某發(fā)電廠灰場(chǎng)地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)及其地下水影響評(píng)價(jià)

摘 要：為摸清某發(fā)電廠灰場(chǎng)周邊地下水環(huán)境質(zhì)量底數(shù)，保障電廠綠色可持續(xù)運(yùn)行。通過(guò)野外地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)鉆探施工、抽水試驗(yàn)、地下水污染指數(shù)評(píng)價(jià)等技術(shù)手段，在灰場(chǎng)建設(shè)了9口地下水監(jiān)測(cè)井，并進(jìn)行了樣品采集、測(cè)試及分析。結(jié)果表明：灰場(chǎng)位于楊梅樹(shù)復(fù)式盆形向斜的南東翼，分布地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、泥巖夾煤系地層；涌水量與水位降深呈線性關(guān)系，單位涌水量不變，地下水為承壓水；灰廠地下水水質(zhì)級(jí)別為I類(lèi)—Ⅵ類(lèi)，污染等級(jí)為變化較大；污染組分主要是鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH，污染來(lái)源主要與地質(zhì)背景及企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)。

關(guān)鍵詞：電廠灰場(chǎng)；地下水監(jiān)測(cè)井；水質(zhì)級(jí)別；污染來(lái)源

Groundwater monitoring well construction and groundwater impact assessment in the ash yard of a power plant

SONG Chen， LUO Wei， ZENG Guolong， LUO Zhenhua

（113 Geological Team， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province，

Liupanshui 553000， Guizhou， China）

Abstract： In order to find out the environmental quality of groundwater around the ash yard of a power plant and ensure its green and sustainable operation， 9 groundwater monitoring wells were built in the ash yard， and samples were collected， tested and analyzed through field geological environment survey， geological drilling construction， pumping test， groundwater pollution index evaluation and other technical means. The results show that the ash yard is located in the southeast wing of Yangmeishu complex basin syncline， and its distribution strata are mainly sandstone， mudstone and coal measures in the Upper Permian Longtan Formation. There is a linear relationship between the water inflow and the drawdown of the water level， and the unit water inflow is unchanged. The groundwater quality level of the ash yard is Class I to Class VI， and the pollution level changes greatly. The main pollutants are mainly sodium， sulfate， dissolved total solids， ammonia nitrogen， arsenic， manganese and pH， and the pollution sources are mainly related to the geological background and production activities of enterprises.

Keywords： power plant ash yard; groundwater monitoring wells; water quality level; pollution source

我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一（武強(qiáng)，2019），中國(guó)燃煤電廠的年灰渣排放量高達(dá)1.8× 108 t，電廠灰渣是燃煤電廠排出的固體廢棄物，其中粉煤灰約占灰渣質(zhì)量的85 %，粉煤灰是主要潛在污染物（江學(xué)榮等，2002；黃真誠(chéng)等，1988）。

現(xiàn)階段電廠對(duì)灰煤多以貯存為主，處理經(jīng)濟(jì)成本高，綜合利用率低；露天貯存防滲能力差，易引起灰水泄漏，粉煤灰中的有害物質(zhì)溶解于水中，對(duì)地下水產(chǎn)生污染，對(duì)周邊地下水環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不可逆影響（余敏，2004；鄭定镕，1988）。

為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記生態(tài)文明思想，切實(shí)履行生態(tài)環(huán)境保護(hù)精神，探索灰廠周邊地下水水質(zhì)條件及潛在環(huán)境污染問(wèn)題，保證場(chǎng)區(qū)綠色環(huán)?？沙掷m(xù)運(yùn)行。本文詳細(xì)介紹了灰場(chǎng)周邊地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井（網(wǎng)）的實(shí)施與監(jiān)測(cè)情況，開(kāi)展地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)，初步摸清灰場(chǎng)周邊環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、地下水質(zhì)量、污染類(lèi)型及來(lái)源，為環(huán)保部門(mén)對(duì)灰場(chǎng)周邊地下水環(huán)境質(zhì)量摸底、地下水污染處置提供依據(jù)。

