天峰磷石膏堆场对区域水环境的影响分析

陈敏涛, 陈丽霞, 熊 俊

(1.贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002; 2.贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025; 3.贵州省建筑工程勘察院,贵州 贵阳 550001)

天峰磷石膏堆场对区域水环境的影响分析

陈敏涛1, 陈丽霞2, 熊 俊3

(1.贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002; 2.贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025; 3.贵州省建筑工程勘察院,贵州 贵阳 550001)

通过对压实矿渣和松散矿渣进行渗水试验,结合钻孔压水试验,表明堆场内渣体及岩体渗透性较好,岩体节理裂隙发育,地表、地下水力联系较好。在场区内布置监测断面及监测点,通过水样采样分析,表明主要污染物为TP。根据TP浓度,结合钻孔、高程等情况绘制水污染趋势图,从而分析磷石膏堆场对区域水环境的影响。

磷石膏堆场;水环境;污染;趋势图

磷矿在生产过程中产生大量磷石膏,磷石膏是一种固体废物,在堆放过程中如发生渗漏或外溢,其渗滤液易造成地表水和地下水污染[1]。天峰磷石膏堆场地处西南岩溶山区,区域内节理裂隙发育,地表、地下水力联系良好;在堆场西侧是贵阳市主要的水源地——红枫湖的主要支流羊昌河,堆场在未进行相关处理即投入使用,致使其渗滤液已对区域内地表、地下水体均造成不同程度的污染。

本文在前人研究的基础上,通过压水试验、注水试验和水样调查,进一步查明堆场的分布状况、区域内水文地质条件、岩溶及节理裂隙发育情况,分析地表水与地下水的水力联系,查明堆场对周边区域水环境的影响,为污染治理提供基础依据。

1 堆场基本概况

1.1 自然地理概况

天峰磷石膏堆场位于平坝县高峰镇黄猫村鸡窝坡,西距红枫湖上游羊昌河约550 m;属于亚热带大陆性季风湿润型气候,多年平均降雨量1 256.3 mm,相对湿度大。堆场区为溶蚀准平原—峰林地貌,局部为峰丛地貌。地势总体平坦,时有石芽、基岩出露,局部见溶蚀残丘,峰林主要呈星点状分布;覆盖层厚度变化大,基岩面起伏较大,地表水及岩溶泉发育,地势低洼处易积水。场区附近主要地质构造为羊昌向斜,向斜轴部于羊昌河下河湾附近,呈近南北向通过。场区内出露地层相对简单,主要为三叠系中统花溪组(T2h)、贵阳组(T2gy),第四系Q,详见表1。

1.2 堆场与岩土体接触情况

堆场东西向最宽处约230 m,南北向最长处约360 m。堆场南部在降雨冲刷搬运作用下,部分磷石膏由水体携带,在西—西北方向堆场至羊昌河下河湾之间、西南方向堆场土坝至白头村之间的田地中沉积;在运输过程中洒落磷石膏在平面上沿道路展布。堆场与周边岩土体接触良好,堆场南侧、西西北方向至下河湾田地中冲积搬运沉积的磷石膏主要与红粘土直接接触;北侧为放坡堆填,磷石膏与节理裂隙发育的岩体直接接触;西北方向靠近马鞍山位置部分与零星出露的节理裂隙发育的岩体直接接触;西南向堆场土坝与白头村田地中冲积搬运沉积的磷石膏与红粘土直接接触,靠近山体部位,局部出露岩石,与节理裂隙发育的岩体直接接触[2]。堆场与岩体直接接触面积约为2.75万m3(平面投影)。

表1 区域地层岩性简表

2 水文地质条件

2.1 地表水

堆场附近区域地表水体分布广泛,主要为羊昌河、水塘,以及水渠(详见图1)。区域内地表水体主要接受降水补给,其排泄基本以羊昌河作为排泄基准面;但水塘01除外,水塘01以蒸发为主要排泄途径。截至现场踏勘时,水塘01已干涸。

2.2 地下水

堆场位于羊昌河开阔向斜近轴部东翼,场区下覆基岩为三叠系中统贵阳组(T2gy)灰岩、白云岩,东侧为三叠系中统花溪组(T2h)白云岩、泥质白云岩,均为含水层。场区岩溶及节理裂隙发育,地下水接受降雨和地表水补给,由岩体节理裂隙进入基岩含水层。两含水层之间存在近东西向的水力联系,受三组产状结构面控制,通常情况下花溪组(T2h)补给贵阳组(T2gy),当降雨较大时,因堆场位置地形较高且基岩出露,贵阳组(T2gy)也会对花溪组(T2h)进行补给。贵阳组(T2gy)除主要受降水、花溪组(T2h)补给外,还接受羊昌河的补给。其余补给来源为局部基岩直接出露部位地表水单元(除羊昌河外)对含水层的补给,补给量有限。因受三组产状结构面和分水岭控制,通常情况下,场区地下水径流方向大致向西,但在雨季时,局部径流方向转而向东;而受278°∠58°结构面控制(走向为188°),通常情况下径流方向大致向北,局部径流方向转而向南(图1)。

图1 水文地质综合平面图、地下水污染趋势图Fig.1 Multiple ichnography of hydrogeology and trend for groundwater pollution1.贵阳组;2.花溪组;3.地层界线;4.水环境中总磷(TP)含量及等值线(mg/L);5.磷石膏流场;6.推测地下水流向;7.地表水沟及编号;8.岩溶泉及编号;9.落水洞及编号;10.机井及编号;11.溶洞及编号;12.水塘取水样;13.集雨面积范围线。

