封林波

（江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030）

0 引言

地下水功能是指地下水的質(zhì)和量及其在空間和時間上的變化，對人類社會和環(huán)境所產(chǎn)生的作用或效應(yīng)，主要包括地下水的資源供給功能、生態(tài)環(huán)境維持功能和地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性功能[1]。

本文以撫州市某礦山為例，采用數(shù)值法，對研究區(qū)進行地下水環(huán)境影響預(yù)測，預(yù)測污染物運移趨勢和對地下水環(huán)境保護目標(biāo)的影響，其預(yù)測結(jié)果可為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門在項目環(huán)保驗收與環(huán)評審批上提供環(huán)境保護依據(jù)。與此同時針對礦山企業(yè)提出了與之相對應(yīng)的環(huán)保措施，減少了企業(yè)生產(chǎn)污染物排放，實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的共贏，為子孫后代留下了可持續(xù)發(fā)展的“綠色銀行”。

1 研究區(qū)概況

撫州市位于江西省東部，撫河中下游。撫州市東鄰金溪、東鄉(xiāng)；南連宜黃、南城；西接崇仁、豐城；北與進賢毗鄰，距省會城市南昌市101 km，物產(chǎn)豐富，交通便利，是撫州地區(qū)政治、經(jīng)濟、文化教育中心，地區(qū)行政公署所在地。研究區(qū)屬低丘崗地地區(qū)，最高海拔標(biāo)高118.4 m，最低43.3 m，相對高差75.1 m，地勢多為平坦。全區(qū)屬亞熱帶濕潤季節(jié)性氣候，溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛，分布不均。多年平均氣溫17.5℃，7～8月份最熱，平均氣溫29.5℃，1、2月份最冷，平均氣溫5.2℃。年降水量1 642～1 922 mm，局部地方高達2 619.2 mm，全區(qū)平均降水量1 735 mm。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型及含水巖組劃分

地下水的賦存條件包括地下水賦存和運移等兩個主要方面。前者主要受地層巖性及構(gòu)造的控制，后者主要受地貌及水文、氣象的控制。兩者在地下水形成中的作用既有差異，而又互相依存，控制著區(qū)內(nèi)地下水的分布。

區(qū)內(nèi)出露地層為薊縣系高橋組、軍嶺組，青白口系源里組，白堊系周田組以及第四系全新統(tǒng)，巖漿巖為燕山期花崗巖。根據(jù)含水介質(zhì)的性質(zhì)及地下水的動力條件，可將區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水以及基巖裂隙水三大類型。

2.2 富水等級劃分

依據(jù)地下水徑流模數(shù)、泉流量、單井涌水量等數(shù)值綜合分析，劃分確定含水巖組富水性級別。松散巖類孔隙水根據(jù)單井涌水量確定富水等級，碎屑巖類裂隙孔隙水與基巖裂隙水的富水等級劃分，以徑流模數(shù)、泉流量、鉆孔單井涌水量及所處地貌位置等因素綜合評價。

水量貧乏的松散巖類孔隙水：主要分布于研究區(qū)南部以及北樓水庫一帶，含水層巖性由第四系全新統(tǒng)組成，上部為灰黃色粉質(zhì)粘土、粉砂土，厚0.3～1.0 m；中部為中、粗粒砂，含少量礫石，厚約0.3～1.0 m；下部為砂礫石層，結(jié)構(gòu)松散，厚約0.9～3.5 m。水位埋深1.2～2.63 m，最淺0.75 m，最深3.9 m，單位涌水量0.1～0.43 L/s·m；鉆孔資料顯示，含水層厚度約4 m，單井涌水量15.9 m3/d，滲透系數(shù)1.677 m/d。水質(zhì)類型為HCO3-Ca+Na型，溶解性總固體為67～158 mg/L，PH值6.4～7.1，總硬度2.4～6.9德國度。

水量貧乏的碎屑巖類裂隙孔隙水：主要分布于研究區(qū)南部，含水層巖性由白堊系周田組長石石英砂巖、含鈣質(zhì)粉砂巖等組成，裂隙不發(fā)育，風(fēng)化裂隙深度很小。泉流量＜0.1 L/s的占60%，0.1～0.5 L/s占34.5%，鉆孔抽水試驗，單位涌水量一般＜0.032 5 L/s·m，單井涌水量100 T/d，屬水量貧乏的裂隙孔隙水。水質(zhì)類型為HCO3-Ca+Na型，溶解性總固體為30～173 mg/L，PH值6.4～6.7，總硬度0.9～5.26德國度。

