——以云南建水县城富水块段为例
Groundwater Contamination Risk Analysis of Karst Recharge Rich Water Block：
A Case Study of Rich Water Block in Jianshui County, Yunnan Province
和建华① HE Jian-hua；邱仁敏② QIU Ren-min
（①怒江州建设项目环境审核受理中心，怒江 673100；②昆明理工大学，昆明 650093）
（①Construction Project Environmental Audit Acceptance Center of Nujiang State，Nujiang 673100，China；
②Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）
摘要：在我国西南基岩山区存在许多岩溶含水层侧向补给型富水块段，这些富水块段地下水往往是当地村民的饮用水源，富水块段的地下水主要接受来自盆地周边岩溶含水层地下水的侧向补给，因此，开展这类富水块段地下水污染风险分析对当地居民饮用水源保护及项目选址具有重要指导意义。本文以云南建水县富水块段为例，通过污染项目对富水块段的影响进行预测分析，结果表明富水块段周边项目选址应尽量避开富水块段自流区范围及周边包气带厚度很薄的区域。
Abstract: There is a lot of lateral supply type karst aquifer water block in the bedrock mountain, SW China. The groundwater of the rich water segment is often been used as drinking water by local villagers. The rich water segment of groundwater is mainly from receiving basin surrounding karst aquifer groundwater lateral supplies. Therefore, in this kind of rich water segment, analyzing the risk of groundwater contamination on the local residents' drinking water sources protection and project site selection has important guiding significance. Based on the prediction and analysis of the influence of the pollution project on the rich water block, the results show that the site selection of the project around the rich water block should avoid the artesional area of the rich water block and the area with thin vadose zone.
关键词：富水块段；岩溶补给型；地下水污染；风险分析
Key words: water rich blocks；karst recharge；groundwater contamination；risk analysis
中图分类号：X523 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）29-0257-04
0 引言
近年来，地下水污染风险评价受到了许多学者的广泛关注[1-4]及环境管理部门的重视[5]。而开展地下水污染风险分析及评价，首先需要对地下水含水层介质类型以及周边污染源类型及分布进行系统调查分析，在此基础上开展地下水污染风险分析与评价才能具有较强针对性。文献调研发现[3，4，6，7]国内学者对于平原区孔隙含水层地下水污染风险评估研究较为丰富，而对于潜在污染水源地地下水污染风险评估也有相关研究[8]。而对于西南岩溶区含水层地下水污染风险评估方面，梅向阳等[9，10]以云南两个位于向斜构造项目场地建设为例，重点考虑构造对地下水污染风险进行了分析。王仁敏等[11]则以西南岩溶区含巨厚包气带垃圾填埋场建设为例，通过解析模型预测分析探讨了巨厚包气带岩溶区垃圾填埋场选址合理性及其对下游敏感保护目标的影响。
在我国西南基岩山区存在许多岩溶含水层侧向补给型富水块段，这些富水块段地下水往往是当地村民的饮用水源，富水块段的地下水主要接受来自盆地周边岩溶含水层地下水的侧向补给，因此，开展这类富水块段地下水污染风险分析对当地居民饮用水源保护及项目选址具有重要指导意义。本文以云南建水县富水块段为例，通过污染项目对富水块段的影响进行预测分析，此类富水块段地下水资源保护及周边项目选址提供借鉴。
