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        公路建設(shè)對(duì)地下水水源地影響預(yù)測(cè)

        2016-08-18 03:09:58謝先明廖興良
        地下水 2016年4期
        關(guān)鍵詞:水源地徑流路面

        謝先明,廖興良,王 淵

        (廣東省水文地質(zhì)大隊(duì),廣東 廣州 510510)

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        公路建設(shè)對(duì)地下水水源地影響預(yù)測(cè)

        謝先明,廖興良,王淵

        (廣東省水文地質(zhì)大隊(duì),廣東 廣州 510510)

        通過(guò)地下水易污性評(píng)價(jià)及公路施工和運(yùn)營(yíng)期間對(duì)地下水水源地的影響預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)公路施工及正常運(yùn)營(yíng)期間對(duì)水源地水質(zhì)和水量影響較小。事故條件下的影響程度取決于事故車(chē)輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類(lèi)型、發(fā)生事故的嚴(yán)重程度及公路排水系統(tǒng)在暢通狀態(tài)等。預(yù)測(cè)結(jié)果為公路設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督以及水源地的保護(hù)與管理發(fā)揮技術(shù)指導(dǎo)作用,為政府相關(guān)部門(mén)決策提供參考依據(jù)。

        公路;地下水水源地;影響預(yù)測(cè)

        公路建設(shè)對(duì)區(qū)域交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大貢獻(xiàn),但在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的不利影響也不容忽視[1]。地下水一般具有水質(zhì)好、更新慢、受污染不易恢復(fù)等特點(diǎn)。工程施工一旦對(duì)地下水產(chǎn)生影響,可能會(huì)引起不可逆轉(zhuǎn)的后果,故更應(yīng)該引起重視。

        公路建設(shè)對(duì)地下水環(huán)境影響主要包括三個(gè)方面[2]:一是隧道進(jìn)入含水層可能造成地下水流失,引起局部地下水含水層疏干、水位降低等水文地質(zhì)問(wèn)題;二是危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛在事故狀態(tài)下泄漏化學(xué)物質(zhì)造成地下水環(huán)境污染;三是施工期人員和機(jī)械排污及運(yùn)營(yíng)期服務(wù)區(qū)污水排放等造成地下水水質(zhì)污染。

        本文以某工程實(shí)例為基礎(chǔ),采用定性和半定量的方法,對(duì)公路建設(shè)引起地下水水源地地質(zhì)環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)公路的設(shè)計(jì)、施工監(jiān)督以及水源地的保護(hù)與管理提供參考依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        1.1地理位置

        研究區(qū)位于珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)的東北部邊緣山區(qū)。

        1.2地形地貌

        研究區(qū)處于四面環(huán)山、北側(cè)開(kāi)口的近口袋狀丘間谷地中,屬低山丘陵地貌,總體由南西往北東傾斜,高程為56.0~876.0 m,地形切割強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育,水土及生態(tài)環(huán)境保持良好。

        1.3氣象水文

        研究區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候,多年平均氣溫20.9℃,多年平均降雨量2 169.8 mm。

        地表水系屬東江干流次級(jí)支流。區(qū)內(nèi)主要有三條山間小溪,其中兩條流經(jīng)水源地,匯流后往北東方向流出研究區(qū)。小溪上游居民稀少,無(wú)明顯污染源,水質(zhì)良好。

        1.4研究區(qū)范圍

        以水源地所在區(qū)域地表分水嶺為界,為相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。處于研究區(qū)內(nèi)的公路長(zhǎng)約3.0 km,研究區(qū)面積約13.0 km2。公路位于水源地西側(cè)的補(bǔ)給-徑流區(qū),與水源地保護(hù)區(qū)邊界最近距離約為700.0 m。

        1.5水源地概況

        水源地為允許開(kāi)采量約5 000 m3/d(C級(jí))的地下水備用水源地,目前未開(kāi)采。

        1.6公路概況

        為設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h雙向六車(chē)道高速公路,路基寬34.5 m,自北往南增高穿過(guò)研究區(qū)。研究區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)有橋梁1座、涵洞12座、路塹7段和路堤若干段等四種不同構(gòu)筑物,無(wú)服務(wù)區(qū)和加油站。

