贵州黔中片区犀牛洞地下河系统地下水污染评价及污染途径研究

胡暑月，王若帆，江 峰，焦 恒

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义563000）

贵州省开阳县位于黔中经济区，是贵州省磷矿的主要输出地之一。磷矿山、磷化工、磷石膏堆场集中分布，区内地下水污染较为严重。特别是碳酸盐岩广泛分布区，人类对地下水源的需求与日渐严重的地下水污染之间的矛盾加剧。因此研究区内地下水污染现状及污染途径是十分迫切的，也是十分必要的。

前人对区内洋水背斜金中片区做了大量的研究[5-9]，但对洋水背斜南东翼一带研究程度低。本次以开阳县双流镇南侧一带光洞河流域中的犀牛洞地下河系统为研究对象，通过水文地质环境地质调查，采集不同季节、不同含水层及地表水样品，针对污染源的特征污染指标研究区内地下水污染现状，从水文地质条件研究地下水污染途径，为区内地下水污染治理提供依据。

1 系统概况[1]

1.1 地质概况

系统内总体地势北高南低，地貌类型为峰丛沟谷、侵蚀低中山沟谷，地形起伏较小，相对高差50～150m，沟谷多呈南北向展布。系统西侧、北侧及东侧均以地表分水岭为界，北东侧以寒武系第三统高台组（∈3g）顶界为界，南侧以光洞河最低排泄基准面为界。系统内出露地层包括：震旦系上统灯影组（Pt33b∈1dy）、寒武系纽芬兰统至第二统牛蹄塘组（∈1-2n）、第二统明心寺组（∈2m）、金顶山组（∈2j）、清虚洞组（∈2q）、第三统高台组（∈3g）、石冷水组（∈3sh）、第三统至芙蓉统娄山关组（∈3-4O1l）。地质构造主要有，位于系统北西侧一带的北东向洋水背斜及北东向鬼门关断层，此外发育有走向NEE、SE向大型节理。

1.2 水文地质特征

根据碳酸盐岩含量，将系统内含水岩组划分为纯碳酸盐岩含水岩组（碳酸盐岩占70%以上）、碳酸盐岩与碎屑岩互层含水岩组（碳酸盐岩占30%～70%）及碎屑岩含水岩组，具体划分见表1。

表1 碳酸盐岩含水岩组划分及含水介质组合类型一览表

系统上游一带（K306号伏流入口以上），地下水主要接受大气降水沿节理、裂隙入渗补给，受地形展布及北东、南东向大型节理控制，地下水总体由北向南径流，由斜坡向沟谷中径流，受沟谷切割以岩溶下降泉的形式排泄于地表。

系统下游一带地下水以接受北西、北侧一带大气降水汇流成地表溪沟经K304号落水洞、K306号伏流入口转为地下径流补给为主，此外接收大气降水沿节理、裂隙、溶孔、溶隙呈面状入渗补给为辅，地下水受地形展布方向及南西向大型节理控制，总体由北向南沿地下河管道径流，受北西—南东向沟谷切割及寒武系第二统金顶山组（∈2j）泥岩阻隔，以地下河出口（S2203）的形式于羊昌幅光洞河北岸犀牛洞一带排泄于地表（图1）。偶测流量为1100L/s，地下河管道长约1.8km，地下河出口（S2203）与伏流入口（K306）相对高差118m，水力坡度6.56%。系统内地下水流速较快，循环交替作用强，具快补快排特征。

1.3 污染源类型及分布

系统内污染源主要包括：磷化工企业（H155）、磷石膏堆场（H150）、养殖场（H152）、村寨（凉水井村）。其中：磷化工企业、磷石膏堆场、村寨处于地下河系统的东侧补给区，养殖场位于地下河系统西侧碎屑岩分布（图1）。

2 采样与测试

系统内天然水点共计14个，在调查过程中采用手持便携式水质检测仪，现场对泉点的TDS、pH值、电导率、溶解氧进行测定；其次完成系统内全分析样品采集与测试共计16组（其中：S681号岩溶下降泉每月进行采集与测试共计8组，其他泉点枯、丰季各1组），采样点见图1。

图1 犀牛洞地下河系统水文地质略图

3 地下水污染评价

3.1 评价方法[4]

采用2014年环境保护部环境规划院、中国科学研究院及中国地质大学等九家科研院所编制提交的《地下水环境状况调查评价工作指南（试行）》中的污染指数Pki法进行污染评价。

式中：Pki——代表k水样i指标的污染指数；

Cki——k水样i指标的测试结果，mg/L；

C0——代表k水样化学组分i指标的起始值，有机组分等原生地下水中含量微弱的组分起始值按零计算；

CIII——《地下水质量标准》（GB/T 14848）Ⅲ类水标准限值。

3.2 评价指标[4]

