岩溶区新建养猪场对地下水环境的影响<br/>——以清镇卫城生猪养殖场为例

岩溶区新建养猪场对地下水环境的影响
——以清镇卫城生猪养殖场为例

2022-10-31贵州省地质调查院陈祥娥

区域治理 2022年37期

贵州省地质调查院陈祥娥

养猪废水污染物成分复杂并含大量致病病菌，若误被人饮用，会对人体健康造成危害。正常情况下，养猪场具有防渗及渗滤液收集处理设施，并对生产污水排放的水质有严格的排放标准，一般不会对周边地下水环境造成不良影响。但在实际生产过程中，会不可避免发生跑、冒、滴、漏等泄漏事故，从而污染地下水环境，尤其是在非正常情况下，废水会渗入地下引发水污染事件。地下水污染具有隐蔽性、滞后性，受污染后不易被及时发现，且难以修复和治理。根据预测结果，应在事故发生之前采取防范措施，防患于未然。

一、工程概况

清镇市卫城生猪养殖场占地面积143亩，总建筑面积33257 m2，可容纳年存栏生猪29000头，出栏生猪58000头。该生猪养殖场所处的地区夏季雨水较多，若生猪的排泄物处理不好，被雨水冲入水体中，将对地下水造成污染。

二、水文地质条件

研究区位于清镇市卫城镇大化腊村，东经106°16′37.8″，北纬26°44′33.2″，地处贵州西部一级高原面威宁、赫章一带向黔中遵义、贵阳一带二级夷平面过渡的斜坡地带，受区内跳登河侵蚀切割的影响，最高海拔1298m，最低海拔1138.5m，最大相对高差为159.5m，一般相对高差50m至100m，整体地势南西高、北东低，地形坡度较陡，多为15°至35°，地貌类型以溶蚀峰丛洼地、溶蚀峰丛槽谷等为主，局部为侵蚀沟谷地貌。气候属亚热带季风温和湿润气候，年均降雨量1181mm，年均气温14℃。区内地表水系不发育，河网密度较低，河流较少，区域上发育较大且易受项目区影响的河流有两条，分别为西边约12km处的鸭甸河和北东边研究区边界处的跳登河，鸭甸河和跳登河最终都汇入鸭池河，均属长江流域乌江水系。

区内断层构造发育，其中以NE向断层发育为主，其次为近SN向，少量为近EW向。受断层构造影响，区内岩层主要发育走向NE和NW两组“X”型节理，沿着两组节理方向碳酸盐岩多溶蚀呈裂隙、管道、槽谷等，为系统内地下水的运移和赋存提供了有利条件。地层发育主要为三叠系（T）碳酸盐岩地层，碳酸盐岩出露面积90%以上，碎屑岩仅零星分布，不呈规模，碳酸盐岩沉积厚度较厚，自第三纪以来长期处于热带、亚热带气候条件下，给岩溶发育创造了良好的气候条件，区域上岩溶地貌广泛发育，形态千姿万态，其中最典型的是高耸林立的峰丛、低矮的溶丘、星罗棋布的洼地与落水洞等。场区地下水主要赋存于三叠系中统杨柳井组（T2y）和中下统嘉陵江组（T1-2j）岩层中，主要岩性为灰岩、白云岩，地下水埋藏较深，含水介质为裂隙、孔隙、溶孔等，地下水富水性较强。

三、地下水环境影响预测

结合实地调查和水质监测等资料，综合分析研究区水文地质条件和地下水环境质量现状，依据养猪场的实际情况，针对各个生产时期场区地下水环境可能受到的不良影响及危害，开展预测评价工作，并提出相应的监管防治对策，从而达到保障地下水环境长期安全的目的。

（一）预测范围及内容

1.预测范围

结合项目区周边及区域内的地形地貌、地表水文网、地层构造等基础水文地质条件，以及附近地下水环境保护目标的分布等概况，确定了本次预测范围边界，总面积24km2。

2.预测内容

对养猪场建设、建成生产运行和服务期满关停后对场区及附近地下水水质、河流水质的影响等进行预测评价。

（二）预测时段

综合研究分析后发现，养猪场建设和服务期满关停后对地下水环境的影响微弱且可控，而建成生产运行阶段的不利影响因素较多，情况比较复杂，因此，主要污染产生于运营期，本次评价预测时段选取污染发生后的10d、30d、60d、100d、1000d 及20年（7300d）。

