广西平果县赤泥堆场隆黎厂址示踪试验

2023-12-02赵鑫宇蓝俊康姚承余

地下水 2023年6期

赵鑫宇,蓝俊康,姚承余

(1.桂林理工大学环境科学与工程学院,广西桂林 541004;2.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司,广西南宁,510022)

广西平果市拟建的隆黎赤泥堆场位于岩溶发育区内,堆场面积约1.38 km2,受场地地质构造的影响,堆场及周边岩溶十分发育。赤泥是一种碱性的工业固体废物,含有NaOH、F、Al等多种污染物[1],一旦发生泄漏(如库底防渗膜老化破裂或库底因发生地面塌陷导致防渗膜破裂),库内的赤泥及其废液将泄露到地下水中,通过岩溶管道污染到下游的饮用水源,且后续污染治理也将十分困难[2-4]。为了进行选址的可行性论证以及为了探明本赤泥堆场地基中的岩溶管道与四周的哪些饮用水源点有水力联系,必须进行示踪试验。本次示踪试验开展的是一点投放、多点接收的连通试验,即在堆场中部溶潭内投放示踪剂,在投放点下游的各个水源点进行水质监测。

1 研究区概况

研究区的地貌为峰丛—洼地地貌,山峰标高266.90～526.6 m,洼地标高213.65～264.92 m,最高山体位于场地的西北方向与红甫屯之间山峰,最低山体位于场地东南方向山体,场地洼地地势整体上由西北向东南方向呈阶梯递减状。洼地大部分被第四系粘性土层覆盖,偶见基岩露头,地面种植有玉米、花生、板蓝根等经济耕作物。

本场地所在区域位于华南加里东褶皱系右江印支、燕山褶皱带靖西—田东隆起区的东端。本区位于右江复向斜西南部,历次的构造运动形成了一系列总体方向为北西～南东的褶皱和断裂构造。褶皱构造主要有新安背斜(亦称大隆背斜)、局祥复式背斜、龙味背斜、果化向斜等,基本上属于对称型的褶皱构造。断裂构造多发育于褶皱的轴部和两翼,性质以逆断层为主,倾向多为南西,倾角较陡,规模较大。还有与上述构造相伴相生的北东～南西和北西西～东西向延伸的次级断裂构造。堆场位于新安背斜NE翼。构造主体呈NW-SE向。受右江断裂的活动性的影响,本区为微震多发区。

堆场范围分布的地层主要有:第四系坡残积层(Qdl+el),下伏基岩为三迭系下统罗楼组(T1l)、二迭系上统合山组(P2h)、二迭系下统茅口阶(P1m)灰岩,除第四系之外其余全部为海相碳酸盐建造。

从区域水文地质条件上分析,堆场主要处于地下水的补给-径流区,地下水类型为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水两种类型。松散岩类孔隙水主要赋存在坡残积土层内,为包气带中过路水。下覆的岩溶裂隙水主要赋存于基岩中,其含水层由三迭系下统罗楼组(T1l)、二迭系上统合山组(P2h)、二迭系下统茅口阶(P1m)灰岩地层组成。该类型的地下水以溶洞裂隙为径流通道,岩溶水坡降较大,地下水沿网格状裂隙或管道运动,丰水期降雨后径流量较大,受气候影响变化明显。场地内耕植层属弱透水性地层,为上层滞水的主要含水层;表层的残积黏土层属相对隔水层,灰岩、溶蚀裂隙、溶洞为岩溶裂隙水的主要含水层,含水量为中等-丰富。

因研究区岩溶十分发育,地表水系基本未见,堆场地下水主要靠大气降雨补给,研究区地处区域地下水的补给、径流区内,地下水径流通过网络状裂隙或管道运动,径流趋势向东、东南方向呈网络状运动,最终向右江排泄。拟建的堆场中部有一含水溶潭S20,作为本次示踪试验的投放点。

2 示踪试验目的与方法

2.1 示踪剂种类的选择

选用示踪剂时要考虑两个方面因素: 首先,使用的示踪剂必须是安全无毒的,对环境没有污染,能在自然环境中自然衰减;其次,示踪剂又要具有足够的稳定性,受环境影响较小,可以溶于水,但又不改变流场中各种水文参数[6]。

示踪剂的种类很多,最早为浮标法,即采用谷糠、锯木屑、油料、黄泥水等做指示剂,现均改为可以定量测定浓度的盐类( 如氯化钠、氯化钾等) 、荧光染料类( 食品红、荧光素钠、曙红、罗丹明、钼酸铵) 、放射性同位素( 如氚H3、碘I131等)[6]。虽然目前常用的很多荧光染料示踪剂也易溶于水、廉价、无毒、吸附性很低、有很低的检测限和低背景值等诸多优点,但它们溶于水后会显示出异色及异味,如果在本地区这种下游有很多水源点的情况,会引起下游居民的恐慌和不安。针对本研究区的这一特点,最后选择采用氯化钠(工业盐)作为试剂。试验前,需要在测区先对各个接收点分别进行Cl-浓度的本底值监测。