1 "材料與方法

1.1 "研究區(qū)概況

灰場(chǎng)設(shè)計(jì)11級(jí)子壩，灰場(chǎng)總庫(kù)容約2 000×104 m3。截至2021年，灰場(chǎng)已基本完成第九級(jí)子壩的修建，第九級(jí)子壩壩頂標(biāo)高為1 148 m?；覉?chǎng)堆存固廢類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)工業(yè)固廢，主要物質(zhì)為煤渣、脫水石膏，灰場(chǎng)采用子壩加高方式加高灰場(chǎng)、增加庫(kù)容，灰場(chǎng)分多級(jí)子壩加高，每次子壩高度10 m?；覉?chǎng)兩側(cè)修建有截洪溝，灰場(chǎng)內(nèi)由南往北修建有3眼大口徑排洪豎井，灰場(chǎng)底部修建有排洪暗渠，雨季灰場(chǎng)降雨匯集后延排洪臥管排泄至灰場(chǎng)北邊灣河。

1）地形地貌

灰場(chǎng)場(chǎng)區(qū)原始地貌屬剝蝕—侵蝕中低山地貌，為一條“V”字型沖溝，沖溝兩側(cè)發(fā)育多條次級(jí)溝谷?；覉?chǎng)堆場(chǎng)由呈樹(shù)枝狀溝谷組成，灰場(chǎng)不屬于巖溶區(qū)?；覉?chǎng)初期壩的標(biāo)高為1 058 m，溝谷兩側(cè)的斜坡高度在100 m左右，坡度較緩，植被較發(fā)育?；覉?chǎng)堆存后，地勢(shì)整體呈南高北低趨勢(shì)。河流經(jīng)灰場(chǎng)北部，河床標(biāo)高1 030 m，構(gòu)成區(qū)內(nèi)當(dāng)期侵蝕基準(zhǔn)面。

2）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

灰場(chǎng)位于楊梅樹(shù)復(fù)式盆形向斜的南東翼，為單斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育?；覉?chǎng)下伏基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、泥巖夾煤系地層，灰場(chǎng)北東、南東部大面積出露二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組。

3）水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)及相鄰地帶地下水類(lèi)型主要為基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于龍?zhí)督M碎屑巖構(gòu)造裂隙、層間裂隙中，裂隙發(fā)育程度隨著埋藏深度加大而逐漸減弱。龍?zhí)督M碎屑巖含水巖組的含水性和透水性總體較差，并隨著埋深加大而逐漸減弱。區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，受地形及地表水文網(wǎng)控制在重力作用下從東北向西南徑流，在地勢(shì)低洼處分散排泄。調(diào)查表明，場(chǎng)區(qū)及相鄰地帶無(wú)地下水集中排泄的泉點(diǎn)出露，根據(jù)地形及水文網(wǎng)分析，場(chǎng)區(qū)地下水位標(biāo)高約1 030 m?；覉?chǎng)所在區(qū)域不屬于集中式飲用水水源地保護(hù)區(qū)及補(bǔ)給徑流區(qū)、不屬于礦泉水和溫泉等特殊地下水水源保護(hù)區(qū)，場(chǎng)區(qū)周邊無(wú)分散式居民飲用水源及其他環(huán)境敏感區(qū)，灰場(chǎng)地下水環(huán)境敏感程度為不敏感。