        2 水文地質(zhì)條件

        2.1地層巖性

        中泥盆統(tǒng)老虎頭組(D2l)砂巖、礫巖,分布于西部,傾向南東,傾角約45°。

        上泥盆統(tǒng)天子嶺組(D3t)灰?guī)r,分布于中部,傾向南東,傾角約40°。

        上泥盆統(tǒng)帽子峰組(D3m)砂巖、粉砂巖等,分布于中東部,傾向南東,傾角約50°。

        下侏羅統(tǒng)藍(lán)唐群(J1ln)砂巖、粉砂巖,底部夾炭質(zhì)頁(yè)巖及煤層。分布于東北部。

        沖洪積層(Q4):分布于中部溝谷地帶,主要為粘性土及含卵礫石粘性土,或含粘性土卵礫石層,厚度2.0~8.0 m。

        2.2地質(zhì)構(gòu)造

        區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,經(jīng)歷多次構(gòu)造活動(dòng)改造。水源地主要發(fā)育北東向斷裂構(gòu)造F1和北西向構(gòu)造F2、F3。由于受北東向斷裂構(gòu)造影響,巖石裂隙發(fā)育,有利地下水的運(yùn)移與富集。

        2.3水文地質(zhì)條件

        地下水類(lèi)型可劃分為松散巖類(lèi)孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙溶洞水(巖溶水)等三大類(lèi)。

        水源地主要含水層為天子嶺組(D3t)砂巖、灰?guī)r及構(gòu)造裂隙中,屬帶狀(脈狀)構(gòu)造裂隙承壓含水層(帶),呈北東南西向,與區(qū)內(nèi)構(gòu)造方向一致。水源地水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Ca型,礦化度為0.4 g/L。地下水水位埋深年變幅0.10~0.44 m,涌水量年變幅19.0~85.0 m3/d,水溫年變幅0.6℃~0.9℃,屬動(dòng)態(tài)穩(wěn)定型。

        地下水以大氣降水補(bǔ)給為主,總體由南西往北東徑流,大體與地表水系的流向相近。多以散片狀滲流和泉水的形式排泄。如出露于北東向斷裂構(gòu)造線附近的1號(hào)上升泉,枯季流量為3.32 L/s。

        3 易污性評(píng)價(jià)

        3.1評(píng)價(jià)體系

        采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)及賦值

        采用不規(guī)則多邊形網(wǎng)格單元?jiǎng)澐址?,將研究區(qū)劃分為沖洪積和基巖分布區(qū)兩大單元。各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值見(jiàn)表1。

        易污性指標(biāo)值計(jì)算由下式確定:

        DRASTIC=5×D+4×R+3×A+2×S+T+5×I+3×C

        3.3評(píng)價(jià)結(jié)果

        計(jì)算得沖洪積分布區(qū)DRASTIC值為117,基巖區(qū)為94。表明研究區(qū)地下水易污性較低,具有較強(qiáng)的防污性能,有利于地下水資源的保護(hù)。

        4 施工期對(duì)水源地的影響

        4.1對(duì)水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)

        4.1.1構(gòu)筑物施工方法

        橋梁為1×20 m小箱梁結(jié)構(gòu)單跨中橋,墩臺(tái)采用鉆孔樁作為基礎(chǔ),樁身大部分處于殘坡積及風(fēng)化基巖中,持力層為微風(fēng)化灰?guī)r或砂巖,處于裂隙水含水層上部。

        涵洞均采用鋼筋砼蓋板涵的結(jié)構(gòu)類(lèi)型,進(jìn)口形式為八字墻,出口形式為八字墻或直墻式。基礎(chǔ)采用機(jī)械開(kāi)挖,人工修整及淺孔控制爆破施工法。涵臺(tái)基礎(chǔ)采用就地立?,F(xiàn)澆,混凝土采用砼拌合場(chǎng)集中拌制、混凝土攪拌運(yùn)送車(chē)運(yùn)輸、混凝土輸送泵泵送入模。鋼筋砼蓋板采用集中預(yù)制,汽車(chē)吊安裝蓋板。出入口端墻采用漿砌片石砌筑,砂漿拌合機(jī)拌制砂漿,人工手推車(chē)運(yùn)輸。涵洞處填土采用小型壓實(shí)機(jī)具水平分層、對(duì)稱(chēng)壓實(shí)。

