公路建设对地下水水源地影响预测
2016-08-18谢先明廖兴良
谢先明，廖兴良，王 渊
(广东省水文地质大队，广东 广州 510510)
公路建设对地下水水源地影响预测
谢先明，廖兴良，王渊
(广东省水文地质大队，广东 广州 510510)
通过地下水易污性评价及公路施工和运营期间对地下水水源地的影响预测，预测公路施工及正常运营期间对水源地水质和水量影响较小。事故条件下的影响程度取决于事故车辆所运输的化学品类型、发生事故的严重程度及公路排水系统在畅通状态等。预测结果为公路设计、施工监督以及水源地的保护与管理发挥技术指导作用，为政府相关部门决策提供参考依据。
公路；地下水水源地；影响预测
公路建设对区域交通和经济发展具有重大贡献，但在施工和运营过程中产生的不利影响也不容忽视[1]。地下水一般具有水质好、更新慢、受污染不易恢复等特点。工程施工一旦对地下水产生影响，可能会引起不可逆转的后果，故更应该引起重视。
公路建设对地下水环境影响主要包括三个方面[2]：一是隧道进入含水层可能造成地下水流失，引起局部地下水含水层疏干、水位降低等水文地质问题；二是危险化学品运输车辆在事故状态下泄漏化学物质造成地下水环境污染；三是施工期人员和机械排污及运营期服务区污水排放等造成地下水水质污染。
本文以某工程实例为基础，采用定性和半定量的方法，对公路建设引起地下水水源地地质环境的影响进行预测，预测结果对公路的设计、施工监督以及水源地的保护与管理提供参考依据。
1 研究区概况
1.1地理位置
研究区位于珠江三角洲经济区的东北部边缘山区。
1.2地形地貌
研究区处于四面环山、北侧开口的近口袋状丘间谷地中，属低山丘陵地貌，总体由南西往北东倾斜，高程为56.0～876.0 m，地形切割强烈。区内植被发育，水土及生态环境保持良好。
1.3气象水文
研究区属南亚热带季风气候，多年平均气温20.9℃，多年平均降雨量2 169.8 mm。
地表水系属东江干流次级支流。区内主要有三条山间小溪，其中两条流经水源地，汇流后往北东方向流出研究区。小溪上游居民稀少，无明显污染源，水质良好。
1.4研究区范围
以水源地所在区域地表分水岭为界，为相对独立的水文地质单元。处于研究区内的公路长约3.0 km，研究区面积约13.0 km2。公路位于水源地西侧的补给-径流区，与水源地保护区边界最近距离约为700.0 m。
1.5水源地概况
水源地为允许开采量约5 000 m3/d(C级)的地下水备用水源地，目前未开采。
1.6公路概况
为设计时速120 km/h双向六车道高速公路，路基宽34.5 m，自北往南增高穿过研究区。研究区内设计有桥梁1座、涵洞12座、路堑7段和路堤若干段等四种不同构筑物，无服务区和加油站。
2 水文地质条件
2.1地层岩性
中泥盆统老虎头组(D2l)砂岩、砾岩，分布于西部，倾向南东，倾角约45°。
上泥盆统天子岭组(D3t)灰岩，分布于中部，倾向南东，倾角约40°。
上泥盆统帽子峰组(D3m)砂岩、粉砂岩等，分布于中东部，倾向南东，倾角约50°。
下侏罗统蓝唐群(J1ln)砂岩、粉砂岩，底部夹炭质页岩及煤层。分布于东北部。
冲洪积层(Q4)：分布于中部沟谷地带，主要为粘性土及含卵砾石粘性土，或含粘性土卵砾石层，厚度2.0～8.0 m。
2.2地质构造
区内断裂构造较为发育，经历多次构造活动改造。水源地主要发育北东向断裂构造F1和北西向构造F2、F3。由于受北东向断裂构造影响，岩石裂隙发育，有利地下水的运移与富集。
2.3水文地质条件
地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水(岩溶水)等三大类。
水源地主要含水层为天子岭组(D3t)砂岩、灰岩及构造裂隙中，属带状(脉状)构造裂隙承压含水层(带)，呈北东南西向，与区内构造方向一致。水源地水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度为0.4 g/L。地下水水位埋深年变幅0.10～0.44 m，涌水量年变幅19.0～85.0 m3/d，水温年变幅0.6℃～0.9℃，属动态稳定型。
