滨海地区某钢铁项目环境水文地质勘查与分析

2016-12-14文福利叶荣华

浙江建筑 2016年11期

关键词：承压水潜水水文地质

文福利,彭娟,叶荣华

(1. 宁波冶金勘察设计研究股份有限公司,浙江宁波 315041；2. 宁波市轨道交通集团有限公司,浙江宁波 315101)

滨海地区某钢铁项目环境水文地质勘查与分析

文福利1,彭娟1,叶荣华2

(1. 宁波冶金勘察设计研究股份有限公司,浙江宁波 315041；2. 宁波市轨道交通集团有限公司,浙江宁波 315101)

结合滨海地区某钢铁项目,采用水文地质调查、抽水试验、渗水试验、现状监测等多种水文地质勘查方法,查明了评价区内的环境水文地质条件与特征,获得了预测评价所需的水文地质参数,从而为项目下阶段的地下水环境影响评价提供了基础资料,也可作为类似工程的场地环境水文地质勘查工作的参考。

水文地质；抽水试验；渗水试验；现状监测；钢铁项目

随着我国城市化进程的快速推进,目前地下水正普遍受到因大规模开发建设活动引起的污染威胁,由此产生的环境水文地质问题日益严重[1-3]。地下水一旦受到污染,就会造成影响范围广,治理难度大,修复所需时间长。钢铁工业是工业化国家最重要的基础工业,是国民经济发展的物质基础,然而钢铁企业在生产过程中往往会产生大量环境污染物,废水、废渣均可能对地下水造成污染影响[4-5]。因此，在钢铁项目建设前期,必须对场地周边一定区域内的环境水文地质条件进行勘查与分析。

拟建钢铁项目位于浙江省宁波市北仑区,由主厂区、焦化厂区和配套项目渣处理厂区三部分组成,总占地面积2.93 km2,其中主厂区距宁波市区约38 km。为满足建设项目地下水环境影响评价的需要,根据项目的工程布局和周边水文地质条件,确定评价范围为包含主厂区、焦化厂区、渣处理厂区的多边形,面积约53 km2,其中东西长约10 km,南北宽约6 km。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

评价区内地势平坦,河流池塘交错密布,地势向海岸方向略倾斜,坡度小于0.1%,地面标高1.9～3.8 m,地貌类型主要包括堆积地貌、侵蚀剥蚀地貌和海积地貌。

1.2 地基土特征

评价区地层由第四纪沉积地层和侏罗系上统基岩组成。全新世Q4地层主要为淤泥黏土、淤泥质粉质黏土,平均厚度约28 m；晚更新世Q3地层主要为粉质黏土,平均厚度约21 m；中更新世Q2地层主要为粉质黏土、含砾粉质黏土、含黏性土碎砾石,平均厚度约25 m；侏罗系上统基岩为高坞组晶屑玻屑熔结凝灰岩。典型地质剖见图1。

图1 评价区典型地质剖面

2 水文地质条件

2.1 含水层特征

评价区内含水层可划分为两种类型：分布于平原表层的松散岩类孔隙潜水和条带状分布于平原深部的松散岩类孔隙承压水,具体见表1。评价区含水层分布见图2。

表1 评价区含水层划分

图2 评价区含水层分布

潜水主要为海积黏性土和淤泥质土孔隙潜水,广泛分布于评价区平原表部,岩性为黄褐色黏性土和灰色淤泥质土,淤泥质土局部含粉细砂透镜体,含水量小,静止水位埋深0.4～2.0 m。

承压水包括第Ⅰ孔隙承压含水层和第Ⅱ孔隙承压含水层,评价区外上游沟谷地区,两承压含水层间没有明显的隔水层,受大气降水补给,属潜水性质,延伸到评价区内则埋于平原深部,两承压含水层间隔一层黏性土。第Ⅰ孔隙承压含水层岩性为黄褐色砂砾石含少量黏性土,顶板埋深45～65 m,厚度2.0～15.2 m,静止水位埋深0.7～1.5 m。第Ⅱ孔隙承压含水层岩性为灰黄色、褐黄色的含黏性土砂砾石,顶板埋深57～76 m,厚度5.4～14.1 m,静止水位埋深0.5～2.0 m。