        路塹段長(zhǎng)20.0~325.0 m,最大挖方高7.0~62.0 m,開(kāi)挖巖性主要為粉質(zhì)粘土、風(fēng)化砂巖,局部夾灰?guī)r。主要以機(jī)械施工為主,局部輔以人工開(kāi)挖及淺孔爆破方法施工。邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)為客土噴播及三維網(wǎng)植草,局部采用錨桿(索)格梁加固。

        路堤段路堤施工方法是先清除地表松散土、腐殖土和覆蓋土,直接填筑在天然地面上或開(kāi)挖臺(tái)階,然后采用填土填筑,最大填土高為25.5 m。

        該段路面設(shè)計(jì)為混凝土,采用集中場(chǎng)地拌制、汽車(chē)運(yùn)輸?shù)确绞绞┕ぁ?/p>

        4.1.2對(duì)水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)

        1)正常工況下

        橋梁、涵洞、路塹和路堤施工過(guò)程中可能影響水源地水質(zhì)的主要是施工過(guò)程中的各種廢棄物、施工泥漿、機(jī)械故障產(chǎn)生的泄漏油污、爆炸物殘留物、養(yǎng)護(hù)廢水等。堆積的廢棄物主要為建筑材料,施工結(jié)束可清場(chǎng)處理;施工泥漿采用風(fēng)化土造漿,滲透性較小,可能會(huì)封堵部分裂隙;而油污及爆炸物含量一般很低,一般只在機(jī)械發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量油污,易吸附于粘性土中,可與廢泥、廢漿混合后外運(yùn)。

        綜上所述,正常工況下施工對(duì)水源地水質(zhì)影響較小。

        2)不利工況下

        在暴雨、廢渣未及時(shí)清運(yùn)、運(yùn)輸拋灑等不利工況下,施工產(chǎn)生的廢水可能會(huì)隨地表徑流下滲進(jìn)入含水層,但因工程量小,產(chǎn)生的廢水量少,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)移后,已被稀釋。

        路塹施工由于挖方段沒(méi)有大的斷層破碎帶經(jīng)過(guò),開(kāi)挖部分主要為巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育地帶,往深部裂隙逐漸閉合,滲透性變差,受影響范圍僅限于開(kāi)挖的地段。

        綜上所述,不利工況下對(duì)水源地水質(zhì)影響較小。

        表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值表

        4.2對(duì)水量的影響

        橋梁、涵洞、路面施工過(guò)程無(wú)需抽排地下水,底板巖層基本保持原始狀態(tài),地下水補(bǔ)給徑流條件沒(méi)有明顯改變。高邊坡施工可能造成補(bǔ)給區(qū)局部地段的地下水位下降,水力梯度減小,地下水滲流速度減緩,不利于地下水的補(bǔ)給。但相對(duì)于水源地補(bǔ)給區(qū)范圍而言,施工面積小,影響范圍僅限于路塹開(kāi)挖地段,不會(huì)對(duì)區(qū)域地下水的補(bǔ)給造成明顯影響。路堤回填可能影響局部地段的降雨入滲補(bǔ)給量,淺部地下水的補(bǔ)給受到一定限制,對(duì)深層地下水影響較小。

        橋梁上部結(jié)構(gòu)及涵洞蓋板均為預(yù)制件,預(yù)制場(chǎng)所不在研究區(qū)范圍內(nèi)。因此,預(yù)制件制作施工對(duì)地下水水量不會(huì)產(chǎn)生影響。

        綜上所述,公路施工對(duì)水源地水量影響甚微。

        5 運(yùn)營(yíng)期對(duì)水源地的影響

        5.1正常運(yùn)營(yíng)期的影響預(yù)測(cè)

        5.1.1對(duì)水質(zhì)的影響

        研究認(rèn)為[3-9],公路路面徑流中的污染物主要有SS、COD、重金屬、P、N 營(yíng)養(yǎng)物,油脂、PAHs等,主要來(lái)源于車(chē)輛輪胎與路面摩擦脫落的橡膠屑、筑路材料磨損顆粒、大氣降塵、汽車(chē)尾氣、車(chē)輛滴漏等。路面徑流的污染負(fù)荷主要集中于降水初期,隨著降雨量的增加,污染物濃度將迅速衰減。污染物的濃度隨著降雨?duì)顩r及路面污染物累積狀況的不同而隨機(jī)變化。

