鐘春里,鄭明英

(貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550003)

0 引言

系統(tǒng)工程是本世紀(jì) 40～50年代崛起的一門新興學(xué)科,它具有高度綜合的功能,也是一種現(xiàn)代化的組織和管理方法。其研究的方法論是把研究對(duì)象看作一個(gè)系統(tǒng)整體,同時(shí)把研究過程也看作一個(gè)整體。基于系統(tǒng)整體化的概念,人們建立起一系列衡量系統(tǒng)效果的綜合性指標(biāo)。在實(shí)踐中,某些技術(shù)措施從局部來(lái)看效果是好的,但從全局來(lái)看效果就不一定好;另外有些組織技術(shù)措施從局部來(lái)看效果不太理想,但從整體來(lái)看卻有應(yīng)用的價(jià)值。因此,只有根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的總目標(biāo)來(lái)分析,才能做出科學(xué)的判斷。

巖溶滲漏污染是在巖溶地區(qū)固體廢棄物堆場(chǎng)面臨的突出問題。治理該類問題往往是借鑒水庫(kù)滲漏治理的方法,其一般思路是：結(jié)合 1地質(zhì)構(gòu)造的情況進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探或者使用物探手段和水文地質(zhì)鉆探相結(jié)合的方法勘察,探明滲漏點(diǎn)后,然后進(jìn)行施工治理。但是固體堆庫(kù)滲漏治理比起水庫(kù)這種液體庫(kù)滲漏治理存在諸多的不同點(diǎn),一些勘察手段很難實(shí)施,比如直接的示蹤連通試驗(yàn)。另外,巖溶發(fā)育的各向異性,受構(gòu)造影響裂隙與管道交錯(cuò),具有多重空間結(jié)構(gòu),也給勘察治理工作帶來(lái)極大困難。對(duì)于場(chǎng)地地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單或者地質(zhì)勘探資料比較齊整的情況下,一般的工作思路方法可以勝任。但是面對(duì)地質(zhì)條件比較復(fù)雜的巖溶滲漏污染問題,這類方法還是顯得比較單薄,工程投入巨大,而收效甚微。而從系統(tǒng)工程原理的觀點(diǎn)出發(fā),尋求一種新的治理模式,則顯得相對(duì)合理。

1 巖溶滲漏污染的復(fù)雜性舉例

1.1 污染概況

該堆場(chǎng)位于裸露型巖溶地區(qū),堆放固體物為磷石膏。堆場(chǎng)總體呈南東—北西塊狀展布,長(zhǎng)約 1 200 m,平均寬約700m,面積約 90萬(wàn) m2,填埋高程 870～942m,有效庫(kù)容約2875萬(wàn) m3。2009年以來(lái),堆場(chǎng)附近某河一巖溶大泉發(fā)現(xiàn)溢出的水呈乳白色,ph在 2.5～5.0浮動(dòng),總磷、氟化物含量均超出國(guó)家工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)近千倍,使該河水質(zhì)受到了嚴(yán)重污染,堆場(chǎng)距離污染物出露點(diǎn)直線距離約 11 km。

1.2 地質(zhì)條件復(fù)雜性

場(chǎng)區(qū)地處云貴高原之上的裸露巖溶區(qū),地貌發(fā)育受喀斯特高原第三個(gè)發(fā)育時(shí)期即峽谷期影響最為強(qiáng)烈,期內(nèi)地殼強(qiáng)烈抬升,江河深切。巖溶發(fā)育主要集中干沿河兩側(cè)的岸坡地帶,且以巖溶的垂直發(fā)育為主。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的制約下,巖溶發(fā)育特征表現(xiàn)在強(qiáng)烈適應(yīng)其變化的基準(zhǔn)面上,在距排水道較遠(yuǎn)的地方,落水洞及漏斗等大量分布。造成強(qiáng)烈吸取地面水,井引向地下深處。巖層組合結(jié)構(gòu)為三疊系中統(tǒng)松子坎組(T2s)、下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)和下統(tǒng)夜郎組(T1y)。其中茅草鋪組(T1m)灰?guī)r廣泛出露,層厚 110～200m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)有多條斷裂帶穿越,附近串珠狀落水洞大量分布。

