地下水环境影响评价研究<br/>——以抚州市某矿山为例

地下水环境影响评价研究
——以抚州市某矿山为例

2022-02-15封林波

国土与自然资源研究 2022年2期

封林波

（江西省地质调查研究院，江西南昌 330030）

0 引言

地下水功能是指地下水的质和量及其在空间和时间上的变化，对人类社会和环境所产生的作用或效应，主要包括地下水的资源供给功能、生态环境维持功能和地质环境稳定性功能[1]。

本文以抚州市某矿山为例，采用数值法，对研究区进行地下水环境影响预测，预测污染物运移趋势和对地下水环境保护目标的影响，其预测结果可为当地生态环境部门在项目环保验收与环评审批上提供环境保护依据。与此同时针对矿山企业提出了与之相对应的环保措施，减少了企业生产污染物排放，实现经济社会发展与生态环境保护的共赢，为子孙后代留下了可持续发展的“绿色银行”。

1 研究区概况

抚州市位于江西省东部，抚河中下游。抚州市东邻金溪、东乡；南连宜黄、南城；西接崇仁、丰城；北与进贤毗邻，距省会城市南昌市101 km，物产丰富，交通便利，是抚州地区政治、经济、文化教育中心，地区行政公署所在地。研究区属低丘岗地地区，最高海拔标高118.4 m，最低43.3 m，相对高差75.1 m，地势多为平坦。全区属亚热带湿润季节性气候，温暖湿润，四季分明，雨量充沛，分布不均。多年平均气温17.5℃，7～8月份最热，平均气温29.5℃，1、2月份最冷，平均气温5.2℃。年降水量1 642～1 922 mm，局部地方高达2 619.2 mm，全区平均降水量1 735 mm。

2 区域水文地质条件

2.1 地下水类型及含水岩组划分

地下水的赋存条件包括地下水赋存和运移等两个主要方面。前者主要受地层岩性及构造的控制，后者主要受地貌及水文、气象的控制。两者在地下水形成中的作用既有差异，而又互相依存，控制着区内地下水的分布。

区内出露地层为蓟县系高桥组、军岭组，青白口系源里组，白垩系周田组以及第四系全新统，岩浆岩为燕山期花岗岩。根据含水介质的性质及地下水的动力条件，可将区内地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水以及基岩裂隙水三大类型。

2.2 富水等级划分

依据地下水径流模数、泉流量、单井涌水量等数值综合分析，划分确定含水岩组富水性级别。松散岩类孔隙水根据单井涌水量确定富水等级，碎屑岩类裂隙孔隙水与基岩裂隙水的富水等级划分，以径流模数、泉流量、钻孔单井涌水量及所处地貌位置等因素综合评价。

水量贫乏的松散岩类孔隙水：主要分布于研究区南部以及北楼水库一带，含水层岩性由第四系全新统组成，上部为灰黄色粉质粘土、粉砂土，厚0.3～1.0 m；中部为中、粗粒砂，含少量砾石，厚约0.3～1.0 m；下部为砂砾石层，结构松散，厚约0.9～3.5 m。水位埋深1.2～2.63 m，最浅0.75 m，最深3.9 m，单位涌水量0.1～0.43 L/s·m；钻孔资料显示，含水层厚度约4 m，单井涌水量15.9 m3/d，渗透系数1.677 m/d。水质类型为HCO3-Ca+Na型，溶解性总固体为67～158 mg/L，PH值6.4～7.1，总硬度2.4～6.9德国度。

水量贫乏的碎屑岩类裂隙孔隙水：主要分布于研究区南部，含水层岩性由白垩系周田组长石石英砂岩、含钙质粉砂岩等组成，裂隙不发育，风化裂隙深度很小。泉流量＜0.1 L/s的占60%，0.1～0.5 L/s占34.5%，钻孔抽水试验，单位涌水量一般＜0.032 5 L/s·m，单井涌水量100 T/d，属水量贫乏的裂隙孔隙水。水质类型为HCO3-Ca+Na型，溶解性总固体为30～173 mg/L，PH值6.4～6.7，总硬度0.9～5.26德国度。

水量贫乏的基岩裂隙水：广泛分布于区内，地下水赋存于蓟县系高桥组、将军岭组、青白口系源里组变质岩构造裂隙以及燕山期花岗岩风化裂隙当中。泉流量0.013～0.1 L/s，地下水径流模数＜3 L/s·km2。地下水水质类型为HCO3-Ca+Mg型，溶解性总固体为19～156 mg/L，PH值5.5～7.6，总硬度0.31～2.27德国度。

2.3 地下水的补径排条件

松散岩类孔隙水：主要分布在研究区南部山间谷地，呈窄条状分布，地表多为粉质粘土、粉砂，垂向渗透性较好，主要接受大气降水及田水补给，以泉或隐渗形式排泄地表。水交替作用强烈，水位埋藏浅，动态变化受季节与降雨的控制，水位年变幅1.0～2.4 m，地下水近似垂直河流运动，水力坡度0.005 4。

