西南巖溶山區(qū)地下河系統(tǒng)污染模式研究
——以遵義市燕子洞地下河系統(tǒng)為例

易世友，江 峰，李 強(qiáng)，吉勒克補(bǔ)子

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

0 引言

貴州位處我國西南巖溶區(qū)腹地，碳酸鹽巖廣布，巖溶個(gè)體形態(tài)多樣、巖溶化程度高，地下河系統(tǒng)發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水污染特征總體表現(xiàn)在：污染受體在“水里”，污染病根在“岸上”，污染路徑在“巖溶”。區(qū)內(nèi)地下河系統(tǒng)受污染后，其污染源追溯難度較大。在地下水系統(tǒng)污染成因方面的相關(guān)研究較多[1-4]，而在巖溶區(qū)地下水污染模式的研究方面則相對較少。莫美仙等[5]在滇東地區(qū)地下水污染研究中，提出了僅適用于滇東地區(qū)的滇東斷陷盆地地下水污染模式；袁偉等[6]通過對不同水體進(jìn)行模式劃分，但未考慮污染物遷移、含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容；丁堅(jiān)平等[7]則深入研究總結(jié)了巖溶地區(qū)地下水滲漏污染模式。盧麗等[8]以西南地區(qū)典型巖溶地下水系統(tǒng)污染實(shí)例為研究對象，總結(jié)提出了西南巖溶山區(qū)四種地下水污染模式，即間歇型入滲污染、持續(xù)型入滲污染、灌入型污染和越流型入滲污染。雖其污染模式中有灌入型污染分類，但其污染模式的總結(jié)僅考慮了污染物入滲條件，而未考慮污染物的來源特征。

本文以遵義市燕子洞典型地下河系統(tǒng)污染為例，從水文環(huán)境地質(zhì)調(diào)查[9]、示蹤試驗(yàn)、地下水污染特征分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測成果方面闡述地下河系統(tǒng)污染成因，綜合考慮了污染物入滲條件和污染物的人為來源特征，歸納總結(jié)提出了更具代表性的間歇性直排灌入型地下水污染模式，本污染模式為西南巖溶山區(qū)地下水污染防治提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遵義市紅花崗區(qū)某集鎮(zhèn)北西，2022年3月2日，區(qū)內(nèi)燕子洞地下河出口水質(zhì)出現(xiàn)異常，水體黑臭、白色絮狀物等，流量增大且不穩(wěn)定，最大時(shí)日流量達(dá)1 204 t左右。區(qū)內(nèi)總體地勢南高北低，海拔標(biāo)高850～1 000 m左右，以溶丘谷地地貌為主，丘體海拔950～1 000 m左右，谷地海拔850～900 m左右，相對高差100 m左右。研究區(qū)屬典型季風(fēng)氣候，降雨量豐沛，多年平均降水量為1 200 mm，每年4月下旬開始進(jìn)入雨季，直至當(dāng)年10結(jié)束，降水量占全年的86.1%，11月到翌年的3月為枯水期，枯水期月平均降水量小于50 mm。燕子洞地下河出口是深溪河補(bǔ)給源之一，在其下游出露的黑洞地下河出口是其主要補(bǔ)給源，深溪河最終匯入湘江河。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件

2.1 地層巖性

研究區(qū)地表大面積出露三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)地層，巖性主要為灰?guī)r夾少量泥質(zhì)灰?guī)r，關(guān)嶺組第一段(T2g1)分布于永安向斜翼部，巖性為頁巖、泥質(zhì)白云巖、互層，第四系(Q)地層零星分布。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位處羌塘-揚(yáng)子-華南板塊-上揚(yáng)子南緣-黔北隆起區(qū)-鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區(qū)，主要褶皺為永安場向斜，受東西向和北北東向構(gòu)造線控制，南部軸向?yàn)楸北睎|，北側(cè)于黃家壩一帶以90°拐彎折向東西。

3 區(qū)域水文地質(zhì)條件

3.1 含水巖組及富水性

區(qū)內(nèi)地下水主要為碳酸鹽巖巖溶水，依據(jù)巖溶含水介質(zhì)組合類型及水動(dòng)力特征又可進(jìn)一步分為純碳酸鹽巖含水巖組、碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖含水巖組兩個(gè)亞類。

三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)為純碳酸鹽巖含水巖組，含水層巖溶極為發(fā)育，地表多被溶蝕成谷地及槽谷等負(fù)地形，巖溶洼地、落水洞、地下河天窗密布，含水介質(zhì)主要為溶洞-管道、裂隙-溶洞，出露的巖溶泉常見流量0.014～2.715 L/s，地下河出口流量一般為20～64.7 L/s，地下河管道多呈“入”字型展布，水文勘探孔涌水量一般107.4～1 509.11 m3/d，鉆孔單位涌水量0.011～1.456 L/s·m，枯季徑流模數(shù)1.521～3.322 L/s·km2，關(guān)嶺組二段(T2g2)富水性中等。

關(guān)嶺組第一段(T2g1)地層為碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖含水巖組，含水介質(zhì)主要為裂隙、溶孔等，鉆孔單位涌水量0.037～0.525 L/s·m，富水性貧乏，為區(qū)內(nèi)相對隔水層。

3.2 地下水系統(tǒng)及補(bǔ)徑排特征

以地表水文網(wǎng)、地下分水嶺以及地層、構(gòu)造對地下水控制作用為依據(jù)，按“地下水系統(tǒng)相對獨(dú)立、完整”的原則，將研究區(qū)地下水系統(tǒng)分為三層(圖1)，即黑洞地下河系統(tǒng)、燕子洞地下河系統(tǒng)和S2地下河系統(tǒng)，燕子洞地下河系統(tǒng)處于黑洞地下河系統(tǒng)上部，在兩者之間還存在S2地下河系統(tǒng)，三者在下游區(qū)域是相互獨(dú)立的地下水系統(tǒng)。