1.2 "監(jiān)測(cè)井分布

以灰場(chǎng)十一級(jí)子壩設(shè)計(jì)邊界、灰場(chǎng)水文地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)點(diǎn)位施工條件為依據(jù)，在場(chǎng)地周邊布設(shè)9口監(jiān)測(cè)井，組成大荒地灰場(chǎng)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井（網(wǎng)）（圖1、圖2）。其中：1#監(jiān)測(cè)井為對(duì)照井，布設(shè)在灰場(chǎng)的上游，攔洪壩以南約100 m處，用以監(jiān)測(cè)未受灰場(chǎng)堆存影響條件下天然地下水水質(zhì)特征（背景值）；2#、3#、4#、5#號(hào)井為水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，分別布設(shè)在灰場(chǎng)的東、西兩側(cè)，巖層節(jié)理發(fā)育、地下水徑流相對(duì)集中的地形沖溝地帶；2#、3#監(jiān)測(cè)井位于判斷的拉張裂隙帶外延線上，用以監(jiān)測(cè)灰場(chǎng)滲濾液是否存在向“鄰谷”側(cè)向滲漏；6#、7#監(jiān)測(cè)井為擴(kuò)散監(jiān)測(cè)井，分別布設(shè)在灰場(chǎng)初期壩以下、滲濾液收集池下游的溝谷兩側(cè)地帶，監(jiān)測(cè)灰場(chǎng)及滲濾液收集池中滲濾液是否發(fā)生滲漏以及向下游滲漏、擴(kuò)散的可能性；8#井為監(jiān)測(cè)兼應(yīng)急排水井，布設(shè)在灰場(chǎng)初期壩以下、滲濾液收集池下游的溝谷中，位于地下水集中徑流帶上，目的是監(jiān)測(cè)灰場(chǎng)及滲濾液收集池中滲濾液是否發(fā)生滲漏，并在確定滲漏污染發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)井中深井泵抽水，攔截受污染的滲濾液向下游擴(kuò)散，并將污染的地下水抽回水處理站及時(shí)處理。

1.3 "監(jiān)測(cè)井建設(shè)

1）地質(zhì)鉆探

根據(jù)監(jiān)測(cè)井施工要求無(wú)污染、無(wú)添加劑等特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)井覆土層采用硬質(zhì)合金鉆頭鉆井，巖層采用空氣潛孔錘鉆井工藝。

硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝：開(kāi)孔時(shí)，鉆遇覆土層較軟，孔壁易垮塌，需采用低轉(zhuǎn)速、中等壓力、無(wú)循環(huán)液、直徑280～325 mm的常規(guī)硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。揭穿覆土層后換用Φ280 mm沖擊錘頭鉆進(jìn)巖層3～5 m，下Φ273 mm定向管對(duì)覆土層進(jìn)行護(hù)壁。

空氣潛孔錘鉆井工藝：巖層采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)，該工藝具有效率高，污染小等特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求不同井徑分別配制Φ200 mm及Φ150 mm沖擊器，攜帶Φ280 mm至Φ150 mm不同口徑?jīng)_擊錘頭，實(shí)現(xiàn)成井要求。

2）現(xiàn)場(chǎng)施工

監(jiān)測(cè)井施工主要包括以下內(nèi)容：鉆頭鉆進(jìn)；采用“實(shí)管+水泥漿”進(jìn)行固井止水；井斜校正；巖心編錄；孔深校正；洗井；下管，管口延伸出地表0.5～1.0 m，并對(duì)井口加蓋保護(hù)；投填法填礫；井口保護(hù)裝置；場(chǎng)地恢復(fù)，針對(duì)性復(fù)墾復(fù)綠。

3）抽水試驗(yàn)

在應(yīng)急排水井（8#）施工結(jié)束后進(jìn)行，對(duì)該井作單井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。利用裘布依公式（1）與吉哈爾特經(jīng)驗(yàn)公式（2）聯(lián)合求解水文地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、圖3。采用深井泵，做3次降程的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。最大降程抽水試驗(yàn)井內(nèi)中水位降深應(yīng)盡設(shè)備最大能力，第二、第三降程抽水試驗(yàn)的降深分別為最大降程水位降深的1/3、2/3。抽水試驗(yàn)的有關(guān)技術(shù)要求按照我國(guó)現(xiàn)行供水水文地質(zhì)規(guī)范中有關(guān)要求執(zhí)行。抽水試驗(yàn)用時(shí)4 d，涌水量與水位降深呈線性關(guān)系，單位涌水量不變，地下水為承壓水。

K=0.366Q/MS lg R/r_w （1）

R=10S√K （2）

式中，K為滲透系數(shù)（m·d-1），Q為涌水量（m3·d-1），M為含水層厚度（m），S為降深值（m），rw為取水井段半徑（m），R為影響半徑（m）。

1.4 "樣品采測(cè)及評(píng)價(jià)

1）樣品采集與品檢測(cè)