碎屑岩类裂隙孔隙水：分布于研究区南部，岩性由长石石英砂岩、含钙质粉砂岩组成，表部孔隙度较小，易受风化，另大部分含水层被厚度不大的残坡积层覆盖，造成补给条件较差，地下水交替作用缓慢。地下水经大气降水补给后，在一定深度范围内呈顺坡或水平运动，以散流或泉的形式排泄于溪沟部位。

基岩裂隙水：大面积分布于研究区内，主要受大气降水补给，局部有垂向第四系孔隙水及侧向地表水补给，一般而言，地下水分布区既为补给区。地下水径流除断层脉状水较长外，一般顺坡运动，径流途径较短。多在深切沟谷，洼地及构造发育部位以泉及散流形式排泄于地表。

2.4 矿区水文地质条件

矿体出露标高范围40～-370 m，矿区东侧盆地的中央为矿区最低侵蚀面，标高50 m，矿体位于侵蚀面以下。矿区地形有利于排水，大的地表水体较远，但第四系覆盖面积大。未来矿井的直接充水层为基岩弱裂隙水、富水性弱的风化带网状裂隙水、富水性中等的松散岩层孔隙水及地表水等，基岩裂隙由上到下有变小趋势，基岩富水性由浅到深变弱，渗透性微弱，断裂导水性一般，地下水补给条件中等—差，-50 m中段实测矿坑最大涌水量691 m3/d，矿区水文地质条件中等复杂。

3 地下水污染预测

3.1 应用软件

采用地下水模拟软件Visual MODFLOW Flex 4.2进行计算，Visual MODFLOW Flex可进行水流模拟、溶质运移模拟、反应运移模拟，建立三维地层实体，从而可以综合考虑到各种复杂水文地质条件，给模拟者带来极大方便，同时也有效地提高了模拟的仿真度[2]。

3.2 水流数值模型的建立

3.2.1 水文地质概念模型。模拟区范围确定：结合项目所在地的地形地貌及水文地质条件情况，建设项目厂区为岗地地貌，总体北西部区域高，南东部低。根据1：50 000地形图及现场踏勘，围绕拟建场区一个较独立的水文地质单元，适当外扩，北西以梅山岭分水岭为界，南东以红星水库坝为界，确定评价范围约14.54 km2。

水平边界：AB边界、CD边界为定水头排泄边界；BC边界、DA边界为隔水边界。

垂直边界：地下水垂向补给包括大气降水入渗补给、灌溉回渗补给及河流渗漏补给；地下水排泄为人工开采。研究区附近为垂直补给重点区域。

含水层结构特征：根据实地调查与收集修编的ZK1603钻孔资料显示，在钻孔孔位及深度控制范围内，矿区内岩性为第四系残坡积层、蓟县系将军岭组变质岩与燕山晚期二长花岗岩，自下而上可分为4层，分别为千枚状凝灰质石英杂砂岩、绢云千枚岩、碎裂二长花岗岩、第四系残坡积层。

水文地质参数：本次模型水文地质参数使用综合抽水试验、渗水实验、室内渗透试验等给定初始值。通过模型模拟调试，最终获得模拟所需的水文地质参数。综上所述，模拟区地下水系统的概念模型可概化成非均质各向同性、空间三维结构、非稳定流潜水地下水系统[2-4]。

3.2.2 模型识别与参数确定。模拟流场及初始条件：以2020年1月8日（枯水期）地下水流场作为初始流场，见图1，并通过反复调参对枯水期观测流场与初始模拟流场进行拟合校正。

图1 地下水初始流场图

模拟区剖分：模拟区网格剖分单元格47 m×47 m，厂址区单元格细化为11.75 m×11.75 m。

模拟时期为2020年1月8日-2020年6月10日。每个时间段内包括若干时间步长，时间步长由模型自动控制，严格控制每次迭代的误差[5]。确定模型含水层水文地质参数：A区水平渗透系数1.677 m/d；B区水平渗透系数1.80 m/d。

3.3 预测模型的建立

3.3.1 地下水水流的预测。预测模型的降雨入渗量、补给量、灌溉回渗量采用现状年的资料，进行了100 d、365 d、1 000 d和3 650 d四个时间段的地下水水流预测。

3.3.2 污染物迁移的预测。根据研究区水文地质条件特征，对污染物运移弥散参数进行识别，识别后的横向弥散系数为2 m2/d，纵向弥散系数为10 m2/d[6]。地下水污染预测情景设定条件如下：

正常工况下。拟建项目建设按照《危险废物贮存污染控制标准》（GB 18597）、《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599）等相关规范的要求进行防渗处理，各生产环节按照设计参数运行，地下水可能的污染来源为各管线、废水池等跑冒漏滴。正常工况下废水不会渗漏进入地下造成污染。因此，本次模拟预测情景主要针对非正常工况。