燕子洞地下河系統(tǒng)最上層地下水系統(tǒng)，同時(shí)處于黑洞地下河系統(tǒng)內(nèi)，以地表分水嶺為界，面積約1.2 km2，地表落水洞、洼地強(qiáng)烈發(fā)育，含水介質(zhì)主要為裂隙、溶洞、管道等，地下水主要接受大氣降水經(jīng)落水洞、洼地直接入滲補(bǔ)給，沿地下河管道總體上由南西向北東徑流，受地形地貌及地層巖性控制，以地下河(S1)形式排泄地表，偶側(cè)流量1.736 L/s(150 m3/d)，最大流量達(dá)1 204 m3/d，出口標(biāo)高825 m。經(jīng)水質(zhì)分析，特征污染指標(biāo)中氨氮、總磷、耗氧量(CODMn法)4項(xiàng)超標(biāo)，其中氨氮含量為11.74 mg/L，耗氧量(CODMn法)215 mg/L，總磷7.00 mg/L，均超標(biāo)。

4 地下水污染成因

4.1 污染源追溯

以研究區(qū)完整水文地質(zhì)單元為范圍開展污染源追溯，排查了地下河出口補(bǔ)給區(qū)范圍所有企業(yè)產(chǎn)排污情況，污水去向，重點(diǎn)關(guān)注了補(bǔ)給區(qū)內(nèi)負(fù)地形落水洞、洼地中有無污染痕跡、廢渣等，在高速路出口南東約100 m處調(diào)查發(fā)現(xiàn)了一污水匯集塘，水體呈黑色，底部為黑色淤泥，在污水塘北東側(cè)發(fā)育落水洞，具有明顯污染痕跡，其補(bǔ)給源為污水管網(wǎng)滲漏點(diǎn)H5生活污水及臨時(shí)傾倒的廢水。

圖1 研究區(qū)地下水系統(tǒng)劃分圖

4.2 示蹤試驗(yàn)成果分析

為查明疑似污染源污水匯集塘與燕子洞、黑洞及S2地下河出口間的連通性，于污水匯集塘下方處落水洞開展了示蹤試驗(yàn)，投放了熒光素納，采用了注水方式加快流速，歷時(shí)4天，在燕子洞地下河出口接收到示蹤劑，而在S2地下河出口及黑洞地下河出口均未接收到熒光素納，反映出污水匯集塘是燕子洞地下河出口的主要補(bǔ)給源，而工作區(qū)三個(gè)地下河出口是獨(dú)立的，相互無水力聯(lián)系。

4.3 地下水污染特征分析

水質(zhì)測試結(jié)果表明(表1)，燕子洞地下河出口(S1)與匯集塘傾倒廢水殘留H5-1特征污染指標(biāo)具有明顯相關(guān)性，傾倒廢水殘留H5-1CODMn含量為405 mg/L ，氨氮含量為98.7 mg/L，總磷含量為18.53 mg/L，S1地下河出口CODMn含量為215 mg/L，氨氮含量為11.74 mg/L，總磷含量為7.00 mg/L，兩者比值分別為1.88、8.41、2.65倍。

4.4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測成果分析

燕子洞地下河出口流量無降雨量影響情況下，在2022年3月2日至3月3日間流量有較大異常，兩天中流量最大達(dá)到1 204 m3/d，正常流量為150 m3/d左右，

變幅達(dá)到8倍，進(jìn)一步證實(shí)了燕子洞地下河出口有外部污染源直接入滲補(bǔ)給。

水質(zhì)動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)為：3月12日以前CODMn含量保持在210～250 mg/L之間，在3月13日以后，CODMn含量持續(xù)降低，在3月18日，CODMn含量已降低至42 mg/L，下降趨勢明顯(圖2)；此外氨氮、總磷含量具有相同的動(dòng)態(tài)特征。

表1 地下河出口與污染源水質(zhì)特征對比統(tǒng)計(jì)表 mg/L

圖2 燕子洞地下河出口COD含量曲線圖

圖3 燕子洞地下河出口污染成因模式

5 地下水污染模式

燕子洞地下河系統(tǒng)受巖溶管道堵塞作用(圖3)，匯集了生活污水和臨時(shí)傾倒的廢水，巖溶管道內(nèi)存在多個(gè)巖溶潭，地下空間極為復(fù)雜，在巖溶管道、裂隙及巖溶洼地中蓄積了大量高濃度污染物，在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到了地下水補(bǔ)給量與排泄量的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，受突然大量臨時(shí)傾倒廢水的影響，地下水動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)破壞，系統(tǒng)內(nèi)蓄積的含高濃度污染物的地下水沖出燕子洞地下河出口S1，造成該出口地下水嚴(yán)重污染。

6 結(jié)語

巖溶山區(qū)地下河系統(tǒng)內(nèi)污染源追蹤、污染成因分析，是建立在圈定地下水系統(tǒng)邊界、查明水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上開展的，并科學(xué)運(yùn)用污染源排查、環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查、示蹤試驗(yàn)、水質(zhì)測試、動(dòng)態(tài)監(jiān)測等工作手段，綜合研究歸納總結(jié)了西南巖溶山區(qū)巖溶地下河系統(tǒng)間歇性直排型污染模式，為西南巖溶區(qū)地下水污染成因模式的深入認(rèn)識(shí)提供基礎(chǔ)，同時(shí)為西南巖溶山區(qū)地下水污染防治提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。