按照GB/T 14848－2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，利用底部進(jìn)水的定深采樣容器采集水樣，采樣時(shí)輕放輕提，采集地下水監(jiān)測(cè)井內(nèi)水樣及時(shí)送檢。共計(jì)采集9件水樣。

水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)主要為氟化物、pH值、總硬度、高錳酸鹽指數(shù)、溶解性總固體、氨氮、硫酸鹽、砷、汞、鐵、錳等36項(xiàng)，檢測(cè)單位資質(zhì)經(jīng)國(guó)家資質(zhì)認(rèn)證，符合國(guó)家有關(guān)規(guī)定。

2）地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

地下水污染指數(shù)可反映地下水受污染的程度（吳燁，2019）。評(píng)價(jià)過(guò)程中，在除去對(duì)照值的前提下，以GB/T 14848、GB 3838為對(duì)照，直觀反映人為影響，同時(shí)反映水化學(xué)指標(biāo)超過(guò)國(guó)際公認(rèn)危害標(biāo)準(zhǔn)的程度。采用污染指數(shù)法進(jìn)行地下水污染評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為

P_ki^ =（C_ki^ -C_o^ ）/（C_（m@）^ "） （3）

式中：Pki為k水樣i指標(biāo)的污染指數(shù)；Cki為k水樣i指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果；Co為代表k水樣無(wú)機(jī)組分i指標(biāo)的對(duì)照值，無(wú)背景值的，則以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類(lèi)指標(biāo)限值作為參照值；Cm為GB/T 14848中Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分為單指標(biāo)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)2 種。單指標(biāo)評(píng)價(jià)：通過(guò)指標(biāo)值的限制區(qū)間判斷地下水質(zhì)量類(lèi)別，指標(biāo)限值相同時(shí)從優(yōu)不從劣；評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)從劣不從優(yōu)，用各指標(biāo)中評(píng)價(jià)等級(jí)最差指標(biāo)的級(jí)別作為整個(gè)地下水樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果。綜合評(píng)價(jià)：按單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的最高類(lèi)別確定，并指出最高類(lèi)別的指標(biāo)。污染級(jí)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

2 "結(jié)果與討論

2.1 "地下水污染評(píng)價(jià)

電廠灰場(chǎng)周邊監(jiān)測(cè)井單指標(biāo)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖4。監(jiān)測(cè)井極重污染因子僅有氨氮，占比為11.11%；嚴(yán)重污染因子分別為硫酸鹽、氨氮、錳等3個(gè)組分，占比均為11.11%；較重污染因子分別為硫酸鹽、氨氮、砷、錳等4個(gè)組分，占比分別為11.11%、22.22%、11.11%及33.33%；中污染因子分別為溶解性總固體、氨氮、砷、pH等4個(gè)組分，占比均為11.11%；輕污染因子為鈉和pH。

監(jiān)測(cè)井污染組分為鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH共7項(xiàng)，除上述組分外，鉀、鈣、鎂、氯化物、碳酸氫根、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、氫氧根、總硬度、總酸度、游離二氧化碳、侵蝕性二氧化碳、化學(xué)需氧量、鈹、鈦、釩、鋅、鐵、鋇、鎘、鈷、總鉻、銅、汞、鎳、鉛、錫、鋁共29項(xiàng)未污染。

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，1#—9#監(jiān)測(cè)井的地下水質(zhì)量可判定為I類(lèi)—Ⅵ類(lèi)。其中4#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為Ⅵ類(lèi)，2#、6#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為V類(lèi)，1#、3#、9#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為IV類(lèi)，7#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為Ⅲ類(lèi)，8#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為Ⅱ類(lèi)，5#監(jiān)測(cè)井地下水質(zhì)量判定為Ⅰ類(lèi)。最差類(lèi)別指標(biāo)主要有氨氮、錳、pH、硫酸鹽、砷、溶解性總固體及鈉。