（三）情景设定

正常情况下，地下水可能的污染来源于少量的冒滴漏，但在采取严格的防渗、防溢流、防泄漏、防腐蚀等预防措施后下，污水不会渗漏到地下，对地下水的影响很小，即使有污水泄漏，也能及时采取措施控制污水的漫流渗漏。

非正常情况下，场区地下水环境保护措施因各种原因起不到保护作用，或者保护效果不理想，导致养猪场的污水处理站废水池底部出现破损，较长时间内废水通过裂口渗入地下，影响地下水环境安全。

（四）预测因子

养猪废水污染物成分复杂并含有大量致病病菌，主要成分除氮（N）、磷（P）以外，还包括铜（Cu）、锌（Zn）等重金属元素，此次选择氨氮（NH4+）、铜（Cu）及COD等3项污染物进行预测。

（五）预测源强

非正常情况下，按照防渗层底部发生破损且失去防渗功能的情况，预测污染物渗漏对地下水的影响。（见表1）

表1 预测源强表

（六）预测方法

此次模拟对象为养猪场污水处理厂。结合项目区水文地质条件，针对项目工程的特点，选取典型的预测因子，设计不同的情景状况，叠加环境现状值，耦合污染物运移方程，利用地下水渗流数值模型进行预测，并利用水质标准进行评价，进而模拟评价环保措施的有效性，最终得到地下水环境评价结论。

1.水文地质概念模型

项目区含水岩组主要为杨柳井组（T2y）和嘉陵江组（T1-2j）灰岩、白云岩，地下水埋藏较深，含水介质为裂隙、孔隙、溶孔等，地下水富水性较强，地下水力坡度较缓，此次将本场区水文地质条件概化为“单层且含水介质相对较均匀的含水层”水文地质模型。

2.污染预测模型的建立

污染预测模型的预测公式为[5]：

式中，x为距注入点的距离，m；t为时间，d；C为t时刻x处的污染物浓度，mg/L；C0为污染物注入浓度，mg/L；u为水流速度，m/d；DL为纵向弥散系数，m2/d；erfc()为余误差函数。

3.水文地质参数确定

根据项目区水文地质条件以及勘察结果，参考专业书籍以及相关资料，最后确定评价水文地质参数：场区潜水含水层纵向弥散系数取100m2/d，地下水流速为15m/d。

（七）预测结果

根据以上预测方法，采用连续注入一维连续污染源解析解数学模型预测，污水处理站废水池底部出现破损，废水持续泄漏后10d、30d、60d、100d、1000d 及20年（7300d），氨氮（NH4+）、铜（Cu）、COD等3项污染物在地下水中的影响预测结果详见图1、图2及图3。

图1 非正常情况下氨根（NH4+）离子浓度预测结果

图2 非正常情况下铜（Cu2+）离子浓度预测结果

图3 非正常工况下COD浓度预测结果

由预测结果可知，非正常情况下（废水池底部防渗层发生破损，废水持续泄露），参照Ⅲ类地下水水质标准：10d后，氨氮（NH4+）污染晕最大超标范围为地下水流向下游230m，铜（Cu2+）为 260m，COD为 255m；30d后，氨氮（NH4+）污染晕最大超标范围为地下水流向下游650m，铜（Cu2+）为 635m，COD为 630m；60d后，氨氮（NH4+）最大超标范围为地下水流向下游1180m，铜（Cu2+）为1160m，COD为1150m；100d后，氨氮（NH4+）污染晕最大超标范围为地下水流向下游1865m，铜（Cu2+）为1835m，COD为1825m。

四、结果分析

正常情况下，如防护措施完善，污水不会渗入地下，对地下水环境的影响微弱。

非正常情况下，在项目服务年限内，污染物影响距离随时间增加而增大，超标污染晕影响范围及迁移距离随时间增加而扩大、延长。根据预测，在非正常情况下，养猪场污染物不可避免地会对周围、特别是下游部分区域的地下水环境造成污染。但环境本身具有一定的分解自净能力，产生的污染物会被区内的地下水稀释，再加上污染物质本身的特征，污染物质在项目区迁移速度较慢，故影响范围有限。此外，如果源强浓度较高、污染物泄露时间较长，则造成的超标晕范围较大，对地下水系统的不良影响也更大。故要采取严格的防渗措施，制定完善的跟踪检测系统，最大限度地减小污染物对地下水环境造成的不良影响。

采用解析法预测污染物在地下水中的运移状况，可为养殖场建设项目今后地下水跟踪监测及保护工作提供科学依据，亦可为相似项目开展地下水环评工作提供参考。