某內(nèi)陸核電廠水文地質(zhì)條件研究

胡學(xué)玲，陳多宏，王朝品

(1.廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663；2.廣東省環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 廣州 510045；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；4.廣東科諾電力巖土工程有限公司，廣東 廣州 510600)

1 工程概況

規(guī)劃興建的廣東某內(nèi)陸核電廠規(guī)劃容量為4臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，擬采用目前國際較為先進的AP1000技術(shù)。廠坪設(shè)計標高為80 m，核島基底標高68 m。

2 廠址區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

廠址近區(qū)域范圍的地貌類型簡單，據(jù)地貌形態(tài)、成因、地貌組合、物質(zhì)組成及海拔高程的差異，劃分為低山丘陵和沖積平原(階地)兩個地貌單元。地形總體表現(xiàn)為西高東低、南高北低的特征。廠址區(qū)外部北東側(cè)為江，走向北西-南東向。沖積平原(階地)沿江及其支流分布，形成沖積小平原。由江岸向廠址區(qū)方向共形成四級沖積階段。

2.2 地層和巖石

廠址區(qū)出露的地層主要為泥盆紀天子嶺組(D3t)，巖性為泥巖、粉砂巖、泥晶灰?guī)r，以及第四紀全新世(Q4)、晚更新世(Q3)、中更新世(Q2)和早-中更新世(Q1-2)地層，巖性由含礫、含粗砂、細粉砂粘土層、砂質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，粗砂及少量卵石組成，局部含有淤泥。

廠址區(qū)廣泛出露燕山期花崗巖，根據(jù)侵入時代和巖性可分早侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖(J1η γ)和早白堊世細粒黑云母二長花崗巖(K1η γ)，以前者為主體，呈巖基狀產(chǎn)出，后者呈小巖株或脈狀零星出露。侵入巖為核島及常規(guī)島的奠基巖石。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

廠址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要有斷裂、節(jié)理構(gòu)造。

廠址區(qū)出露于地表、延伸較長的斷裂有2條，規(guī)模較小的硅化帶共有12條，走向以北東東及北東—北北東向為主，此外還有北西及近南北向。廠址區(qū)節(jié)理主要發(fā)育在早侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖中。節(jié)理力學(xué)性質(zhì)以剪節(jié)理為主，節(jié)理面較平直，大部分為閉合，少量為微張，常見有石英細脈沿裂隙充填，節(jié)理面常被鐵錳質(zhì)渲染，局部發(fā)育綠泥石化或絹云母化。

3 廠址區(qū)水文地質(zhì)條件

3.1 地下水類型及其特征

廠址區(qū)內(nèi)地下水主要有松散巖類孔隙水、塊狀巖類裂隙水、裂隙溶洞水三種類型。

3.1.1 松散巖類孔隙水

主要分布于廠址區(qū)西北部和東部沖積階地地段。地下水賦存于第四系沖積層中，局部賦存于人工填土層中，含水土層為卵礫石、含礫粘土、中粗砂、碎石土等，分布連續(xù)。地下水屬潛水型，水位埋深0.50 m～13.10 m。根據(jù)鉆孔KK06抽水試驗結(jié)果，鉆孔單位涌水量為0.010 L/s·m，含水層滲透系數(shù)為0.223 m/d，富水性弱，水量貧乏。

3.1.2 塊狀巖類裂隙水

除廠址區(qū)北部和東部局部地段外，其余地段均見分布。地下水賦存于早侏羅世和早白堊世二長花崗巖中，以風(fēng)化裂隙水為主。地下水主要貯存于強風(fēng)化～中等風(fēng)化巖體風(fēng)化裂隙和淺部石英晶洞中，為潛水。水位埋深0 m～57.20 m。根據(jù)鉆孔KK32、KK35抽水試驗成果，鉆孔單位涌水量為2.99 L/s·m，滲透系數(shù)為0.065 m/d～0.219 m/d，該含水層富水性弱～中等，水量貧乏～中等。

3.1.3 裂隙溶洞水

地下水主要賦存于晚泥盆系天子嶺組地層中，巖性為灰?guī)r。地下水貯存或運動于層面、溶蝕裂隙、溶洞和溶蝕及侵蝕管道中。區(qū)內(nèi)的裂隙溶洞水根據(jù)巖溶出露條件可分為裸露型裂隙溶洞水和覆蓋型裂隙溶洞水兩種類型。

