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        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

        2022-11-29 10:28:46易世友吉勒克補子
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:含水污染源燕子

        易世友,江 峰,李 強,吉勒克補子

        (貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊,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、地下水污染特征分析、動態(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實的基礎(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,最大時日流量達1 204 t左右。區(qū)內(nèi)總體地勢南高北低,海拔標高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月下旬開始進入雨季,直至當年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給源之一,在其下游出露的黑洞地下河出口是其主要補給源,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-揚子-華南板塊-上揚子南緣-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,南部軸向為北北東,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)組合類型及水動力特征又可進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1 204 m3/d,出口標高825 m。經(jīng)水質(zhì)分析,特征污染指標中氨氮、總磷、耗氧量(CODMn法)4項超標,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。

        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給區(qū)范圍所有企業(yè)產(chǎn)排污情況,污水去向,重點關(guān)注了補給區(qū)內(nèi)負地形落水洞、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,其補給源為污水管網(wǎng)滲漏點H5生活污水及臨時傾倒的廢水。

        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,投放了熒光素納,采用了注水方式加快流速,歷時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給源,而工作區(qū)三個地下河出口是獨立的,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,兩天中流量最大達到1 204 m3/d,正常流量為150 m3/d左右,

        變幅達到8倍,進一步證實了燕子洞地下河出口有外部污染源直接入滲補給。

        水質(zhì)動態(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傾倒的廢水,巖溶管道內(nèi)存在多個巖溶潭,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,在一定時間內(nèi)達到了地下水補給量與排泄量的動態(tài)平衡狀態(tài),受突然大量臨時傾倒廢水的影響,地下水動態(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,并科學運用污染源排查、環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查、示蹤試驗、水質(zhì)測試、動態(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識提供基礎(chǔ),同時為西南巖溶山區(qū)地下水污染防治提供了堅實的基礎(chǔ)。

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