场区内岩溶发育,见7个溶洞,部分溶洞间相互连通形成管道,且出露泉眼也较多(图1),位于羊昌河边的Q2、Q3、Q5、Q6,其水位略高于羊昌河水面,在雨季,羊昌河水位上升,以上四个泉点即淹没于河中。

3 水环境影响分析

前人对该区进行的样方统计调查和连通试验得出,堆场内岩体节理发育,地下水流属岩溶管道—裂隙水,表明场区地表水与地下水存在水力联系。笔者在勘察时,该堆场已将渗漏位置覆盖,但渗滤液对地下水的污染依然产生很大影响,尤其是在降雨等条件下,更加大了对羊昌河的污染。为了更好地了解矿渣体的渗透性,在前人的基础上采用试坑法进行渗水试验和钻孔注水试验。

3.1 渗水试验

渗水试验可以分为两部分:一部分是压实后的矿渣渗水试验;另一部分是松散堆积的矿渣渗水试验。渗水试验均采用试坑法,通过试验结果表明,压实矿渣和松散矿渣渗透性均较好。其结果见表2。

3.2 钻孔压水试验

为了测定场区岩体的透水性,评价岩体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料,对ZK23和ZK25号孔采用钻孔压水试验。根据钻孔压水试验,以及采取的原状土样室内渗透性试验,并结合原云南省设计院勘察分院贵州勘察所资料,场地岩土的渗透性指标见表3。通过试验结果表明,岩体裂隙发育,地表水 、地下水水力联系较好,且场地岩土的渗透性中等。

表2 渗水试验结果表

3.3 水质分析

前人曾在研究该区内水时对羊昌河天峰段上游黄猫村水文站至焦家桥河段沿途布点,进行分析。本次试验在结合前人研究的基础上,通过现场布点调查,对羊昌河天峰段河道周边水环境中总磷(TP)、氟化物和砷作进一步分析。监测断面及调查点见图1。

表3 钻孔压水试验结果[2]

3.3.1 地表水污染变化趋势分析

根据水质监测数据[3],结合图1分析可知,在枯水期由于1#和4#排污沟受污染程度较高的水体虽然直接汇入羊昌河,因水体的自净能力,降低了TP浓度;Q3下游TP突增,表明该河段受到了新的污染水体影响,河岸或河底存在渗漏点。而焦家桥涉水坝以下至焦家桥河段,无严重的渗漏点,则TP值又大幅降低。变化趋势图见图1。

3.3.2 地下水污染变化趋势分析

通过对地下水取水点TP值、污染程度等值线,并结合岩体结构面综合分析,渣场磷石膏与岩体直接接触部位附近的地下水TP浓度最高(ZK25),表明磷石膏渗滤液透过节理裂隙进入岩体成为地下水的污染源头,渣场—马鞍山CSJ1抽水机井、马鞍山CSJ1抽水机井—R2溶洞、渣场—Q6、渣场—Q5方向上,TP值变化梯度较小,表明在这些方向上(总体向北和向西)存在岩溶管道或破碎带的可能性较高。

渣场北侧钻孔(ZK9)虽在渣场—马鞍山CSJ1抽水机井方向上,但TP值相对较低,表明红粘土层隔水性能较好,也反映了岩溶管道或破碎带发育的复杂性和局部的变化性。

地下水污染的方向和变化趋势,主要受控于水力梯度和主要岩体结构面走向,水力梯度除反映在地下水向北、向西的主要径流方向上,还表现为受地形影响的局部径流方向的改变(ZK25东侧的ZK23,TP值相对较高)。因此,地下水的污染方向在磷石膏渣场附近因渣场地形较高,沿地势降低的方向向四周扩散,在距渣场一定距离后,受地下水总体径流方向和主要岩体结构面走向的控制,主要向北和向西呈带状扩散。变化趋势图见图1。

4 结语

通过现场试验,结合前人所做工作的基础上,探明了天峰磷石膏堆场节理裂隙发育,渣体、岩体透水性强,地表水、地下水水力联系较好,磷石膏渗滤液极容易通过渗漏点污染周边水环境,进而影响贵阳市重要的水源地——红枫湖水质。

[1] 郑文成,贾洪彪,郭明,等.平坝磷石膏堆场渗漏分析与污染防治对策[J].中国岩溶,2010,29(1):75-79.

[2] 云南省设计院勘察分院贵州勘察所.贵州天峰化工有限责任公司磷石膏堆场环境岩土工程勘察报告[R].贵阳:贵州省建筑工程勘察院,2012.

[3] 安顺市环境监测站.羊昌河天峰段地表水、地下水监测报告[R].安顺:安顺市环境监测站,2011.

(责任编辑：于继红)

Analysis for the Impact on the Water Environment in Tianfeng Phosphor Gypsum

CHEN Mintao1, CHEN Lixia2, XIONG Jun3

(1.GuizhousurveyandDesignResearchInstituteforWaterResourcesHydropower,Guiyang,Guizhou550002; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025; 3.InstituteofConstructionEngineeringandProspecting,Guiyang,Guizhou550001)

By the infiltration test between compacted and loose slag,the permeability can be indicated. And the conclusion of developed joint fissure and hydraulic connection could be drawn from the pressure water test. The primary pollutant is TP by collecting water samples from each monitoring site; according to the consistence of TP and elevation,the contaminative trend graph will be given. Based on the trend graph,the impact on water environment by phosphor gypsum is analyzed.

phosphor gypsum; water environment; pollution; trend graph

2016-04-29;改回日期:2016-05-19

贵州省水利科技经费项目(KT201304)。

陈敏涛(1982-),男,工程师,硕士,地质工程专业,从事工程地质、水文地质方面的研究工作。E-mail:123643101@qq.com

X143

A

1671-1211(2016)03-0454-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.048

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1629.026.html 数字出版日期:2016-05-11 16:29