2.2 "地下水污染來(lái)源

灰場(chǎng)污染一般認(rèn)為是貯灰場(chǎng)的粉煤灰作為污染源，通過(guò)大氣降水形成淋濾體，淋濾體向下通過(guò)包氣帶直接進(jìn)入潛水或微承壓水中，沿地下水流方向遷移，在含水層中形成羽狀體污染暈，因地下水動(dòng)力條件的差異，長(zhǎng)度可達(dá)幾十至幾千米，惡化周邊地下水，造成地下水質(zhì)量降低（王文龍等，2011；孫鵬，2017；李琦，2014；張小文等，2023）。

1#—9#監(jiān)測(cè)井的地下水質(zhì)量判定為IV類(lèi)—V類(lèi)，最差類(lèi)別指標(biāo)主要有鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH。前人研究（孫猛等，2008），鈉離子偏高可能由于黏土層的破壞引起表層污染物質(zhì)的進(jìn)入導(dǎo)致偏高。煤層和煤系地層多形成于還原環(huán)境，大量存在以硫化物及硫酸鹽形式存在的無(wú)機(jī)硫（尹國(guó)勛等，1997），研究區(qū)位于二疊系龍?zhí)督M煤系地層區(qū)域，因此，硫酸鹽含量超標(biāo)可能與煤層、煤系中FeS2的溶解或含硫膏鹽類(lèi)礦物溶解有關(guān)。溶解性總固體是溶解在水中的無(wú)機(jī)鹽和少量有機(jī)物的總稱(chēng)，主要包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO3 2-、HCO-、Cl-、SO4 2-、NO3 - 等離子，其污染成因具有多控因素（王祝等，2021；呂實(shí)波等，2018；楊戈芝，2021），有待進(jìn)一步研究。氨氮多受養(yǎng)殖污染、垃圾污染及人為污染等農(nóng)村環(huán)境污染（何偉迪，2021；張建芝等，2022；孟令華等，2023），區(qū)內(nèi)5眼監(jiān)測(cè)井水質(zhì)均發(fā)現(xiàn)不同程度氨氮超標(biāo)，其污染來(lái)源較大程度與生產(chǎn)生活環(huán)境污染有關(guān)。地下水重金屬超標(biāo)一直是人們重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅身體健康。研究表明，重金屬砷、錳超標(biāo)偏高與地質(zhì)背景、生產(chǎn)生活污染有關(guān)（彭治軍，2019）。研究區(qū)范圍內(nèi)重金屬砷、錳超標(biāo)可能由于井深較淺，地下水質(zhì)量容易受到周邊居民生活污水影響。3眼監(jiān)測(cè)井地下水偏堿性，前人分析（陳履安，1996；孫毓?jié)桑?021），研究區(qū)堿性地下水可能受地質(zhì)背景影響，局部地區(qū)發(fā)生過(guò)劇烈地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致堿性離子活躍，引起pH值偏高，具體原因需進(jìn)一步探究。

3 "結(jié)論

1）監(jiān)測(cè)井污染組分為鈉、硫酸鹽、溶解總固體、氨氮、砷、錳、pH共7項(xiàng)，其他組分無(wú)污染。

2）1#—9#監(jiān)測(cè)井的地下水質(zhì)量可判定為I類(lèi)—Ⅵ類(lèi)，地下水存在不同程度污染。

3）建議地表區(qū)域落實(shí)防漏、防泄工作，保障綠色科學(xué)排放污染物；建議增加地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)，建立長(zhǎng)期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，獲取代表性的地下水水質(zhì)特征；切斷污染源進(jìn)入地下水的途徑，防止地下水進(jìn)一步受到污染。

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收稿日期：2023-10-19；修回日期：2024-04-18

第一作者簡(jiǎn)介：宋晨（1993- ），男，本科，工程師，從事水工環(huán)相關(guān)研究。E-mail：769091447@qq.com

通信作者簡(jiǎn)介：駱振華（1991- ），男，碩士，高級(jí)工程師，從事地球化學(xué)及環(huán)境工程相關(guān)研究。E-mail：1762593767@qq.com

引用格式：宋晨，羅維，曾國(guó)龍，駱振華，2024.某發(fā)電廠灰場(chǎng)地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)及其地下水影響評(píng)價(jià)［J］.城市地質(zhì)，19（4）：483-489