2.2 示踪剂投放量的确定

示踪剂投放量按下列因素考虑:(1)示踪剂投放后,经扩散、运移到达接收水点及饮用水源点时,其示踪剂浓度不应超过我国饮用水标准的有关规定;(2)易于被所选用的检测方法检测含量不低于仪器的检测灵敏度;综合考虑上述因素,并考虑测区的地下水量、水力坡度、示踪距离及岩溶的发育程度,结合堆场可研勘察资料,采用下述方法估算示踪剂投放量[5]:

M=Kω/j

(1)

式中:M为示踪剂投放量;K为岩溶率系数;ω为示踪区段总水量,L·s-1;j为检测方法灵敏度,μg·L-1。

考虑到地质效果和确保足够的检测灵敏度,在实际野外工作中投放量略高于计算量。经计算,本次地下水示踪试验氯化钠(工业盐)示踪剂的投放量为4.0 t。

2.3 投放点和接收点的选择及分布

本次示踪试验按试验目的要求,选择堆场中部一个含水溶潭 S20(水面标高 220.7 m)作为投放点,以堆场外围的监测孔及所有的天然水源点和一些重要的露头点(编号 ZK1、S06、S08、S09、S11、S14、S16、S17、S23、S26、S29、S30、S32、S34、S42、S44、S45、S49、S52、S53、S61)共21个点作为接收点。地下水示踪试验投放点和接收点分布的位置详见图1。

图1 堆场水文地质图及示踪试验成果图

3 试验过程

3.1 示踪剂的投放技术和取样

(1)示踪剂的投放方法:先在投放点附近挖个大坑,用彩条布铺于坑底防渗,然后用抽水机把清水把坑充满,一边搅拌一边往坑内撒入工业盐,人工搅拌试剂使之充分溶解后,再用抽水泵把溶液抽进有水溶井(S20)之中。投放时间2021年5月7日下午15时45分,历时13 d。

(2)示踪剂取样和检测取样:投放开始后,立即安排在投放点下游各接收点取水样回室内进行氯离子含量测定。根据研究区的具体情况,选择取样时间间隔为每次4 h,部分一次/3h。每个取样点派专人负责,按取样时间要求、样瓶清洗、取样、贴标签、装入黑色包装袋避光保存的取样流程程序进行取样,再由专车及时运至工地实验室进行分析检测。

3.2 示踪样品的检测技术

水样中的Cl_浓度值采用CIS-10型精密氯度计进行测定。为了准确起见,检测过程中对有疑点或检测异常的样品作重复检测(复检样品累计占20%),确保分析数据的可靠性。

4 试验结果与分析

4.1 确定异常点和地下水流向

据投放点对取样点Cl_浓度进行的本底值调查,确定出氯离子浓度超过本底值5 mg/L即认为是异常值。以投放时间为零时刻点,绘制出各接收点根据浓度值随时间的变化曲线(简称时浓关系曲线)。最后发现21个监测点中有5个未出现异常(S06、S0、S09、S16、S17),这说明这5个接收点与堆场投放点S20之间没有水力联系,而其余的16个均出现不同程度的异常,此试验结果显示投放点处的岩溶管道与下游多个方向都能连通,示踪剂投放后的走向情况详见图1。对于各个异常点再根据其时浓曲线中峰值的出现时间,以及投放点与接收点的直线距离,计算试剂在各个岩溶管道中的平均流速和地下水流向(主次通道)。

4.2 管道流速的估算

根据时浓曲线和流速分析(见表1),可推断本研究区存在3种流速不同的地下水岩溶管道流,分别为:(1)第一种为快流速岩溶管道流,出现在投放点S20至S23、S26、S29、S42、S52等接收点,其管道水流速为204.2～305.2 m/h;(2)第二种为中等流速的岩溶管道流,出现在投放点S20至S32、S34、S44、S45、S53、S61等各接收点,其管道水流速为62.9～124.6 m/h。(3)第三种为慢速(渗流)岩溶管道流,出现在投放点S20至S11、S14、S30、S49、S86等接收点,其管道水流速为30.0～42.4 m/h。

4.3 岩溶管道结构分析

投放示踪剂后,通过10 d的连续取样分析,在示踪区段内21个取样点,其中除了S06、S08、S09、S16、S17接收点外均接收到氯化钠示踪剂。由于溶质在含水介质中存在弥散,因此在理论上,接收点观测到的示踪剂的时浓曲线为平滑的、大致对称的单峰曲线。本次试验所有接收点的时浓曲线图均为不对称的带有锯齿状的单峰曲线图(如图2、图3),这说明从投投点到各接收点之间只有一条径流通道,且下降段没有平台出现和拖延现象,这说明管道水在流动过程中,没有遇到地下湖的稀释[6-7]。