夹岩水利枢纽工程隧洞施工期地下水监测、处理及补偿

2020-10-20杨路通易吉林张贺

水利水电快报 2020年9期

杨路通易吉林张贺

摘要：夹岩水利枢纽工程地处贵州喀斯特发育地区，包含水源枢纽工程和输水工程两大部分，隧洞施工会遇到地下水处理问题，且容易对沿线居民生活用水造成影响。介绍了夹岩工程输水区隧洞施工期地下水监测、废污水处理措施及对居民饮用水影响补偿，分析了隧洞施工图阶段对比初步设计阶段隧洞地下水处理投资变化原因，提出了加强涌水及废污水处理监测等建议，可为类似工程隧洞施工地下水处理提供参考。

关键词：水工隧洞;地下水监测;废污水处理;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：X832文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.015

Abstract：The Jiayan Hydro-complex Project is located in karst area of Guizhou Province. The project consists of water source project and water conveyance project. There were problems in the groundwater treatment during the tunnel construction， which would affect the drinking water of residents along the line. The groundwater monitoring， wastewater treatment measures and compensation for impact of drinking water during tunnel construction period in the water diversion area were introduced. The reasons for the changes of groundwater treatment investment in the tunnel construction drawing stage were analyzed comparing with the investment in the preliminary design stage. The suggestions such as enhancing water gushing and wastewater treatment monitoring were put forward， which can provide a reference for similar projects.

Key words：hydraulic tunnel; groundwater monitoring; wastewater treatment; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

夾岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩工程”）涉及贵州省毕节、遵义两个地级市共10个区县，初步设计批复建设工期66个月。在施工图阶段，随着隧洞工程施工，隧洞涌水排放对环境产生不利影响，隧洞施工影响周边居民点饮用水。此时对区域地下水水位、流量、水质等进行监测，监控隧洞涌水水量、水质情况，监测及检查隧洞废污水处理措施效果，评价补偿工程施工对周边水体及居民点饮用水的影响程度非常必要。

1 工程概况

夹岩工程输水部分主要由毕大供水工程、灌区骨干输水工程组成。毕大供水工程由取水隧洞、提水泵站、提水压力管道，王家坝输水隧洞和输水管道5个部分组成。灌区骨干输水工程由总干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管线、支渠，以及灌区骨干泵站等组成。毕大提水线路和灌区输水线路干渠总长317.781 km，其中隧洞135.582 km（56座），单个隧洞长度大于1km的有14座，见表1。输水隧洞均为无压隧洞，除毕大供水工程布置的王家坝输水隧洞、北干渠（附廓前）隧洞和南干渠隧洞为圆形断面外，其他均采用城门洞型，为承受抗外水压稳定，深埋长隧洞全断面采用C25钢筋混凝土衬砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩厚度分别为0.4，0.4 m和0.5 m，过水断面的形状和尺寸沿程不变。

2014年7月，设计单位编制完成了《贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程地下水环境影响评价报告》，报告中对夹岩工程地下水环境现状进行了调查与评价，对工程对地下水环境影响进行预测评价，初步分析了隧洞施工涌水量以及对洞顶居民饮用水的影响，并提出相应处理措施，同时考虑进行施工期地下水监测。随着隧洞工程施工，发现隧洞涌水量以及对洞顶居民饮用水的影响较前期预测均有一定变化。

2 隧洞施工期地下水监测

隧洞施工期地下水监测旨在调查和监测施工生产、生活废污水排放状况;监督和检查废污水处理设施运转情况及处理后的废污水达标排放情况。对工程施工影响河道、水库水质进行常规地表水使用功能的监测，以分析和评价施工废污水对地下水的影响;对周边居民点生活饮用水进行常规监测，确保饮用水的供水安全。

2.1 招标阶段施工期监测计划

根据项目施工期废污水产生情况及可能影响到的地下水范围，考虑对地下水水位、水量、水质进行监测，招标阶段施工期废污水及水环境监测计划见表2。

2.2 地下水监测工作开展情况

根据工程施工进展情况，夹岩工程环保监测单位于2016～2019年共开展了8期施工期地下水环境质量监测工作。主要对工程施工可能影响井泉、隧洞涌水进行监测。

（1）监测项目。①常规监测因子：水量、水位（出露高程）、pH值、氨氮、硝酸盐氮、粪大肠菌群、溶解性固体、总硬度、高锰酸盐指数[1];②特征监测因子：COD、悬浮物、石油类、硝基苯;③煤系地层涌水特征监测因子：Fe、Mn、砷。

（2）监测频次。连续监测2 d，每天监测1次。

（3）监测点。根据施工进展及隧洞涌水、处理情况，每期对监测点都进行了调整。

2.3 监测结果

2018年和2019年地下水监测超标情况较2016 年和2017年严重，主要因子是pH值、高锰酸盐指数。总体来说，施工期地下水监测为监控隧洞涌水水量、水质情况，监测及检查隧洞废污水处理措施效果，以及评价工程施工对周边水体及居民点饮用水水质的影响程度等方面，提供了一定的基础资料，基本达到了预期效果。