覆蓋型裂隙溶洞水僅分布于廠址區(qū)西北部和東北部沖積階地地段，上部為全新世和晚更新世沖積層覆蓋，分布松散巖類孔隙水。該含水層中溶洞和溶蝕裂隙發(fā)育，揭露灰?guī)r的9個鉆孔中有7個揭露到溶洞，為半充填～全充填溶洞，充填物為粉質(zhì)粘土、灰?guī)r碎塊。大部分鉆孔鉆進至溶洞時出現(xiàn)微漏水現(xiàn)象。根據(jù)揭露灰?guī)r鉆孔鉆進期間水位情況，鉆孔水位在鉆進過程中未見明顯異常。因此，該類地下水在大部分地段與上部松散巖類孔隙水為同一整體，水力聯(lián)系密切，多屬潛水型，僅在廠址區(qū)西北部局部地段具微承壓性。因所揭露溶洞較小，且呈半充填～充填狀，初步判斷溶洞含水量不大，地下水主要接受上部松散巖類孔隙水垂向補給，未見大的地表水體與裂隙溶洞水連通。

裸露型裂隙溶洞水僅分布在廠址區(qū)北西部附屬建筑物地段，分布面積非常小。

3.2 巖、土層的滲透性

為初步查明巖、土層的滲透性，在廠址區(qū)部分鉆孔中進行了鉆孔注水和壓水試驗。

3.2.1 注水試驗

野外勘測時在9個鉆孔中進行注水試驗，試驗段為沖積粉質(zhì)粘土、坡積粉質(zhì)粘土、殘積礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化和強風(fēng)化花崗巖。注水試驗結(jié)果見表1。

表1 鉆孔注水試驗成果

根據(jù)不同巖土層注水試驗結(jié)果分析，由于土層粘粒含量的不同及巖石風(fēng)化程度的不同，各巖土層滲透性存在一定差異，具有非均勻性、各向異性的特點。廠址區(qū)土層透水性總體為極微透水～弱透水層，沖積階段地段卵礫石、砂層及部分強風(fēng)化花崗巖體透水性中等。

3.2.2 壓水試驗

本次調(diào)查在8個鉆孔中進行了壓水試驗，試驗段巖性為中等風(fēng)化和微風(fēng)化花崗巖。壓水試驗結(jié)果見表2。

表2 鉆孔壓水試驗成果

根據(jù)壓水試驗結(jié)果，所得P～Q曲線類型主要為D(沖蝕)型，表明在最大試驗壓力范圍內(nèi)，流量出現(xiàn)顯著增大，試段的裂隙狀態(tài)產(chǎn)生變化，巖體滲透性增大，且這種變化是永久性的，結(jié)合各試段節(jié)理裂隙分布和發(fā)育特征，多半是由于巖體劈裂且與原有的裂隙相通或裂隙中的充填物被沖蝕、移動造成的。

通過壓水試驗可以定性評價巖體的裂隙發(fā)育程度，對照各鉆孔巖芯節(jié)理裂隙，對不同地段不同深度試驗結(jié)果進行比較發(fā)現(xiàn)，淺部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體透水率偏大；由淺到深，巖體的節(jié)理裂隙相對減少，透水率逐漸減小。整體上廠址區(qū)中等風(fēng)化花崗巖為弱透水巖體，微風(fēng)化花崗巖為微透水巖體。

3.3 地下水的補給、逕流、排泄條件

廠址區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水補給，Ⅰ、Ⅱ級階地還接受北江水補給，其次為溪溝和山塘水的滲入補給。沿土層孔隙、土洞和巖體溶洞、溶蝕裂隙及節(jié)理裂隙運移。其逕流方向主要以丘陵山包為中心，從坡頂流向四周谷地或低洼地帶，排泄于附近溪溝或山塘，或直接以下降泉的形式排泄。

3.4 地下水化學(xué)類型及腐蝕性評價

據(jù)水樣水質(zhì)分析成果，廠址區(qū)地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca (或Na、Ca·Na)型，溪溝水化學(xué)類型為HCO3-Ca 型或HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型，均屬微硬、弱酸～中性～弱堿性的淡水。

廠址區(qū)地下水和地表水對建(構(gòu))筑物腐蝕性總體較弱。

4 水資源利用和污染情況

4.1 水資源利用情況

區(qū)內(nèi)最大的地表水為江，其余為溪溝、水庫和山塘。溪溝主要呈樹枝狀、網(wǎng)狀分布。水庫、山塘在溝谷及地勢低洼和平坦處密布。此外，各自然村民井眾多，自然村均位于Ⅰ、Ⅱ級沖積階地地段。調(diào)查區(qū)附近居民目前以山泉水為主要飲用水，主要將山泉水自丘陵地段通過水管輸送至各家各戶，井水主要用于生活用水。調(diào)查區(qū)Ⅰ、Ⅱ級沖積階地地段分布大面積水田，以江水、井水和溪溝水為灌溉用水。除此之外，區(qū)內(nèi)未見較大規(guī)模的取水點及工、礦業(yè)等工業(yè)用水。區(qū)內(nèi)被利用的水量僅占地表水與地下水總量的小部分，水資源的開發(fā)利用程度低。