2.2 隔水层特征

第Ⅰ隔水层主要为全新统下组海积层、全新统中组海积层和上更新统上组海积层。全新统下组海积层主要为灰色淤泥质粉质黏土,平均层厚15.9 m,分布稳定。全新统中组海积层以灰色淤泥质粉质黏土为主,流塑,薄层状构造,平均层厚9.3 m,分布稳定。上更新统上组海积层主要为灰色、灰褐色粉质黏土,软—可塑,含较多植物碎屑,平均层厚8.9 m,分布稳定。

第Ⅱ隔水层主要为中更新统上组冲湖积层。普遍分布于平原深部,灰色、灰绿色粉质黏土,可塑—硬塑,平均层厚8.4 m,分布稳定。

2.3 地下水补给、径流与排泄特征

孔隙潜水含水层主要受大气降水补给,径流微弱,主要通过蒸发排泄。第Ⅰ、Ⅱ承压含水层自然条件下不接受地表水补给和大气降水。

由于承压含水层由北向南(表现为由平原向山区)埋藏逐渐变浅,评价区南部沟谷中、上部直接出露地表,接受大气和地表水的渗入补给,形成淡水；沟谷下部至平原地区,补给条件差,多为咸水。另外,由于近年工程勘察项目剧增,勘探孔在评价区内星罗棋布,其中大批钻孔往往穿透第Ⅰ、Ⅱ承压含水层,由于钻探施工基本未采取有效封孔措施,可能导致地表污水、浅层孔隙潜水补给深层地下水,加速了承压水体的污染。

平原区承压含水层埋藏深,现有水道未切割到含水层,故与天然状态下的地下水无水力联系。含水层东、西、南三侧均为基岩区,岩石透水性极差,组成了较好的隔水边界,阻止了深部孔隙水的侧向排泄。含水层向北延伸至海域,因地下水水位与海平面接近,使得水平径流缓慢,即使局部存在天然通道,地下水向海域的排泄量也有限,加之评价区内多年前已禁止开采地下水,故承压水的排泄主要为含水层之间的互排。

2.4 地下水资源状况

评价区内自来水覆盖区域的地下水资源已施行禁止开采管理,仅个别农户家保留有水井,水源为上部潜水,平时仅用于洗涤。评价区内饮用水水源主要来自周边两个水库,工业用水主要来自周边两个水库,还包括再生水和河道取水,农业用水主要为河道取水。评价区南部外侧山区分布有六个备用集中式饮用水水源地,主要用于工业用水、河网供水、备用自来水供水和少量居民供水。

3 水文地质试验

3.1 钻探与成井

成孔采用XY-1型钻机,清水回转钻进,潜水井的井深统一取10 m,承压水井的井深为测试含水层以下2 m。成孔前先进行钻孔取芯,准确查明含水层岩性和位置后,采用直径500 mm的钻具进行扩孔。过滤管和井管为直径130 mm的PVC管,扩孔完成后,在含水层位置下滤管,滤管长度略大于含水层厚度,滤管外包滤网,滤管上部井管高出地面约200 mm,确定滤管连接稳固后,填入砾料。对于承压水层,砾料填至含水层顶板上部2～3 m时,进行简单洗孔,要求达到孔内出水基本清净,然后再测量砾料位置,确保砾料填至含水层顶板以上2～3 m,砾料上部采用泥球止水。

3.2 抽水试验

评价区内共布置4组抽水试验,分别对松散地层潜水(13#、14#)和承压水(16#、18#)进行单孔抽水试验,其中潜水完整井采用非稳定流抽水试验,承压水完整井采用稳定流抽水试验,抽水试验曲线见图3～6,抽水试验成果见表2。

表2 抽水试验成果

图3 潜水抽水试验曲线(13#井)

图4 潜水抽水试验曲线(14#井)

图5 承压水抽水试验曲线(16#井)

图6 承压水抽水试验曲线(18#井)