非正常工况下。主要指车间或仓库硬化面出现破损，污水管线或污水收集处理池底部因腐蚀等其它原因出现漏洞等情景。

预测主要针对持续非正常状况或事故状况下对地下水的影响进行。非正常情况下，浮选回水池及污水处理站防渗层发生破坏，导致污水渗入地下影响地下水水质。

非正常工况情景下，浮选回水池因系统老化或腐蚀发生泄漏，CODmn的浓度为35 mg/L，Cu的浓度为65.5 mg/L，Pb的浓度为5.66 mg/L，Cd的浓度为0.055 mg/L；污水处理站因系统老化或腐蚀发生泄漏，CODmn的浓度为6.939 mg/L，Cu的浓度为2.516 mg/L，Pb的浓度为1.129 mg/L，Cd的浓度为0.032 mg/L。泄漏为持续性点源污染，假设泄漏一个月后发现泄漏，再过一个月泄漏点被修复，即污染源持续泄漏60 d后，污染源被修复，之后无污染。正常状况下，渗漏量应根据《给谁排水构筑物工程施工及验收规范》（GB50141-2008）中5.1.3条规定，钢筋混泥土水池渗水量不得超过2 L/m2·d，非正常工况下的渗漏量为正常状况下的10倍，为20 L/m2·d。根据《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）中的Ⅲ类标准限值作为界定污染物浓度标准，设定CODmn浓度大于3 mg/L、Cu浓度大于1.0 mg/L、Pb浓度大于0.01 mg/L、Cd浓度大于0.005 mg/L为受污染区域。

浮选回水池规格为10 m×10 m×3 m，污水处理站规格为10 m×10 m×4 m，设施下部均分布有素填土和强风化花岗闪长岩，透水性一般。泄露面积按0.1%计，项目污水渗漏速率为20 L/m2·d×10-3=0.02 m/m2·d=20 mm/d，计算出浮选回水池、污水处理站各污染物渗漏量，见表1。

表1 浮选回水池、污水处理站各污染物泄漏量

3.4 场地地下水环境影响预测

3.4.1 拟建浮选回水池发生泄漏COD污染。若非正常工况，拟建浮选回水池发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的COD污染物，超标范围398.5 m2，最大超标距离8.4 m；泄漏发生365 d～3 650 d，含水层污染物均未超标。

3.4.2 拟建浮选回水池发生泄漏Cu污染。若非正常工况，拟建浮选回水池发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Cu污染物，超标范围4 767.7 m2，最大超标距离42.6 m；泄漏发生365 d后，地下水中的Cu污染物，超标范围7 450.6 m2，最大超标距离103.7 m；泄漏发生1 000 d后，地下水中的Cu污染物，超标范围2 466.6 m2，最大超标距离104.1 m；泄漏发生3 650 d，含水层污染物均未超标。

3.4.3 拟建浮选回水池发生泄漏Pb污染。若非正常工况，拟建浮选回水池发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Pb污染物，超标范围10 011.8 m2，最大超标距离81.4 m；泄漏发生365 d后，含水层污染物超标范围17 731.7 m2，最大超标距离170.4 m；泄漏发生1 000 d后，超标范围23 967.5 m2，最大超标距离204.7 m；泄漏发生3 650 d，超标范围22 999.8 m2，最大超标距离446.5 m。

3.4.4 拟建浮选回水池发生泄漏Cd污染。若非正常工况，拟建浮选回水池发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Cd污染物，超标范围83.6 m2，最大超标距离3.4 m；泄漏发生365 d后和3 650 d后，地下水中的Cd污染物均未超标。

3.4.5 拟建污水处理站发生泄漏COD污染。若非正常工况，拟建污水处理站发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的COD污染物，超标范围385.9 m2，最大超标距离0 m；泄漏发生365 d～3 650 d，含水层污染物均未超标。

3.4.6 拟建污水处理站发生泄漏Cu污染。若非正常工况，拟建污水处理站发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Cu污染物，超标范围983.7 m2，最大超标距离0 m；泄漏发生365 d～3 650 d，含水层污染物均未超标。

3.4.7 拟建污水处理站发生泄漏Pb污染。若非正常工况，拟建污水处理站发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Pb污染物，超标范围18 077.6 m2，最大超标距离47.3 m；泄漏发生365 d后，含水层污染物超标范围35 996.3 m2，最大超标距离145.1 m；泄漏发生1 000 d后，含水层污染物超标范围61 510.3 m2，最大超标距离217.6 m；泄漏发生3 650 d后，含水层污染物超标范围130 840.5 m2，最大超标距离557.7 m。3.4.8拟建污水处理站发生泄漏Cd污染。若非正常工况，拟建污水处理站发生泄漏，则预测结果表明，泄漏发生100 d后，地下水中的Cd污染物，超标范围6 859.3 m2，最大超标距离17.9 m；泄漏发生365 d后，含水层污染物超标范围4 938.8 m2，最大超标距离44.4 m；泄漏发生1 000 d～3 650 d，含水层污染物均未超标。