水量貧乏的基巖裂隙水：廣泛分布于區(qū)內(nèi)，地下水賦存于薊縣系高橋組、將軍嶺組、青白口系源里組變質(zhì)巖構(gòu)造裂隙以及燕山期花崗巖風(fēng)化裂隙當(dāng)中。泉流量0.013～0.1 L/s，地下水徑流模數(shù)＜3 L/s·km2。地下水水質(zhì)類型為HCO3-Ca+Mg型，溶解性總固體為19～156 mg/L，PH值5.5～7.6，總硬度0.31～2.27德國度。

2.3 地下水的補徑排條件

松散巖類孔隙水：主要分布在研究區(qū)南部山間谷地，呈窄條狀分布，地表多為粉質(zhì)粘土、粉砂，垂向滲透性較好，主要接受大氣降水及田水補給，以泉或隱滲形式排泄地表。水交替作用強烈，水位埋藏淺，動態(tài)變化受季節(jié)與降雨的控制，水位年變幅1.0～2.4 m，地下水近似垂直河流運動，水力坡度0.005 4。

碎屑巖類裂隙孔隙水：分布于研究區(qū)南部，巖性由長石石英砂巖、含鈣質(zhì)粉砂巖組成，表部孔隙度較小，易受風(fēng)化，另大部分含水層被厚度不大的殘坡積層覆蓋，造成補給條件較差，地下水交替作用緩慢。地下水經(jīng)大氣降水補給后，在一定深度范圍內(nèi)呈順坡或水平運動，以散流或泉的形式排泄于溪溝部位。

基巖裂隙水：大面積分布于研究區(qū)內(nèi)，主要受大氣降水補給，局部有垂向第四系孔隙水及側(cè)向地表水補給，一般而言，地下水分布區(qū)既為補給區(qū)。地下水徑流除斷層脈狀水較長外，一般順坡運動，徑流途徑較短。多在深切溝谷，洼地及構(gòu)造發(fā)育部位以泉及散流形式排泄于地表。

2.4 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦體出露標(biāo)高范圍40～-370 m，礦區(qū)東側(cè)盆地的中央為礦區(qū)最低侵蝕面，標(biāo)高50 m，礦體位于侵蝕面以下。礦區(qū)地形有利于排水，大的地表水體較遠，但第四系覆蓋面積大。未來礦井的直接充水層為基巖弱裂隙水、富水性弱的風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水、富水性中等的松散巖層孔隙水及地表水等，基巖裂隙由上到下有變小趨勢，基巖富水性由淺到深變?nèi)?，滲透性微弱，斷裂導(dǎo)水性一般，地下水補給條件中等—差，-50 m中段實測礦坑最大涌水量691 m3/d，礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等復(fù)雜。

3 地下水污染預(yù)測

3.1 應(yīng)用軟件

采用地下水模擬軟件Visual MODFLOW Flex 4.2進行計算，Visual MODFLOW Flex可進行水流模擬、溶質(zhì)運移模擬、反應(yīng)運移模擬，建立三維地層實體，從而可以綜合考慮到各種復(fù)雜水文地質(zhì)條件，給模擬者帶來極大方便，同時也有效地提高了模擬的仿真度[2]。

3.2 水流數(shù)值模型的建立

3.2.1 水文地質(zhì)概念模型。模擬區(qū)范圍確定：結(jié)合項目所在地的地形地貌及水文地質(zhì)條件情況，建設(shè)項目廠區(qū)為崗地地貌，總體北西部區(qū)域高，南東部低。根據(jù)1：50 000地形圖及現(xiàn)場踏勘，圍繞擬建場區(qū)一個較獨立的水文地質(zhì)單元，適當(dāng)外擴，北西以梅山嶺分水嶺為界，南東以紅星水庫壩為界，確定評價范圍約14.54 km2。

水平邊界：AB邊界、CD邊界為定水頭排泄邊界；BC邊界、DA邊界為隔水邊界。

垂直邊界：地下水垂向補給包括大氣降水入滲補給、灌溉回滲補給及河流滲漏補給；地下水排泄為人工開采。研究區(qū)附近為垂直補給重點區(qū)域。

含水層結(jié)構(gòu)特征：根據(jù)實地調(diào)查與收集修編的ZK1603鉆孔資料顯示，在鉆孔孔位及深度控制范圍內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)巖性為第四系殘坡積層、薊縣系將軍嶺組變質(zhì)巖與燕山晚期二長花崗巖，自下而上可分為4層，分別為千枚狀凝灰質(zhì)石英雜砂巖、絹云千枚巖、碎裂二長花崗巖、第四系殘坡積層。

水文地質(zhì)參數(shù)：本次模型水文地質(zhì)參數(shù)使用綜合抽水試驗、滲水實驗、室內(nèi)滲透試驗等給定初始值。通過模型模擬調(diào)試，最終獲得模擬所需的水文地質(zhì)參數(shù)。綜上所述，模擬區(qū)地下水系統(tǒng)的概念模型可概化成非均質(zhì)各向同性、空間三維結(jié)構(gòu)、非穩(wěn)定流潛水地下水系統(tǒng)[2-4]。