3 隧洞施工期地下水处理

3.1 施工期实际涌水情况

工程施工过程中，对部分长隧洞进行了超前预报及处理预案，预测涌水量大的洞段，事先采取泄压或超前封闭等措施，将每小时涌水量控制在0.33 m3/s以内。当涌水量较大，抽排费用过高，则对主要涌水点（段）进行强制封堵。在施工期间，各隧洞实际涌水量与初设阶段通过地质专业手段及现场调研的预测成果对比分析，施工过程中实际产生涌水量相对较大的隧洞变化不大，详见表3。

3.2 隧洞涌水处理措施

隧洞废污水属于悬浮物浓度高的无机中性废污水，因此采用技术成熟、处理效果稳定可靠的处理工艺，即“预沉调节池+絮凝混合池+沉淀池+污泥池”的组合处理工艺。

沉砂是将废污水中含有的大量砂粒和土粒沉降分离去除的过程[2]。如果不预先沉砂，会影响后续处理设备的运行，最常见的是磨损水泵、堵塞管网。沉砂池主要用于去除废污水中粒径大于 0.2 mm，密度大于 2.65 t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设备免受磨损和阻塞。

絮凝沉淀是颗粒物在水中絮凝沉淀的过程[3]。在水中投加混凝剂后，其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体且在沉降过程中，互相碰撞凝聚，尺寸和质量不断变大，沉速不断增加。悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度，而且与沉淀深度有关。地面水中投加混凝剂后形成的矾花，生活污水中的有机悬浮物，活性污泥在沉淀过程中都会出现絮凝沉淀的现象。

隧洞废污水处理流程见图1。

（1）用管道将隧洞废污水引至预沉池，进行初步沉砂。

（2）絮凝剂应先溶于自来水后，由计量泵抽至管道混合器，经初沉后的隧洞废污水引至管道混合器，与絮凝溶液混合。

（3）隧洞废污水与絮凝液在絮凝混合池充分混合后，进入沉淀池沉淀，上层清水排放或回用，絮凝混合池污泥采用吸泥泵吸至沉淀池，与其沉积污泥一同采用桥式吸泥机抽至污泥池。

（4）污泥池上层清水排放或回用，施工单位应根据泥沙淤积程度安排清淤频次（不超过2 d清理一次）。下层污泥干化后清运至渣场填埋。

3.3 隧洞涌水处理实施效果

根据地下水监测结果，2018年和2019 年部分标段隧洞處理设施出口水质超标，主要因子为 pH 值和高锰酸盐指数。超标原因包括：① 2018 年来，隧洞工程大部分已贯通，隧洞进行底板清理和衬砌过程中施工管理不当导致水质变差;②部分施工单位已按设计方案修建洞室废污水处理设施，但并未按照设计方案要求对处理设施进行运行维护管理，未按时向处理设施投加药剂和及时清淤，导致达不到处理效果。

4 隧洞施工期对居民点饮用水影响及补偿

4.1 影响分析

隧洞施工对地下水环境造成影响，主要是通过改变赋存地下水的地质环境，从而改变影响范围内地下水天然补径排条件，使地下水以隧洞为中心构成新的汇势，在隧洞排水影响范围内形成新的地下水循环系统，进而改变影响区地下水的分布格局。由于区域内地表水与地下水往往有较密切的水力联系，地下水常以泉水形式溢出地表，沟谷基流的一部分也是地下水的再现，因此，当地下水环境发生改变，造成隧洞所在山体地下水位下降、地下水资源流失时，在地表表现形式即是泉水、井水消失或流量减少以及沟渠水、地表水体水资源枯竭。特别是在隧洞穿越岩溶区时，一旦挖断地下水的连通管道，或穿越岩溶区强含水层及地下水暗河，施工过程中则易引起涌水，从而导致隧洞所在山体地下水大幅漏失[4]。

4.2补偿措施

根据地下水水位变化影响地下水用户程度及居民点规模，采取替代水源建设、发放补偿费用的措施。

（1）对于较集中的居民点工程建设导致水量减小、甚至干涸的，修建替代水源，类比贵州省同规模农村供水工程，建设费用约1 000 元/人。

（2）对于其余较分散的受影响的居民点，影响泉水的流量减小，采取发放补偿费用的措施。贵州省农村居民生活用水量标准为 75 L/（人·d），水价按5元/m3，施工期按5 a计，补偿标准为 684.3元/人。

工程施工过程中，参建单位、当地政府部门与受影响居民积极沟通，对隧洞可能造成影响的各居民点建立动态监测点进行监控，并按照相关要求实施恢复重建及临时补偿等措施。目前受影响居民点已基本恢复正常供水。

5 结论与建议

5.1 结论

根据统计，隧洞涌水处理及居民点饮用水处理较初步设计阶段投资均有增加[5]，经分析主要有以下几方面原因：

（1）施工图阶段考虑处理隧洞涌水量为 1.09 m3/s，较初设阶段（0.151 m3/s）增加了0.94 m3/s;

（2）施工图阶段考虑采取措施的隧洞涌水点数量 19个，较初设阶段（9个）增加了10个; 同时考虑了排水区域敏感性，如经过农田、排至饮用水源等;

（3）隧洞废污水处理措施采用预沉调节池+絮凝混合池+沉淀池+污泥池，或者一体化设备，较初设阶段（沉淀池）工艺较复杂，处理效果要求高;

（4）永久影响影响居民点较分散，较初设阶段增加16个受影响居民点，临时影响人数增加了5 660人，且考虑了恢复重建措施建成使用前的相关过渡措施、补偿费用。