西南岩溶山区地下河系统污染模式研究——以遵义市燕子洞地下河系统为例

易世友，江 峰，李 强，吉勒克补子

(贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000)

0 引言

贵州位处我国西南岩溶区腹地，碳酸盐岩广布，岩溶个体形态多样、岩溶化程度高，地下河系统发育，水文地质条件复杂，地下水污染特征总体表现在：污染受体在“水里”，污染病根在“岸上”，污染路径在“岩溶”。区内地下河系统受污染后，其污染源追溯难度较大。在地下水系统污染成因方面的相关研究较多[1-4]，而在岩溶区地下水污染模式的研究方面则相对较少。莫美仙等[5]在滇东地区地下水污染研究中，提出了仅适用于滇东地区的滇东断陷盆地地下水污染模式；袁伟等[6]通过对不同水体进行模式划分，但未考虑污染物迁移、含水介质结构等方面的内容；丁坚平等[7]则深入研究总结了岩溶地区地下水渗漏污染模式。卢丽等[8]以西南地区典型岩溶地下水系统污染实例为研究对象，总结提出了西南岩溶山区四种地下水污染模式，即间歇型入渗污染、持续型入渗污染、灌入型污染和越流型入渗污染。虽其污染模式中有灌入型污染分类，但其污染模式的总结仅考虑了污染物入渗条件，而未考虑污染物的来源特征。

本文以遵义市燕子洞典型地下河系统污染为例，从水文环境地质调查[9]、示踪试验、地下水污染特征分析、动态监测成果方面阐述地下河系统污染成因，综合考虑了污染物入渗条件和污染物的人为来源特征，归纳总结提出了更具代表性的间歇性直排灌入型地下水污染模式，本污染模式为西南岩溶山区地下水污染防治提供了坚实的基础。

1 研究区概况

研究区位于遵义市红花岗区某集镇北西，2022年3月2日，区内燕子洞地下河出口水质出现异常，水体黑臭、白色絮状物等，流量增大且不稳定，最大时日流量达1 204 t左右。区内总体地势南高北低，海拔标高850～1 000 m左右，以溶丘谷地地貌为主，丘体海拔950～1 000 m左右，谷地海拔850～900 m左右，相对高差100 m左右。研究区属典型季风气候，降雨量丰沛，多年平均降水量为1 200 mm，每年4月下旬开始进入雨季，直至当年10结束，降水量占全年的86.1%，11月到翌年的3月为枯水期，枯水期月平均降水量小于50 mm。燕子洞地下河出口是深溪河补给源之一，在其下游出露的黑洞地下河出口是其主要补给源，深溪河最终汇入湘江河。

2 区域地质构造条件

2.1 地层岩性

研究区地表大面积出露三叠系中统关岭组第二段(T2g2)地层，岩性主要为灰岩夹少量泥质灰岩，关岭组第一段(T2g1)分布于永安向斜翼部，岩性为页岩、泥质白云岩、互层，第四系(Q)地层零星分布。

2.2 地质构造

研究区位处羌塘-扬子-华南板块-上扬子南缘-黔北隆起区-凤冈南北向隔槽式褶皱变形区，主要褶皱为永安场向斜，受东西向和北北东向构造线控制，南部轴向为北北东，北侧于黄家坝一带以90°拐弯折向东西。

3 区域水文地质条件

3.1 含水岩组及富水性

区内地下水主要为碳酸盐岩岩溶水，依据岩溶含水介质组合类型及水动力特征又可进一步分为纯碳酸盐岩含水岩组、碳酸盐岩与非碳酸盐岩含水岩组两个亚类。

三叠系中统关岭组第二段(T2g2)为纯碳酸盐岩含水岩组，含水层岩溶极为发育，地表多被溶蚀成谷地及槽谷等负地形，岩溶洼地、落水洞、地下河天窗密布，含水介质主要为溶洞-管道、裂隙-溶洞，出露的岩溶泉常见流量0.014～2.715 L/s，地下河出口流量一般为20～64.7 L/s，地下河管道多呈“入”字型展布，水文勘探孔涌水量一般107.4～1 509.11 m3/d，钻孔单位涌水量0.011～1.456 L/s·m，枯季径流模数1.521～3.322 L/s·km2，关岭组二段(T2g2)富水性中等。

关岭组第一段(T2g1)地层为碳酸盐岩与非碳酸盐岩含水岩组，含水介质主要为裂隙、溶孔等，钻孔单位涌水量0.037～0.525 L/s·m，富水性贫乏，为区内相对隔水层。