3.2.2 模型識別與參數(shù)確定。模擬流場及初始條件：以2020年1月8日（枯水期）地下水流場作為初始流場，見圖1，并通過反復(fù)調(diào)參對枯水期觀測流場與初始模擬流場進行擬合校正。

圖1 地下水初始流場圖

模擬區(qū)剖分：模擬區(qū)網(wǎng)格剖分單元格47 m×47 m，廠址區(qū)單元格細化為11.75 m×11.75 m。

模擬時期為2020年1月8日-2020年6月10日。每個時間段內(nèi)包括若干時間步長，時間步長由模型自動控制，嚴格控制每次迭代的誤差[5]。確定模型含水層水文地質(zhì)參數(shù)：A區(qū)水平滲透系數(shù)1.677 m/d；B區(qū)水平滲透系數(shù)1.80 m/d。

3.3 預(yù)測模型的建立

3.3.1 地下水水流的預(yù)測。預(yù)測模型的降雨入滲量、補給量、灌溉回滲量采用現(xiàn)狀年的資料，進行了100 d、365 d、1 000 d和3 650 d四個時間段的地下水水流預(yù)測。

3.3.2 污染物遷移的預(yù)測。根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件特征，對污染物運移彌散參數(shù)進行識別，識別后的橫向彌散系數(shù)為2 m2/d，縱向彌散系數(shù)為10 m2/d[6]。地下水污染預(yù)測情景設(shè)定條件如下：

正常工況下。擬建項目建設(shè)按照《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597）、《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599）等相關(guān)規(guī)范的要求進行防滲處理，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)按照設(shè)計參數(shù)運行，地下水可能的污染來源為各管線、廢水池等跑冒漏滴。正常工況下廢水不會滲漏進入地下造成污染。因此，本次模擬預(yù)測情景主要針對非正常工況。

非正常工況下。主要指車間或倉庫硬化面出現(xiàn)破損，污水管線或污水收集處理池底部因腐蝕等其它原因出現(xiàn)漏洞等情景。

預(yù)測主要針對持續(xù)非正常狀況或事故狀況下對地下水的影響進行。非正常情況下，浮選回水池及污水處理站防滲層發(fā)生破壞，導(dǎo)致污水滲入地下影響地下水水質(zhì)。

非正常工況情景下，浮選回水池因系統(tǒng)老化或腐蝕發(fā)生泄漏，CODmn的濃度為35 mg/L，Cu的濃度為65.5 mg/L，Pb的濃度為5.66 mg/L，Cd的濃度為0.055 mg/L；污水處理站因系統(tǒng)老化或腐蝕發(fā)生泄漏，CODmn的濃度為6.939 mg/L，Cu的濃度為2.516 mg/L，Pb的濃度為1.129 mg/L，Cd的濃度為0.032 mg/L。泄漏為持續(xù)性點源污染，假設(shè)泄漏一個月后發(fā)現(xiàn)泄漏，再過一個月泄漏點被修復(fù)，即污染源持續(xù)泄漏60 d后，污染源被修復(fù)，之后無污染。正常狀況下，滲漏量應(yīng)根據(jù)《給誰排水構(gòu)筑物工程施工及驗收規(guī)范》（GB50141-2008）中5.1.3條規(guī)定，鋼筋混泥土水池滲水量不得超過2 L/m2·d，非正常工況下的滲漏量為正常狀況下的10倍，為20 L/m2·d。根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值作為界定污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定CODmn濃度大于3 mg/L、Cu濃度大于1.0 mg/L、Pb濃度大于0.01 mg/L、Cd濃度大于0.005 mg/L為受污染區(qū)域。

浮選回水池規(guī)格為10 m×10 m×3 m，污水處理站規(guī)格為10 m×10 m×4 m，設(shè)施下部均分布有素填土和強風(fēng)化花崗閃長巖，透水性一般。泄露面積按0.1%計，項目污水滲漏速率為20 L/m2·d×10-3=0.02 m/m2·d=20 mm/d，計算出浮選回水池、污水處理站各污染物滲漏量，見表1。

表1 浮選回水池、污水處理站各污染物泄漏量

3.4 場地地下水環(huán)境影響預(yù)測

3.4.1 擬建浮選回水池發(fā)生泄漏COD污染。若非正常工況，擬建浮選回水池發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的COD污染物，超標(biāo)范圍398.5 m2，最大超標(biāo)距離8.4 m；泄漏發(fā)生365 d～3 650 d，含水層污染物均未超標(biāo)。

