尾矿填埋场水文地质特征研究

王承刚，肖 潇，纪智慧，刘向荣

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

某历史遗留锌镉尾矿位于湖南省张家界市，目前露天堆放，未依据《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB 18599—2020）进行污染控制和规范环境管理，现场只用塑料薄膜覆盖，无截水措施、防渗措施和拦渣坝，导致含重金属渗滤液泄漏，污染地下水环境。为改善周边环境，加强自然生态保护，拟选址安全填埋尾矿[1-3]。因此，填埋场建设前需要落实水文地质调查，开展野外调查和室外试验，通过前人成果和野外资料整合分析，明确研究区的水文地质条件，指导后续地下水环境保护工作[4-6]。

1 区域地质概况

湖南省张家界市属亚热带季风气候区，春暖多雨，夏季干热，秋高气爽，冬季寒冷，四季分明。春夏多暴雨，7—9月常有伏旱、秋旱现象。研究区属澧水流域，陈家溪为澧水南岸一级支流，总体呈南北向流经研究区，于周家坊汇入澧水。

研究区总体地势西北高，东南低，拟建填埋场位于构造剥蚀丘陵的山间谷地。地层由老到新包括震旦系灯影组（Z2d）、寒武系牛蹄塘组（∈1n）和石牌组（∈1s），奥陶系桐梓组（O1t）、红花园组（O1h）和大湾组（O2d），志留系马溪组（S1l）以及第四系白水江组（Qpbs）。填埋场范围内无明显地质构造活动。

2 含水岩组

按含水层性质及埋藏条件，研究区地下水主要分为4种。一是赋存于人工填土和第四系上层中的包气带水，二是赋存于第四系卵石、砂砾石中的潜水，三是赋存于风化基岩层中的基岩裂隙水，四是赋存于碳酸盐岩中的岩溶水。研究区丰水期与枯水期地下水等水位线图如图1所示。

图1 研究区丰水期与枯水期地下水等水位线图

研究区地下水主要受地表水下渗补给，在人类活动区同时接受生活排水补给，水位不稳定。研究区包气带水一般位于地面以下0.4～3.5 m。地下水水质极易受到人类活动影响。

潜水主要赋存于第四系白水江组卵石和砂砾石中，主要接受大气降水补给，澧水及陈家溪在丰水期部分时间段补给两岸潜水层，稻田区还存在灌溉用水的入渗补给。勘察期间测得潜水稳定水位埋深介于0.50～5.88 m。潜水地下水位变化幅度一般为2～4 m。

基岩裂隙水含水层主要受大气降水补给及其他地层含水层侧向补给，其水位、水量大小和径流补给受裂隙的发育程度、连通性以及区域构造的影响，且基岩多上覆全风化残破积层，渗透系数小，地下水水量较小。地下水多沿接触面流动。

碳酸盐岩岩溶水含水层主要受大气降水补给及其他地层含水层侧向补给。地下水流量受岩溶发育影响明显，其中，奥陶系桐梓组岩溶发育强烈，岩溶水多为管道流径流，以地下河出口形式排泄，水量丰富；其他地层岩溶水多为裂隙流，以下降泉形式排泄于地表，水量中等。

3 地层渗透性

3.1 黏土层渗水试验

在拟建填埋场内选取2处包气带粉质黏土试验点，使用双环法进行渗水试验。包气带渗透系数的计算公式为：

式中：K为渗透系数，m/d；Q为稳定渗水量，m3/d；L为试验时间段内水由试坑底向土层渗透的深度，m；F为试坑（内环）渗水面积，m2；Hk为毛细压力水头（一般等于毛细上升高度的一半），m；Z为试坑内水层厚度，取0.1 m。

渗水试验结果如表1所示。粉质黏土层的渗透系数为0.073～0.137 m/d，渗透性等级为弱透水，防污能力较好。

表1 试坑渗水试验结果

3.2 卵石层抽水试验

利用钻孔ZK12和ZK13对卵石层进行抽水试验，具体要求参照《供水水文地质勘察规范》（GB 50027—2001），采用单孔浅水非完整井抽水试验公式计算渗透系数。具体公式为：

式中：K为渗透系数，m/d；Q为钻孔涌水量，m3/d；S为水位降深，m；r为抽水孔半径，m；L为过滤器长度，m。

抽水试验结果如表2所示。卵石层的渗透系数为32.92～51.58 m/d，渗透性等级为强透水，渗滤液泄漏至卵石层后快速向周边扩散迁移，环境污染风险较大。抽水降深历时曲线如图2所示。

表2 抽水试验结果

图2 抽水降深历时曲线

4 项目实施对地下水环境的影响

根据调查工作及《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ 610—2016），研究区污染控制难易程度为易，天然包气带防污性能分级为弱，下伏基岩裂隙水防污性能分级为强，其属一般防渗区。考虑场地下伏基岩层位页岩，中风化层渗透性小，可作为相对隔水层，建议防渗措施以水平防渗为主，重点防止陈家溪及两岸受到污染，同时部署垂直防渗措施，充分利用场地现有基础条件。可设置水位、水质监测点，按《地下水环境监测技术规范》（HJ 164—2020）要求进行分时监测。从频率来看，水位观测考虑丰水期和枯水期，水质监测仅考虑枯水期。

5 结论

拟建填埋场的地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。填埋场松散岩类孔隙水主要接受大气降水入渗补给，基岩裂隙水接受大气降水入渗补给及区外基岩裂隙水和震旦系岩溶水的侧向补给。通过双环试坑渗水试验可知，填埋场粉质黏土层的渗透系数为0.073～0.137 m/d，渗透性等级为弱透水，防污能力较好。考虑场地下伏基岩层位页岩，中风化层渗透性小，可作为相对隔水层，建议防渗措施以水平防渗为主，同时部署垂直防渗措施。