4.2 水資源污染情況

江水在進入廠址區(qū)前，受上游地區(qū)工礦企業(yè)排出的大量污水的影響，已受到初步污染，其污染物主要是鉛、鎘、汞、砷、鉻和放射性物質(zhì)。廠址區(qū)下游的火力發(fā)電廠煙囪中排出煤灰、二氧化硫嚴重污染周圍的大氣，釋放的熱能到大氣中或冷卻水中而產(chǎn)生一定的熱污染。由于區(qū)內(nèi)工業(yè)規(guī)模還不大，污染程度不高。但在枯水期，河流自凈能力降低，江水的污染程度會加重?？傮w上廠址區(qū)附近居民點較少，居民主要從事種植業(yè)，沒有廠礦企業(yè)，地表水與地下水水質(zhì)僅受人類活動及畜牧養(yǎng)殖業(yè)的影響，基本未受污染或污染輕微。

5 廠址區(qū)水文地質(zhì)條件與工程建設(shè)間的相互影響評價

水文地質(zhì)條件對工程建設(shè)的影響首先表現(xiàn)在廠區(qū)內(nèi)地下水和地表水對建(構(gòu))筑物具有一定的腐蝕性，但腐蝕性總體較弱。

廠址區(qū)北部和東部沖積階地地段擬建建筑物主要為附屬建(構(gòu))筑物，基礎(chǔ)埋深淺，由于局部分布紅粘土，該類土遇水易軟化解，加上地下水自身的水壓力，對工程支護體系及地基穩(wěn)定性將造成影響，但影響不大。廠址區(qū)其余地段為一期和二期主廠房布置區(qū)及邊坡開挖區(qū)，屬丘陵區(qū)，巖性為花崗巖，地下水為塊狀巖類裂隙水，以風(fēng)化帶裂隙潛水為主。潛水位埋深0.00 m～57.20 m，高程64.00 m～135.59 m，部分地段地下水位高出廠坪(高程+80 m)5 m～20 m，最高高出約55 m。因此，在核島、常規(guī)島、聯(lián)合泵房基坑開挖過程中地下水會從四周滲入基坑內(nèi)，造成基坑少量積水。一期和二期主廠房西南部地勢最高區(qū)為邊坡開挖區(qū)，潛水位埋深9.9 m～42.7 m，高程83.75 m～165.55 m，地下水均位于廠坪高程以上，因此地下水將對邊坡開挖造成影響。

廠址區(qū)溝谷較發(fā)育，區(qū)內(nèi)分布兩條溪溝，分別位于1、2號核島和2、3號核島之間，流量分別為0.794 L/s、3.795 L/s。1、2號核島之間溪溝流量較小，為常年性水流，最終順地形流入下游山塘內(nèi)。2、3號核島之間溪溝流量較大，屬常年性水流，為附近村民生活飲用水，直接排泄于東北部江內(nèi)。如不采取適當(dāng)措施，溪溝水在基坑開挖過程中會對基坑直接充水或沿節(jié)理裂隙間接充水，且會對邊坡開挖造成影響。

核電廠建成后，廠區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件會發(fā)生改變。地下水流場、逕流途徑、方向、排泄等均會發(fā)生改變。

核電廠施工過程中及施工后電廠的運營階段可能產(chǎn)生的污染物將沿地下水、地表水徑流方向向下游排泄，可能將對下游局部地段地下水和地表水水質(zhì)產(chǎn)生一定影響。但因廠區(qū)巖土層透水性較弱，致使?jié)B流速率慢，當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)沖積平原(階地)及溝谷等地勢平坦地段，水力坡降小，逕流緩慢，因此，對周圍地下水和地表水的影響范圍有限。

6 結(jié)論

綜上所述，內(nèi)陸核電廠水文地質(zhì)條件研究的主要方法如下：

⑴ 通過現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查、測繪、鉆探等多種手段，查明廠址區(qū)地形地貌類型、基礎(chǔ)地質(zhì)條件、地下水和地表水類型與分布、含水層的厚度、巖性等；

⑵ 通過各種水文地質(zhì)原位試驗及樣品室內(nèi)分析實驗，查明廠址區(qū)各含水層的主要水文地質(zhì)參數(shù)、巖、土層的滲透性、各含水層之間及其與地表水體之間的水力聯(lián)系、地下水的補給、逕流、排泄條件、各層地下水位及其動態(tài)變化、地下水的水化學(xué)類型及腐蝕性等；

⑶ 通過對廠址區(qū)附近地表水、地下水用戶分布、開采情況、人類活動情況等的調(diào)查，以及對周圍村民的走訪，了解廠址區(qū)附近水資源的利用和污染情況，進而評價核電廠的建設(shè)及運營對地下水及地表水用戶的影響；

⑷ 根據(jù)已查明的廠址區(qū)水文地質(zhì)、基礎(chǔ)地質(zhì)、地形地貌等條件，以及核電廠建設(shè)設(shè)計方案，評價廠址區(qū)水文地質(zhì)條件與工程建設(shè)間的相互影響，以便在核電廠的施工與運營過程中采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，并為核電廠建設(shè)設(shè)計方案的優(yōu)化提供依據(jù)。

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