水系统上游含水层中的承压地下水效果不佳，非雨季隧道排水量仅0.8 L/s。隧道内钻孔地下水位标高普遍高于施工处的隧道底板，最高达9.8 m，但涌水量极小，流量0.01～0.3 L/s，且区内地下水具有明显的分层径流特征。因此，研究如何有效利用隧道排出地下承压水，为下一步研究的一个重要方向。

(2)龙井湾大泉附近大面积基岩裸露补给，治理难度大，污染源体积大，污染地下水根治难度大，未来上游厂区停产后，污水处理仍将继续消耗人力物力财力。因此如何根治类似地区地下水污染问题，是未来需要重点研究的方向。