        研究區(qū)的公路設(shè)計(jì)縱坡約為0.8%,路面標(biāo)高自北往南增高,路面徑流將通過(guò)排水溝等導(dǎo)排出研究區(qū)。少量污染物隨降雨濺溢到排水溝外,隨地表水流入滲補(bǔ)給地下水。因研究區(qū)風(fēng)化土層厚度較大,具有較好的隔污性能,污染物下滲過(guò)程中,大多被粘土吸附,實(shí)際到達(dá)含水層的污染物濃度較低。因此,高速公路正常運(yùn)營(yíng)對(duì)水源地的水質(zhì)不會(huì)有明顯的影響。

        5.1.2對(duì)水量的影響

        研究區(qū)公路段運(yùn)營(yíng)期間除生態(tài)用水外,無(wú)其它用水要求,無(wú)需抽取地下水。公路建成后,路基寬約34.5 m,占地面積較小,僅局部地段對(duì)淺部地下水降雨入滲補(bǔ)給量產(chǎn)生影響,深層地下水的入滲補(bǔ)給不會(huì)受到影響,地下水補(bǔ)給來(lái)源、水力坡度等總體保持現(xiàn)狀,地下水水量沒(méi)有明顯變化。因此,公路在正常運(yùn)營(yíng)期間對(duì)水源地水量影響輕微。

        5.2事故條件下的影響預(yù)測(cè)

        5.2.1對(duì)水質(zhì)的影響

        假設(shè)研究區(qū)路段發(fā)生化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)交通事故,為稀釋化學(xué)品,將需要大量用水沖洗,大部分沖洗液將形成路面徑流匯入公路邊溝并經(jīng)排水溝排出研究區(qū),少量沖洗液可能濺出并隨水流進(jìn)入附近的地表水體,部分直接下滲進(jìn)入含水層,部分隨地表水徑流,不斷下滲補(bǔ)給地下水。根據(jù)本區(qū)的地層巖性和水文地質(zhì)條件分析,淺部地下水含水層水質(zhì)影響程度比深層含水層嚴(yán)重。因此,事故如果發(fā)生,對(duì)區(qū)內(nèi)的地表水和地下水的水質(zhì)將造成一定影響,從而對(duì)水源地水質(zhì)存在污染的風(fēng)險(xiǎn)。

        因該路段設(shè)計(jì)較為順直,路面坡度小,發(fā)生事故的幾率極小。且該路段距互通立交較近,若發(fā)生事故,可及時(shí)疏散至互通立交進(jìn)行應(yīng)急處置,降低對(duì)附近環(huán)境的影響。

        綜上所述,事故條件下,對(duì)水源地水質(zhì)的影響取決于事故車(chē)輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類(lèi)型、化學(xué)品是否泄漏、發(fā)生泄漏事故的嚴(yán)重程度以及公路排水系統(tǒng)的暢通狀態(tài)。

        5.2.2對(duì)水量的影響

        為應(yīng)急處置事故,有可能就近短時(shí)抽取河溝或山塘的地表水進(jìn)行稀釋?zhuān)鹿侍幹貌粫?huì)開(kāi)采地下水,故對(duì)水源地水量無(wú)影響。

        6 結(jié)語(yǔ)

        (1)研究區(qū)地下水易污性較低,防污性能較強(qiáng),有利于地下水資源的保護(hù)。

        (2)預(yù)測(cè)橋梁、涵洞、路塹、路堤和路面施工,對(duì)水源地的水質(zhì)和水量影響較小。在極端不利條件下,路塹和路堤施工對(duì)水源地的水質(zhì)可能會(huì)存在一定的影響。

        (3)預(yù)測(cè)運(yùn)營(yíng)期對(duì)水源地水質(zhì)和水量影響均較小。事故條件下,對(duì)水源地水質(zhì)存在污染風(fēng)險(xiǎn),其影響程度取決于事故車(chē)輛所運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)品類(lèi)型、化學(xué)品是否泄漏、發(fā)生泄漏事故的嚴(yán)重程度以及公路排水系統(tǒng)的暢通狀態(tài);對(duì)水源地的水量無(wú)影響。

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        2016-03-08

        謝先明(1982-),男,廣東韶關(guān)人,工程師,主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

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        1004-1184(2016)04-0018-03

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