地下水以大气降水补给为主，总体由南西往北东径流，大体与地表水系的流向相近。多以散片状渗流和泉水的形式排泄。如出露于北东向断裂构造线附近的1号上升泉，枯季流量为3.32 L/s。
3 易污性评价
3.1评价体系
采用DRASTIC评价方法进行评价。
3.2评价指标及赋值
采用不规则多边形网格单元划分法，将研究区划分为冲洪积和基岩分布区两大单元。各评价指标赋值见表1。
易污性指标值计算由下式确定：
DRASTIC=5×D+4×R+3×A+2×S+T+5×I+3×C
3.3评价结果
计算得冲洪积分布区DRASTIC值为117，基岩区为94。表明研究区地下水易污性较低，具有较强的防污性能，有利于地下水资源的保护。
4 施工期对水源地的影响
4.1对水质的影响预测
4.1.1构筑物施工方法
桥梁为1×20 m小箱梁结构单跨中桥，墩台采用钻孔桩作为基础，桩身大部分处于残坡积及风化基岩中，持力层为微风化灰岩或砂岩，处于裂隙水含水层上部。
涵洞均采用钢筋砼盖板涵的结构类型，进口形式为八字墙，出口形式为八字墙或直墙式。基础采用机械开挖，人工修整及浅孔控制爆破施工法。涵台基础采用就地立模现浇，混凝土采用砼拌合场集中拌制、混凝土搅拌运送车运输、混凝土输送泵泵送入模。钢筋砼盖板采用集中预制，汽车吊安装盖板。出入口端墙采用浆砌片石砌筑，砂浆拌合机拌制砂浆，人工手推车运输。涵洞处填土采用小型压实机具水平分层、对称压实。
路堑段长20.0～325.0 m，最大挖方高7.0～62.0 m，开挖岩性主要为粉质粘土、风化砂岩，局部夹灰岩。主要以机械施工为主，局部辅以人工开挖及浅孔爆破方法施工。边坡的支护设计为客土喷播及三维网植草，局部采用锚杆(索)格梁加固。
路堤段路堤施工方法是先清除地表松散土、腐殖土和覆盖土，直接填筑在天然地面上或开挖台阶，然后采用填土填筑，最大填土高为25.5 m。
该段路面设计为混凝土，采用集中场地拌制、汽车运输等方式施工。
4.1.2对水质的影响预测
1)正常工况下
桥梁、涵洞、路堑和路堤施工过程中可能影响水源地水质的主要是施工过程中的各种废弃物、施工泥浆、机械故障产生的泄漏油污、爆炸物残留物、养护废水等。堆积的废弃物主要为建筑材料，施工结束可清场处理；施工泥浆采用风化土造浆，渗透性较小，可能会封堵部分裂隙；而油污及爆炸物含量一般很低，一般只在机械发生故障时会出现少量油污，易吸附于粘性土中，可与废泥、废浆混合后外运。
综上所述，正常工况下施工对水源地水质影响较小。
2)不利工况下
在暴雨、废渣未及时清运、运输抛洒等不利工况下，施工产生的废水可能会随地表径流下渗进入含水层，但因工程量小，产生的废水量少，经过长距离运移后，已被稀释。
路堑施工由于挖方段没有大的断层破碎带经过，开挖部分主要为岩石风化裂隙发育地带，往深部裂隙逐渐闭合，渗透性变差，受影响范围仅限于开挖的地段。
综上所述，不利工况下对水源地水质影响较小。
表1 评价指标赋值表
4.2对水量的影响
桥梁、涵洞、路面施工过程无需抽排地下水，底板岩层基本保持原始状态，地下水补给径流条件没有明显改变。高边坡施工可能造成补给区局部地段的地下水位下降，水力梯度减小，地下水渗流速度减缓，不利于地下水的补给。但相对于水源地补给区范围而言，施工面积小，影响范围仅限于路堑开挖地段，不会对区域地下水的补给造成明显影响。路堤回填可能影响局部地段的降雨入渗补给量，浅部地下水的补给受到一定限制，对深层地下水影响较小。
桥梁上部结构及涵洞盖板均为预制件，预制场所不在研究区范围内。因此，预制件制作施工对地下水水量不会产生影响。
综上所述，公路施工对水源地水量影响甚微。
5 运营期对水源地的影响
5.1正常运营期的影响预测
5.1.1对水质的影响
研究认为[3-9]，公路路面径流中的污染物主要有SS、COD、重金属、P、N 营养物，油脂、PAHs等，主要来源于车辆轮胎与路面摩擦脱落的橡胶屑、筑路材料磨损颗粒、大气降尘、汽车尾气、车辆滴漏等。路面径流的污染负荷主要集中于降水初期，随着降雨量的增加，污染物浓度将迅速衰减。污染物的浓度随着降雨状况及路面污染物累积状况的不同而随机变化。