3.4.2 擬建浮選回水池發(fā)生泄漏Cu污染。若非正常工況，擬建浮選回水池發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Cu污染物，超標(biāo)范圍4 767.7 m2，最大超標(biāo)距離42.6 m；泄漏發(fā)生365 d后，地下水中的Cu污染物，超標(biāo)范圍7 450.6 m2，最大超標(biāo)距離103.7 m；泄漏發(fā)生1 000 d后，地下水中的Cu污染物，超標(biāo)范圍2 466.6 m2，最大超標(biāo)距離104.1 m；泄漏發(fā)生3 650 d，含水層污染物均未超標(biāo)。

3.4.3 擬建浮選回水池發(fā)生泄漏Pb污染。若非正常工況，擬建浮選回水池發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Pb污染物，超標(biāo)范圍10 011.8 m2，最大超標(biāo)距離81.4 m；泄漏發(fā)生365 d后，含水層污染物超標(biāo)范圍17 731.7 m2，最大超標(biāo)距離170.4 m；泄漏發(fā)生1 000 d后，超標(biāo)范圍23 967.5 m2，最大超標(biāo)距離204.7 m；泄漏發(fā)生3 650 d，超標(biāo)范圍22 999.8 m2，最大超標(biāo)距離446.5 m。

3.4.4 擬建浮選回水池發(fā)生泄漏Cd污染。若非正常工況，擬建浮選回水池發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Cd污染物，超標(biāo)范圍83.6 m2，最大超標(biāo)距離3.4 m；泄漏發(fā)生365 d后和3 650 d后，地下水中的Cd污染物均未超標(biāo)。

3.4.5 擬建污水處理站發(fā)生泄漏COD污染。若非正常工況，擬建污水處理站發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的COD污染物，超標(biāo)范圍385.9 m2，最大超標(biāo)距離0 m；泄漏發(fā)生365 d～3 650 d，含水層污染物均未超標(biāo)。

3.4.6 擬建污水處理站發(fā)生泄漏Cu污染。若非正常工況，擬建污水處理站發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Cu污染物，超標(biāo)范圍983.7 m2，最大超標(biāo)距離0 m；泄漏發(fā)生365 d～3 650 d，含水層污染物均未超標(biāo)。

3.4.7 擬建污水處理站發(fā)生泄漏Pb污染。若非正常工況，擬建污水處理站發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Pb污染物，超標(biāo)范圍18 077.6 m2，最大超標(biāo)距離47.3 m；泄漏發(fā)生365 d后，含水層污染物超標(biāo)范圍35 996.3 m2，最大超標(biāo)距離145.1 m；泄漏發(fā)生1 000 d后，含水層污染物超標(biāo)范圍61 510.3 m2，最大超標(biāo)距離217.6 m；泄漏發(fā)生3 650 d后，含水層污染物超標(biāo)范圍130 840.5 m2，最大超標(biāo)距離557.7 m。3.4.8擬建污水處理站發(fā)生泄漏Cd污染。若非正常工況，擬建污水處理站發(fā)生泄漏，則預(yù)測結(jié)果表明，泄漏發(fā)生100 d后，地下水中的Cd污染物，超標(biāo)范圍6 859.3 m2，最大超標(biāo)距離17.9 m；泄漏發(fā)生365 d后，含水層污染物超標(biāo)范圍4 938.8 m2，最大超標(biāo)距離44.4 m；泄漏發(fā)生1 000 d～3 650 d，含水層污染物均未超標(biāo)。

4 結(jié)論

非正常工況，擬建浮選回水池發(fā)生泄漏時，污染物COD和Cd在100 d時超標(biāo)，365 d～3 650 d時均未超標(biāo)；污染物Cu和Pb在100 d～3 650 d整個預(yù)測時間段內(nèi)均超標(biāo)。

非正常工況，擬建污水處理站發(fā)生泄漏，污染物COD和Cu在100 d時超標(biāo)，365 d～3 650 d時均未超標(biāo)；污染物Pb在100 d～3 650 d整個預(yù)測時間段內(nèi)均超標(biāo)；污染物Cd在100 d～365 d時超標(biāo)，1 000 d～3 650 d時均未超標(biāo)。

研究區(qū)主要為單一的潛水含水層，滲透系數(shù)相對較小。由于研究區(qū)內(nèi)地下水在礦區(qū)抽出量較大，且開采方案在預(yù)測過程中發(fā)生了調(diào)整，對區(qū)內(nèi)地下水流場產(chǎn)生較大的影響，因此計算時，污染物遷移過程中受到地下水降落漏斗形態(tài)影響發(fā)生了一定的變化。

因此，依據(jù)建設(shè)項目特點，采用源頭控制、分區(qū)防滲、地下水長期監(jiān)測等措施，可有效防止地下水發(fā)生污染。若非正常工況擬建廢水池泄漏，應(yīng)積極采取有效的應(yīng)急措施，在采取有效措施后，建設(shè)項目對地下水環(huán)境的影響較小，本建設(shè)項目對地下水環(huán)境的影響可以接受[7]。