3.3 渗水试验

评价区内包气带岩土层有两层：第一层为全新世晚期海相粉质黏土,广泛分布于评价区表层,由南至北(山前到海边)厚度逐渐减小,山前厚度为1.5～2.5 m,海岸线厚度一般仅0.5 m,甚至缺失；第二层为填土,主要为塘渣、山皮土(含砾砂粉质黏土),分布于厂区、道路和居民区等,厚度一般为0.5～1.5 m,局部大于1.5 m。

包气带是降水入渗补给地下水的通道,也是防止废污水对地下水造成污染的保护层[6]。利用渗水试验测定包气带非饱和松散岩层的渗透系数是地下水环境影响评价中十分重要的一步。本次采用精度较高的双环法渗水试验,共布置4个渗水试验点(S1～S4),试验点土层均为山皮土,渗水试验曲线见图7～10,渗水试验成果见表3。第一层全新世晚期海相粉质黏土的渗透系数参考邻近场地的勘察资料,垂直渗透系数取1.06×10-6cm/s,水平渗透系数取4.03×10-7cm/s。

表3 渗水试验成果

图7 渗水试验曲线(S1点)

图8 渗水试验曲线(S2点)

图9 渗水试验曲线(S3点)

图10 渗水试验曲线(S4点)

4 地下水环境现状监测

4.1 地下水环境问题

由于评价区紧邻海域,地理位置特殊,涨潮时海水倒灌,造成临海区域土质和地下水水质污染。地下水环境问题主要是由于乡镇企业及生活污水排放渗入地下从而对浅层地下潜水造成污染而形成水质恶化的问题。

4.2 污染源调查

评价区地下水污染源主要为工业污染源、农业污染源和生活污染源。

1) 工业污染源:主要为工业废水污染源和固废污染源,污染因子为重金属、酚、氰、COD、氨氮和石油类。工业废水主要来自于石化产业和钢铁产业,固废主要为粉煤灰、脱硫石膏、冶金废渣和炉渣,其中粉煤灰和脱硫石膏主要来自各企业的自备电厂,冶炼废渣主要来自钢铁企业,炉渣主要来自燃煤发电锅炉和各企业加热锅炉。

2) 农业污染源:评价区内以蔬菜生产、花卉苗木种植、养殖业作为农业发展的三大主导产业。蔬菜生产中使用的农药有杀虫剂、杀菌剂、调节剂、除草剂等,施用的化肥主要有氮、磷、钾肥及复合肥、二铵等。农田施肥和畜禽养殖对地下水的污染因子主要为农药、氨氮。

3) 生活污染源:评价区内部分农村生活垃圾分散堆放,部分生活污水随意排放。城镇小区生活垃圾均集中堆放,统一运送并定点处理,生活污水通过污水管道进入定点水处理公司进行处理,主要污染因子为COD、BOD、SS、氨氮。

4.3 水位监测

水位监测点主要为潜水和可能受钢铁项目影响的承压水,共对评价区内19个水文井和1个民用井进行了水位监测,监测井编号为1#～20#,其中16#、17#、18#井为承压水监测井,其余均为潜水监测井。针对评价区的水文地质特征,分平水期、丰水期、枯水期三次对地下水位进行统一监测,各监测井的地下水水位标高见表4。

由表4可以看出,评价区内潜水水位随季节有一定变化,水交替作用较强烈,丰水期较枯水期高0.2～0.8 m；承压水水位较稳定,水交替作用弱,监测期内水位变化幅度均小于0.1 m。

4.4 水质监测

共对评价区内9个潜水水质监测点和2个承压水水质监测点进行取样分析,分平水期、丰水期、枯水期三次取样,共采集水样33组。为了节省篇幅,本文只给出了枯水期的水质检测结果，见表5、表6,其中枯水期采样时间为2015年10月6日。根据枯水期水质监测结果可以看出,氨氮、高锰酸盐指数、氯化物、锰、总溶解性固体和亚硝酸盐氮出现不同程度的超标,其余20项监测值均满足《地下水质量标准(GB/T 14848—1993)》Ⅲ类标准限值要求。