1 建水盆地富水块段区水文地质条件特征
1.1 盆地区水文地质概况
建水城—沙垮地富水地段（如图1）：位于盆地南端，东起东山寨，西到白家营，南自盆缘泉水排泄带，北以含水层（组）埋深200m为界，沿山前一带呈带状展布，面积约46平方公里。该富水块段主要位于泸江河以南，沿着建水县城及泸江河一带呈北东南西向展布，拟建项目位于该富水块段东南侧。
根据本次水文地质调查研究表明项目区正好位于泥盆系中统曲靖段（D2dq）灰岩、白云岩碳酸盐岩岩溶含水层，而评价区为一个相对独立完整的水文地质单元，水文地质单元范围内岩溶含水层主要为泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶含水层。本次圈定如图1蓝色虚线作为水文地质调查范围约44.16km2，在此基础上，以黄色虚线16.53km2作为本次地下水污染风险分析计算范围（见图1）。根据水文地质初步调查发现模拟计算区北西侧以F1断层及富水块段为定水头边界，南西侧以F4断层及分水岭为隔水边界，东侧以F3断层为隔水边界，北东侧以泥盆系中统曲靖段（D2dq）岩溶含水层为定流量流出边界，与区域地下水流向相符，由此，整个评价区构成一个相对独立完整的水文地质单元。区域地下水主要受大气降水入渗补给，沿着泥盆系中统（D2dq）岩溶及裂隙介质径流，区域上地下水总体自南向北及北西径流，最终排泄于北西侧的建水盆地富水块段，最终以泉的形式排泄于北西侧建水盆地，如GW6上升泉点，区域上地下水补径排条件较为清晰。
1.2 评价区构造水文地质特征
本次调查区范围内出露的断层有5条，而与项目区及数值模拟计算范围区关系较为密切的断层仅有3条，其中F1断层与本次评价单元关系最为密切，如图3所示，F1断层位于项目区北西侧，根据本次3个水文地质钻孔水位及北侧放马坪村民井水位可以判断，拟建项目区地下水自南东向北方向径流，在F1断层处受断层影响，自南向北径流，在GW6处以上升泉的形式排泄。而北侧F2断层与F1断层斜交，该断层错断都是泥盆系中统曲靖段岩溶含水层，断层对评价区地下水影响不大。而其余断层对本次模拟计算区地下水补径排条件影响不大。此外，这3条断层距离项目区场地最近的垂直距离约在1.1~1.3km之间，整体上离项目场地较远，对项目场地影响较小。
1.3 评价区地下水补径排条件
根据本次调查和区域地质资料，区域地下水类型以碳酸盐岩岩溶水、碳酸盐岩与非碳酸盐岩成夹层型的岩溶水（如图1所示）。结合区域地质资料，根据钻孔勘察资料显示项目场地所处泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶水含水层较为丰富，地下水径流运移多集中于岩溶裂隙及溶蚀裂隙中。评价区范围内主要受近南北向断层构造的控制，地下水主要受大气降水入渗补给，顺着溶蚀裂隙及层间裂隙径流，最终以岩溶泉（如图4的GW6上升泉）及侧向补给建水盆地富水块段的形式排泄于建设盆地，建水县城附近的仙人洞河为评价区最低侵蚀基准面。整体上评价区地下水补径排条件较为清晰，地下水整体上由南东向北西径流，最终以泉及侧向补给河流的形式排泄于北西侧建水盆地富水块段及仙人洞河。
1.4 区域及场地岩溶发育及分布及特征
根据本次调查和区域地质资料，区域地下水类型以泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶含水层为主（如图2所示），而拟建项目所处场地也是以泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶水含水层为主，上覆红粘土为相对隔水层。拟建污染项目场地处于泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶含水层补给径流区。结合水文地质勘察及2次高密度电法探测结果表明，场地下伏基岩为泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶含水层，依据水文地质钻孔柱状图显示，未见明显岩溶发育区，结合物探结论显示，结合两次高密度电法勘探结果表明，拟建污染项目下伏岩层结构南北向分布相对均匀，高密度电法探测电阻率整体较低且分布相对均匀，而东西向由于粘土层和非饱和带基岩层厚度差异，反演剖面上体现了一定的差异，但本次4条测线未见明显异常分布特征，拟建污染项目下伏50m范围内未见明显岩溶异常区。综合勘察资料结果表明，拟建项目区场地下伏50m深度范围内发育大规模溶洞可能性较小，而根据3个水文地质深孔钻孔柱状图可以看出，拟建项目场地下伏存在巨厚的非饱和带，钻孔柱状图可以反映拟建污染项目场地深部非饱和带仍为泥盆系中统（D2dq）灰岩，岩心较为完整，岩溶不发育。
2 富水块段地下水污染风险分析