参照《地下水环境状况调查评价工作指南（试行）》结合工作区实际情况，将污染指标等级划分为六个等级，见表2。

表2 工作区污染等级划分一览表

3.3 污染起始值确定

3.3.1 确定方法

岩溶水环境背景值（污染起始值）是确定岩溶水污染程度的主要参数，也是岩溶水水质评价的基础[]。本次污染起始值采用数理统计法[2-3]，公式如下：

式中：X——地下水污染起始值；

n——参与起始值计算的样本数；

Xi——实际检测值；

S——标准偏差。

上述污染起始值计算方法计算的是一个背景值范围，但是当运用污染指数Pki法进行污染评估时，需要选定一个特定的起始值进行计算，若用最小值进行污染评估，可能会造成多数调查的补给区没有污染源的水点其评估结果为受到轻微污染，这与实际调查情况不符，故本报告采用最大污染起始值进行评估（即平均值加标准偏差）。

3.3.2 各含水层地下水污染起始值

系统内含水层位为寒武系第二统清虚洞组（∈2q）白云岩、灰岩，第三统高台组（∈3g）、石冷水组（∈3sh）及第三统至芙蓉统娄山关组（∈3-4O1l）白云岩，选取系统内外未受污染的天然水点及钻孔作为背景值计算点。特征指标包括：总磷（TP）、氟化物（F-）、硫酸盐（SO42-）、氯离子（Cl-）、钠离子（Na+）、溶解性总固体（TDS）、氨氮（NH4+）、硝酸盐（NO3-）、亚硝酸盐（NO2-）、锰（Mn）、耗氧量（CODMn）及总硬度共11项。见表3。

表3 犀牛洞地下河系统灯影组含水岩组地下水污染起始值统计表（mg/L）

3.4 地下水污染程度评价

将系统内各含水岩组所采样品检测值特征指标按式（1）计算其Pki值，再根据计算的Pki值与表2中的值进行对比，评价其污染程度，评价结果见表4。

表4 犀牛洞地下河系统地下水污染程度评价一览表

总体来看，系统内地下水呈不同程度的污染（图2）。

图2 犀牛洞地下河系统污染程度评价分区图

（1）S681号岩溶下降泉泉域范围内地下水受污染，污染程度为极重污染，污染特征指标为总磷（TP），从特征污染物及水文地质条件分析，污染源为磷石膏堆场及工矿企业废水，西侧污染边界以高台组顶界为界，南侧至分水岭一带；

（2）系统南东侧、南侧污染程度为中度污染，特征指标为耗氧量、硝酸盐，从特征指标及水文地质条件分析，这些区域内天然水点距离村寨较近，推测为生活污水污染；

（3）系统北侧、北西侧区域，未见大型工矿企业分布，仅零星分布有养殖场，且位于碎屑岩地区，村寨分布稀少，人为工程活动弱，地下水基本未受污染或污染程度低。

4 污染途径

系统内污染途径分为渗漏入渗和直接排入两种方式。

4.1 渗漏入渗

主要处于谷旺磷石膏堆场（H150）一带，堆场处于寒武系第三统石冷水组（∈3sh）及第三统至芙蓉统娄山关组（∈3-4O1l）白云岩含水岩组中，含水介质以溶孔—溶隙为主，系统内地下水总体由北向南径流。该堆场服役年限过长，坝基及防渗膜老化，暴雨季节堆场中渗滤液混合雨水沿坝基渗出或沿坝基底部通过节理、裂隙、溶孔、溶隙入渗补给地下水，造成堆场及南侧片区地下水受到污染（图3）。

图3 犀牛洞地下河系统渗漏入渗污染途径示意图

4.2 直接排入

堆场片区磷石膏堆场发生过底板坍塌事故，后期进行过处理，采用涵洞及管道的方式将坍塌处的渗滤液引至下游收集池再回抽至渗滤液池中，统一抽至厂区处理。但是在暴雨季节，渗漏处的流量暴增，收集池容量有限且存在渗漏，水泵回抽能力有限，造成涵洞、收集池中的渗滤液直接排入地表溪沟中；厂区目前停产整顿，但回抽至厂区的渗滤液仍在处理，通过多期采样处理后排放的废水各特征指标未达标，排污口的废水沿冲沟汇入地表水中，此外流经区域废水沿节理裂隙入渗，污染该区地下水（图4）。

图4 犀牛洞地下河系统直接排入式污染途径示意图

5 结语

（1）系统内磷石膏堆场、磷化工企业下游片区寒武系第三统石冷水组白云岩含水岩组中地下水污染程度极重，特征污染物主要为总磷（TP），特征指标指示污染源为磷石膏堆场及磷化工企业；其他监测井及泉水点主要为耗氧量、硝酸盐，特征指标指示污染源为生活污水污染。

（2）通过调查分析，系统内地下水污染途径主要为渗漏入渗和直接排入，污染通道多为溶孔、溶隙。

（3）本文水质检测数据为2019年枯丰季数据，为系统内最新的数据，其中S681号受污染泉点水质数据监测频率为每月一次，数据来源可靠，可代表系统内现状条件下水质质量。