尾礦填埋場水文地質(zhì)特征研究

王承剛，肖 瀟，紀(jì)智慧，劉向榮

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

某歷史遺留鋅鎘尾礦位于湖南省張家界市，目前露天堆放，未依據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2020）進(jìn)行污染控制和規(guī)范環(huán)境管理，現(xiàn)場只用塑料薄膜覆蓋，無截水措施、防滲措施和攔渣壩，導(dǎo)致含重金屬滲濾液泄漏，污染地下水環(huán)境。為改善周邊環(huán)境，加強(qiáng)自然生態(tài)保護(hù)，擬選址安全填埋尾礦[1-3]。因此，填埋場建設(shè)前需要落實(shí)水文地質(zhì)調(diào)查，開展野外調(diào)查和室外試驗(yàn)，通過前人成果和野外資料整合分析，明確研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)后續(xù)地下水環(huán)境保護(hù)工作[4-6]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

湖南省張家界市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，春暖多雨，夏季干熱，秋高氣爽，冬季寒冷，四季分明。春夏多暴雨，7—9月常有伏旱、秋旱現(xiàn)象。研究區(qū)屬澧水流域，陳家溪為澧水南岸一級(jí)支流，總體呈南北向流經(jīng)研究區(qū)，于周家坊匯入澧水。

研究區(qū)總體地勢西北高，東南低，擬建填埋場位于構(gòu)造剝蝕丘陵的山間谷地。地層由老到新包括震旦系燈影組（Z2d）、寒武系牛蹄塘組（∈1n）和石牌組（∈1s），奧陶系桐梓組（O1t）、紅花園組（O1h）和大灣組（O2d），志留系馬溪組（S1l）以及第四系白水江組（Qpbs）。填埋場范圍內(nèi)無明顯地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)。

2 含水巖組

按含水層性質(zhì)及埋藏條件，研究區(qū)地下水主要分為4種。一是賦存于人工填土和第四系上層中的包氣帶水，二是賦存于第四系卵石、砂礫石中的潛水，三是賦存于風(fēng)化基巖層中的基巖裂隙水，四是賦存于碳酸鹽巖中的巖溶水。研究區(qū)豐水期與枯水期地下水等水位線圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)豐水期與枯水期地下水等水位線圖

研究區(qū)地下水主要受地表水下滲補(bǔ)給，在人類活動(dòng)區(qū)同時(shí)接受生活排水補(bǔ)給，水位不穩(wěn)定。研究區(qū)包氣帶水一般位于地面以下0.4～3.5 m。地下水水質(zhì)極易受到人類活動(dòng)影響。

潛水主要賦存于第四系白水江組卵石和砂礫石中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，澧水及陳家溪在豐水期部分時(shí)間段補(bǔ)給兩岸潛水層，稻田區(qū)還存在灌溉用水的入滲補(bǔ)給。勘察期間測得潛水穩(wěn)定水位埋深介于0.50～5.88 m。潛水地下水位變化幅度一般為2～4 m。

基巖裂隙水含水層主要受大氣降水補(bǔ)給及其他地層含水層側(cè)向補(bǔ)給，其水位、水量大小和徑流補(bǔ)給受裂隙的發(fā)育程度、連通性以及區(qū)域構(gòu)造的影響，且基巖多上覆全風(fēng)化殘破積層，滲透系數(shù)小，地下水水量較小。地下水多沿接觸面流動(dòng)。

碳酸鹽巖巖溶水含水層主要受大氣降水補(bǔ)給及其他地層含水層側(cè)向補(bǔ)給。地下水流量受巖溶發(fā)育影響明顯，其中，奧陶系桐梓組巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶水多為管道流徑流，以地下河出口形式排泄，水量豐富；其他地層巖溶水多為裂隙流，以下降泉形式排泄于地表，水量中等。

3 地層滲透性

3.1 黏土層滲水試驗(yàn)

在擬建填埋場內(nèi)選取2處包氣帶粉質(zhì)黏土試驗(yàn)點(diǎn)，使用雙環(huán)法進(jìn)行滲水試驗(yàn)。包氣帶滲透系數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為穩(wěn)定滲水量，m3/d；L為試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)水由試坑底向土層滲透的深度，m；F為試坑（內(nèi)環(huán)）滲水面積，m2；Hk為毛細(xì)壓力水頭（一般等于毛細(xì)上升高度的一半），m；Z為試坑內(nèi)水層厚度，取0.1 m。

滲水試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)為0.073～0.137 m/d，滲透性等級(jí)為弱透水，防污能力較好。

表1 試坑滲水試驗(yàn)結(jié)果

3.2 卵石層抽水試驗(yàn)

利用鉆孔ZK12和ZK13對(duì)卵石層進(jìn)行抽水試驗(yàn)，具體要求參照《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50027—2001），采用單孔淺水非完整井抽水試驗(yàn)公式計(jì)算滲透系數(shù)。具體公式為：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為鉆孔涌水量，m3/d；S為水位降深，m；r為抽水孔半徑，m；L為過濾器長度，m。

抽水試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。卵石層的滲透系數(shù)為32.92～51.58 m/d，滲透性等級(jí)為強(qiáng)透水，滲濾液泄漏至卵石層后快速向周邊擴(kuò)散遷移，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較大。抽水降深歷時(shí)曲線如圖2所示。

表2 抽水試驗(yàn)結(jié)果

圖2 抽水降深歷時(shí)曲線

4 項(xiàng)目實(shí)施對(duì)地下水環(huán)境的影響

根據(jù)調(diào)查工作及《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》（HJ 610—2016），研究區(qū)污染控制難易程度為易，天然包氣帶防污性能分級(jí)為弱，下伏基巖裂隙水防污性能分級(jí)為強(qiáng)，其屬一般防滲區(qū)?？紤]場地下伏基巖層位頁巖，中風(fēng)化層滲透性小，可作為相對(duì)隔水層，建議防滲措施以水平防滲為主，重點(diǎn)防止陳家溪及兩岸受到污染，同時(shí)部署垂直防滲措施，充分利用場地現(xiàn)有基礎(chǔ)條件?？稍O(shè)置水位、水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)，按《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 164—2020）要求進(jìn)行分時(shí)監(jiān)測。從頻率來看，水位觀測考慮豐水期和枯水期，水質(zhì)監(jiān)測僅考慮枯水期。

5 結(jié)論

擬建填埋場的地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。填埋場松散巖類孔隙水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，基巖裂隙水接受大氣降水入滲補(bǔ)給及區(qū)外基巖裂隙水和震旦系巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給。通過雙環(huán)試坑滲水試驗(yàn)可知，填埋場粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)為0.073～0.137 m/d，滲透性等級(jí)為弱透水，防污能力較好。考慮場地下伏基巖層位頁巖，中風(fēng)化層滲透性小，可作為相對(duì)隔水層，建議防滲措施以水平防滲為主，同時(shí)部署垂直防滲措施。