3.2 地下水系统及补径排特征

以地表水文网、地下分水岭以及地层、构造对地下水控制作用为依据，按“地下水系统相对独立、完整”的原则，将研究区地下水系统分为三层(图1)，即黑洞地下河系统、燕子洞地下河系统和S2地下河系统，燕子洞地下河系统处于黑洞地下河系统上部，在两者之间还存在S2地下河系统，三者在下游区域是相互独立的地下水系统。

燕子洞地下河系统最上层地下水系统，同时处于黑洞地下河系统内，以地表分水岭为界，面积约1.2 km2，地表落水洞、洼地强烈发育，含水介质主要为裂隙、溶洞、管道等，地下水主要接受大气降水经落水洞、洼地直接入渗补给，沿地下河管道总体上由南西向北东径流，受地形地貌及地层岩性控制，以地下河(S1)形式排泄地表，偶侧流量1.736 L/s(150 m3/d)，最大流量达1 204 m3/d，出口标高825 m。经水质分析，特征污染指标中氨氮、总磷、耗氧量(CODMn法)4项超标，其中氨氮含量为11.74 mg/L，耗氧量(CODMn法)215 mg/L，总磷7.00 mg/L，均超标。

4 地下水污染成因

4.1 污染源追溯

以研究区完整水文地质单元为范围开展污染源追溯，排查了地下河出口补给区范围所有企业产排污情况，污水去向，重点关注了补给区内负地形落水洞、洼地中有无污染痕迹、废渣等，在高速路出口南东约100 m处调查发现了一污水汇集塘，水体呈黑色，底部为黑色淤泥，在污水塘北东侧发育落水洞，具有明显污染痕迹，其补给源为污水管网渗漏点H5生活污水及临时倾倒的废水。

图1 研究区地下水系统划分图

4.2 示踪试验成果分析

为查明疑似污染源污水汇集塘与燕子洞、黑洞及S2地下河出口间的连通性，于污水汇集塘下方处落水洞开展了示踪试验，投放了荧光素纳，采用了注水方式加快流速，历时4天，在燕子洞地下河出口接收到示踪剂，而在S2地下河出口及黑洞地下河出口均未接收到荧光素纳，反映出污水汇集塘是燕子洞地下河出口的主要补给源，而工作区三个地下河出口是独立的，相互无水力联系。

4.3 地下水污染特征分析

水质测试结果表明(表1)，燕子洞地下河出口(S1)与汇集塘倾倒废水残留H5-1特征污染指标具有明显相关性，倾倒废水残留H5-1CODMn含量为405 mg/L ，氨氮含量为98.7 mg/L，总磷含量为18.53 mg/L，S1地下河出口CODMn含量为215 mg/L，氨氮含量为11.74 mg/L，总磷含量为7.00 mg/L，两者比值分别为1.88、8.41、2.65倍。

4.4 动态监测成果分析

燕子洞地下河出口流量无降雨量影响情况下，在2022年3月2日至3月3日间流量有较大异常，两天中流量最大达到1 204 m3/d，正常流量为150 m3/d左右，

变幅达到8倍，进一步证实了燕子洞地下河出口有外部污染源直接入渗补给。

水质动态特征表现为：3月12日以前CODMn含量保持在210～250 mg/L之间，在3月13日以后，CODMn含量持续降低，在3月18日，CODMn含量已降低至42 mg/L，下降趋势明显(图2)；此外氨氮、总磷含量具有相同的动态特征。

表1 地下河出口与污染源水质特征对比统计表 mg/L

图2 燕子洞地下河出口COD含量曲线图

图3 燕子洞地下河出口污染成因模式

5 地下水污染模式

燕子洞地下河系统受岩溶管道堵塞作用(图3)，汇集了生活污水和临时倾倒的废水，岩溶管道内存在多个岩溶潭，地下空间极为复杂，在岩溶管道、裂隙及岩溶洼地中蓄积了大量高浓度污染物，在一定时间内达到了地下水补给量与排泄量的动态平衡状态，受突然大量临时倾倒废水的影响，地下水动态平衡状态破坏，系统内蓄积的含高浓度污染物的地下水冲出燕子洞地下河出口S1，造成该出口地下水严重污染。

6 结语

岩溶山区地下河系统内污染源追踪、污染成因分析，是建立在圈定地下水系统边界、查明水文地质条件基础上开展的，并科学运用污染源排查、环境水文地质调查、示踪试验、水质测试、动态监测等工作手段，综合研究归纳总结了西南岩溶山区岩溶地下河系统间歇性直排型污染模式，为西南岩溶区地下水污染成因模式的深入认识提供基础，同时为西南岩溶山区地下水污染防治提供了坚实的基础。