根据前述对拟建项目场地水文地质条件分析显示，项目场地全部分布于泥盆系中统（D2dq）碳酸盐岩岩溶水含水层，由于拟建污染项目下伏存在巨厚非饱和带，因本次污染项目对富水块段地下水污染风险分析，首先根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ610-2016）[5]附录F.3.2.1一维半无限长多孔介质模型，污染物瞬时注入进行预测分析：
■（1）
相关参数取值依据试验测定获得，根据录入参数计算获得到达地下水含水层中的浓度随时间分布如图5所示。
从图5可以看出，拟建污染项目发生意外渗漏下渗到下伏泥盆系中统（D2dq）灰岩、白云岩岩溶含水层，约在300天后到达地下水中的氨氮浓度达到峰值，浓度为172mg/L，高于《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）Ⅲ类标准，因此，下面将以氨氮和COD源强浓度为172mg/L，通过数值模拟方法对到达地下水中的污染物进行预测分析。
根据前述水文地质条件调查及分析概化，依据相关规范要求进行模型概化并进行数值模拟预测分析，下面将给出两种特征污染物在7200天后污染羽状物扩散范围图如图6和图7所示，图中坐标网格为每个间隔为500m。
从图6可以看出，氨氮在泄漏后整体沿着北西侧F1断层方向迁移，中心部分最高浓度可达到源强浓度172mg/L，而7200天后超标氨氮羽状物继续沿着北西侧F1断层方向扩散，最远迁移距离约1000m，超标浓度羽状物未能到达F1断层边界。
从图7可以看出，COD在泄漏后整体沿着北西侧F1断层方向迁移，中心部分最高浓度可达到源强浓度172mg/L，7200天后超标COD羽状物继续沿着北西侧F1断层方向扩散，最远迁移距离约900m，超标浓度羽状物未到达北西侧F1断层边界。
3 结果与讨论
结合上述两步预测分析结果表明，拟建污染项目发生意外渗漏条件下，当特征污染物穿透防渗膜及红粘土层之后，穿透污染项目底部150m厚的泥盆系中统（D2dq）灰岩白云岩非饱和带大约需要300天到达峰值浓度，以100kg特征污染物泄漏到达含水层中的氨氮及COD浓度均为172mg/L。其次，以该浓度作为源强浓度进行数值模拟预测分析结果表明，拟建项目场地到达含水层中的污染羽状物主要向北西侧的F1断层边界迁移扩散，两种特征污染物的超标浓度在7200天预测期内均未到达北西侧的F1断层边界。整体上，意外渗漏条件下污染项目对其所处的泥盆系中统（D2dq）岩溶含水层地下水造成一定范围的污染影响，但均未到达北侧的GW4、GW5及北侧GW6上升泉点（图1）。
通过上述解析及模拟分析显示，对于岩溶侧向补给型富水块段地下水污染风险分析，首先应开展大量的水文地质调查及勘察，尤其是富水块段周边地下水主要补给来源、补给范围、补给强度及补给形式以及岩溶发育分布特征等。对于建水盆地富水块段，由于富水块段范围内地下水资源较为丰富，许多村民将地下水作为饮用水源，因此一旦地下水受到污染，将给村民饮水安全问题造成严重影响。因此，在污染项目选址过程中，应尽可能避开岩溶发育分布区及富水块段直接补给范围，尤其是富水块段自流区范围内及包气带厚度较薄的区域，这些区域一旦布置污染型项目，一旦防渗工程发生破损导致意外渗漏将直接污染富水块段地下水，对盆地范围内村民饮用水安全造成威胁。所以，富水块段自流区范围及周边包气带很薄的区域应设为地下水污染高风险区。其次，对于类似建水县位于富水块段中，城市发展及工业建设过程中又不可避免需要布置一些高污染项目，例如垃圾填埋场及工业园区等，因此，这些高污染项目应尽可能避开刚才上述区域（富水块段自流区范围及周边包气带厚度很薄的区域），根据上述预测分析结果表明，应选取盆地周边包气带厚度较厚且距离富水块段较远的地区。这样可避免污染型项目在风险条件下直接对富水块段地下水造成直接污染，在垂向和水平距离上尽可能留出一定距离，风险条件下具有一定缓冲时间，从而可以采取地下水应急修复措施。
4 结论
本文以云南建水盆地周边污染项目对建水盆地富水块段地下水污染风险分析为例，通过水文地质调查及勘察，在查明拟建污染项目区水文地质条件基础上进行建水盆地地下水污染风险分析及预测，通过研究主要获得以下认识：
①通过解析计算及数值模拟分析表明，位于岩溶补给型富水块段周边较远的基岩山区布设污染项目对富水块段地下水造成污染的风险较小。
②在污染项目选址过程中，应尽可能避开岩溶发育分布区及富水块段直接补给范围，尤其是富水块段自流区范围内及包气带厚度较薄的区域，这些区域一旦布置污染型项目，一旦防渗工程发生破损导致意外渗漏将直接污染富水块段地下水，对盆地范围内村民饮用水安全造成威胁。
③对于岩溶侧向补给型的富水块段周边污染项目选址应尽可能选取盆地周边包气带厚度较厚且距离富水块段较远的地区，这样可避免污染型项目在风险条件下直接对富水块段地下水造成直接污染，在垂向和水平距离上尽可能留出一定距离，风险条件下具有一定缓冲时间，从而可以采取地下水应急修复措施。
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