研究区的公路设计纵坡约为0.8%，路面标高自北往南增高，路面径流将通过排水沟等导排出研究区。少量污染物随降雨溅溢到排水沟外，随地表水流入渗补给地下水。因研究区风化土层厚度较大，具有较好的隔污性能，污染物下渗过程中，大多被粘土吸附，实际到达含水层的污染物浓度较低。因此，高速公路正常运营对水源地的水质不会有明显的影响。
5.1.2对水量的影响
研究区公路段运营期间除生态用水外，无其它用水要求，无需抽取地下水。公路建成后，路基宽约34.5 m，占地面积较小，仅局部地段对浅部地下水降雨入渗补给量产生影响，深层地下水的入渗补给不会受到影响，地下水补给来源、水力坡度等总体保持现状，地下水水量没有明显变化。因此，公路在正常运营期间对水源地水量影响轻微。
5.2事故条件下的影响预测
5.2.1对水质的影响
假设研究区路段发生化学品运输车交通事故，为稀释化学品，将需要大量用水冲洗，大部分冲洗液将形成路面径流汇入公路边沟并经排水沟排出研究区，少量冲洗液可能溅出并随水流进入附近的地表水体，部分直接下渗进入含水层，部分随地表水径流，不断下渗补给地下水。根据本区的地层岩性和水文地质条件分析，浅部地下水含水层水质影响程度比深层含水层严重。因此，事故如果发生，对区内的地表水和地下水的水质将造成一定影响,从而对水源地水质存在污染的风险。
因该路段设计较为顺直，路面坡度小，发生事故的几率极小。且该路段距互通立交较近，若发生事故，可及时疏散至互通立交进行应急处置，降低对附近环境的影响。
综上所述，事故条件下，对水源地水质的影响取决于事故车辆所运输的化学品类型、化学品是否泄漏、发生泄漏事故的严重程度以及公路排水系统的畅通状态。
5.2.2对水量的影响
为应急处置事故，有可能就近短时抽取河沟或山塘的地表水进行稀释，但事故处置不会开采地下水，故对水源地水量无影响。
6 结语
(1)研究区地下水易污性较低，防污性能较强，有利于地下水资源的保护。
(2)预测桥梁、涵洞、路堑、路堤和路面施工，对水源地的水质和水量影响较小。在极端不利条件下，路堑和路堤施工对水源地的水质可能会存在一定的影响。
(3)预测运营期对水源地水质和水量影响均较小。事故条件下，对水源地水质存在污染风险，其影响程度取决于事故车辆所运输的化学品类型、化学品是否泄漏、发生泄漏事故的严重程度以及公路排水系统的畅通状态；对水源地的水量无影响。
[1]孙鹏,王燕飞,等.高速公路建设对水源保护区的影响及防护措施[J].安徽农业科学.2014,42(16):5195-5197.
[2]曾厚波,王建辉.山西高速公路建设地下水环境保护[J].一线传真.2014,33-35.
[3]赵金辉,王艳霞.高速公路降雨径流污染控制措施研究进展[J].环境科学与技术.2007,30(8):103-106.
[4]赵剑强,刘珊,等.高速公路路面径流水质特征及排污规律[J].中国环境科学.2001,21(5):445-448.
[5]李华,陈玉成,等.高速公路路面径流污染影响因素的初步分析[J].公路交通科技.2011,28(5):146-152.
[6]陈莹.高速公路路面径流污染特性的探讨[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报.2004,27(1):41-45.
[7]邓鑫楠,张慧,等.高速公路路面径流及路侧水质污染研究[J].西部交通科技.2007(2):7-9.
[8]周海燕.高速公路桥面径流处理方法的探讨[J].大气及水环境污染防治技术.2010(10):488-491.
[9]贾春宁,顾培亮,等.关注高速公路的环境保护问题[J].综合运输.2004(9):13-14.
2016-03-08
谢先明(1982-)，男，广东韶关人，工程师，主要从事水文地质、环境地质方面的工作。
X143
B
1004-1184(2016)04-0018-03