2 工作面臨的難度

2.1 前期勘察

前期已做的水文地質(zhì)勘察中,共做高密度電法勘察剖面總長(zhǎng) 1.41 km;水文地質(zhì)勘察鉆孔 24個(gè),并部分進(jìn)行電磁波CT探測(cè);在不同鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn) 7次。在以上工作開展后,得到的成果為：基本探明地下水埋深,深度 90～130m;隔水層夜郎組(T1y)泥巖高程在 700～740m。在高程 750m附近仍然發(fā)現(xiàn)有溶洞發(fā)育;大部分水文地質(zhì)鉆孔無(wú)水或者僅僅幾立方米的水量,水量較大的鉆孔在抽水試驗(yàn)過程中水質(zhì)無(wú)明顯變化,未檢查到污染物蹤跡。以上工作成果雖然為下一步的防滲治理工作提供了依據(jù),但仍然沒有切中滲漏部位關(guān)鍵點(diǎn),下一步工作仍需極大的投入。

2.2 初步治理

總結(jié)勘察成果的基礎(chǔ)上,在最可能滲漏地段進(jìn)行高程815m以下帷幕灌漿長(zhǎng)度近 100 m,經(jīng)過一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)污染物濃度有所下降。但是此時(shí)正逢雨季,巖溶泉出水量暴增數(shù)倍,是否是由于帷幕灌漿堵漏導(dǎo)致的污染物濃度下降,變得不確定。

3 系統(tǒng)工程原理應(yīng)用

3.1 工程對(duì)象的系統(tǒng)化

為了使工程的治理工作變得有據(jù)可循,單純的從一方面入手就顯得困難重重。只有用系統(tǒng)觀點(diǎn)的整體性出發(fā)把整個(gè)過程統(tǒng)一起來(lái),從各方面的相關(guān)性、目的性等特征相互串聯(lián),互為提供依據(jù),環(huán)環(huán)相扣,最后達(dá)到合理性的目標(biāo)。

因此,對(duì)以上復(fù)雜的巖溶滲漏污染治理工程的對(duì)象不應(yīng)該是一個(gè)存在滲漏的磷石膏堆場(chǎng),而應(yīng)該是磷石膏堆場(chǎng)與污染物出口之間的整個(gè)區(qū)域及其與此相關(guān)的氣象水文條件、地下水系統(tǒng)、污染物的遷移變化因素等這些條件所組成的系統(tǒng)?？梢詣澐值慕Y(jié)構(gòu)如圖 1所示：

圖1 工程對(duì)象系統(tǒng)的組成示意圖

以上的劃分只是根據(jù)具體工程的實(shí)施需要而進(jìn)行,地質(zhì)系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng),即使研究區(qū)范圍很小,完全把所有因素都考慮進(jìn)去的話,結(jié)構(gòu)也將很龐大,反而不利于快速有效的解決問題。

3.2 治理工程系統(tǒng)化

針對(duì)以上工程對(duì)象,將整個(gè)治理工程視為一個(gè)整體,由眾多分支工程組成。如圖 2所示：

圖2 滲漏污染治理工程組成示意圖

顯然將整個(gè)滲漏污染治理工程視為一個(gè)整體的話,其內(nèi)部的要素之間是存在密切聯(lián)系的。如圖 3所示：

圖3 各系統(tǒng)子工程關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖

4 各系統(tǒng)子工程運(yùn)作及協(xié)作關(guān)系

4.1 監(jiān)測(cè)工程

(1)進(jìn)行區(qū)域水文監(jiān)測(cè),對(duì)污染物出口進(jìn)行水流量和污染物濃度長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),繪制降水量(P)～出口水流量(Q)～污染物濃度(X)曲線。根據(jù)泉水流量反映降雨的密切程度隨著巖溶水文地質(zhì)的變化而不同,利用流量(Q)和降雨量(P)兩個(gè)數(shù)間存在的一種統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系,推求兩者間線性回歸方程。此外,可據(jù)此反求降雨補(bǔ)給面積(F)的大小,從而確定整個(gè)系統(tǒng)的地理邊界,以利于縮小勘察邊界。

(2)在現(xiàn)有技術(shù)條件下對(duì)磷石膏堆場(chǎng)及其回水庫(kù)水量進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)。由于堆場(chǎng)的不規(guī)則性,對(duì)堆場(chǎng)的初始監(jiān)測(cè)水量(ΔQ)的量取雖然不能做到十分的準(zhǔn)確,但是通過一定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)輸入量(Q輸入)和回水利用量進(jìn)行監(jiān)測(cè),可獲得監(jiān)測(cè)結(jié)果值：

根據(jù)①式,監(jiān)測(cè)結(jié)果水量與初始監(jiān)測(cè)水量存在差值。而這部分差值即是滲漏量。

(3)綜合(1)與(2)利用下式,可以得出出水口流量的各水量的劃分值：

②、③式中：

Q為污染出水口水量(m3);X′為磷石膏堆場(chǎng)內(nèi)污染物濃度值(mg′L);P′;降雨影響增加水量(m3),可由 4.1(1)中所得線性回歸方程求出。

綜上可以看出監(jiān)測(cè)工作是至關(guān)重要一個(gè)環(huán)節(jié),它為以后施工治理工程效果的好壞提供基本的參考依據(jù)。

5 勘察工程

進(jìn)行地貌調(diào)查,在堆場(chǎng)外圍地下河露頭點(diǎn)采用示蹤連通試驗(yàn)等手段,查明地表水和地下水的聯(lián)系,根據(jù)監(jiān)測(cè)工程中取得的成果,進(jìn)一步縮小工程對(duì)象系統(tǒng)的邊界。在綜合物探的基礎(chǔ)上,進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探和抽水試驗(yàn)。

在抽水試驗(yàn)中,除了收集水文地質(zhì)參數(shù)外,對(duì)水質(zhì)隨時(shí)間的變化也要實(shí)施監(jiān)測(cè)。在現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的 pH值變化觀測(cè),并在抽水時(shí)間段內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)取水樣送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)。

勘察工程是整個(gè)治理工程的關(guān)鍵,實(shí)施效果的好壞對(duì)下一步的施工治理有著主導(dǎo)的指導(dǎo)作用。然而在大量的勘察工作進(jìn)行后依然達(dá)不到預(yù)期的效果時(shí),則需考慮在已有勘察成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖┕ぶ卫砉ぷ鳌?/p>

6 施工工程

在一般的滲漏治理工作中,原則上應(yīng)在勘察得出最終成果后,即查明滲漏點(diǎn)后,方可以進(jìn)行施工工程來(lái)進(jìn)行堵漏治理工作,然而,該場(chǎng)區(qū)占地面積大,巖溶發(fā)育復(fù)雜,勘察難度極大,倘若遵循該工作方法,即使最終達(dá)到了目的,付出的各方面的代價(jià)是極大的。除了極大的時(shí)間成本外,在該時(shí)間段內(nèi),對(duì)地下水環(huán)境造成的破壞以及對(duì)河流下游種植業(yè)養(yǎng)殖業(yè)的損害也是巨大的。綜合各方面的利益考慮,在勘察工作取得階段性進(jìn)展的情況下采取適當(dāng)?shù)氖┕ぶ卫砉ぷ?是十分必要的。

施工工作的開展是比較重要的一環(huán)。由于場(chǎng)地巖溶發(fā)育的復(fù)雜性,在現(xiàn)有的勘察技術(shù)條件下,勘察工作并不能夠保證百分之百的查明所有的水文地質(zhì)情況,施工則可以最大范圍的處理問題。在此,施工也是相當(dāng)于對(duì)勘察的查漏補(bǔ)缺。而一旦在施工過程中,監(jiān)測(cè)工作在出水口得到了污染物濃度值的變化是在降雨影響范圍之外,則說(shuō)明施工取得了成效,也為下一步的勘察工作場(chǎng)地布置提供了依據(jù)。

7 結(jié)論

上面討論的應(yīng)用舉例只是比較簡(jiǎn)略的系統(tǒng)工程方法劃分。在實(shí)際工作中,我們面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)問題,首先應(yīng)該形成系統(tǒng)性觀念,不能只是頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳,只重視直接解決問題的方法,并不在意問題涉及的其他影響因素,到最后,浪費(fèi)了大量的時(shí)間成本和工程成本之后,對(duì)問題是否得到了真正的解決,也說(shuō)不出個(gè)其所以然。

系統(tǒng)工程看似很復(fù)雜,但從其基本原理觀點(diǎn)出發(fā),針對(duì)工程實(shí)踐中遇到的復(fù)雜問題,去繁取簡(jiǎn),把握整體,具體問題具體分析,對(duì)工程系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和自動(dòng)控制等功能進(jìn)行分析研究,便能達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì),最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)。

[1]郝勇.系統(tǒng)工程方法與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2008：1-50

[2]水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院 主編.水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：水利電力出版社,1985：590-620

[3]於崇文.地質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)雜性[M].北京：地質(zhì)出版社,2003

[4]袁道先 主編.中國(guó)巖溶學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社,1994

[5]李森.烏江干流河谷區(qū)深部巖溶發(fā)育規(guī)律[J].水利水電技術(shù),1985(04)：26-32

[6]嚴(yán)啟坤.一個(gè)巖溶地下河流域模型及其應(yīng)用[J].中國(guó)巖溶,1988,7(2)：111-117