甘肃某冶金废渣回收项目地下水资源及环境影响评价

刘 海, 励 丽

(1.甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020)

1 地质概况

调查区区域在大地构造上处于秦岭东西纬向构造体系与武都山字型构造体系前弧东翼的复合部位，调查区断裂构造不发育，在山坡及其下游沟谷地段第四系厚度一般5～15 m。布置于坡顶及河、沟内的钻孔在钻探过程中也未遇到构造破碎带。由本次野外调查和钻孔显示，项目建设场地所在的柳林镇主要出露有三叠系、新近系及第四系地层，表层披覆黄土[1]。项目建设场地地下水位埋深6.6～10.36 m。尾矿库冲沟和西沟河河(沟)谷区酸浸渣回收车间包气带岩性上部由第四系粉质粘土组成，厚度4.9～8.6 m；下部为含泥质砂碎石、砂砾石。

2 水文地质特征

2.1 地下水含水岩组及富水性

建设场地内第四系松散岩类孔隙水主要分布在永宁河支流的西沟河河沟中部，呈条带状分布，靠近河沟地表水流的地段具有一定的富水性，远离河沟的两侧山体坡脚地带富水性差或不富水。地下水位埋深大于6.6 m，在平面上变化较大，含水层以砂砾石层为主，泥沙含量大，厚度2～4 m。根据本次Z1、Z2、Z3号钻孔成井后抽水情况，该层地下水在用6 m3/h潜水泵抽水时仅10～15 min即疏干，出现“掉泵”，恢复0.5～1 h后才能继续抽水，判断建设场地内第四系地下水富水性极差，单井涌水量约为10～20 m3/d。第四系下覆的碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于新近系表部风化壳中，由于该含水层为新近系泥岩、砂质泥岩，表部风化带裂隙不发育，并受自身岩性约束和泥质含量影响较大，实际上为不透水层，构成了整个上覆第四系孔隙水的隔水底板。远离河沟或靠近山边的地带第四系极贫水，同时也不存在含基岩裂隙水的基底。项目建设场地无碳酸盐岩分布，故不存在岩溶水。

2.2 地下水补径排条件

建设场地内第四系地下水主要接受降水、上游地下径流和地表水侧向入渗的补给。两侧谷坡第四系地下水由高处向低处缓慢径流进入河沟谷，但补给量极小，水力坡度随地形变化；河沟谷地下水自上游向下游即总体由西向东径流，水力坡度一般为30‰～40‰。现状第四系地下水排泄方式主要有地下径流、人工开采等。

3 地下水资源评价

3.1 地下水补给量

地下水天然补给量主要为上游地下径流流入、河流侧向入渗、沟谷潜流和大气降水渗入垂向补给量，基岩山区由于新近系泥岩、砂质泥岩裂隙发育少，泥质充填物多，风化带潜流补给量可忽略不计。

(1)河流侧向入渗补给量。河流侧向入渗补给按照岸边公式计算，两侧地下水埋深可用本次施工的钻孔水位，河流与钻孔距离在1∶10000地形图上直接量算，孔口高程以本次工程测量数值为准[2]。

计算公式：Q河补=KB△H2t/2L

(1)

式(1)中：K为含水层渗透系数(m/d)，取本次抽水试验计算平均值0.93 m/d；t为地表水对地下水补给时间(d)，据调查扣除枯水期后按200 d计算；B为补给带宽度(m)，地形图上量取为2 200 m；△H为河水位与地下水位相对高差(m)，取三个钻孔平均值1.8 m；L为地下水位观测井至河距离(m)，平均值30 m。

经计算，项目区河流侧向入渗补给量为2.21万立方米/年。

(2)沟谷潜流侧向补给量。沟谷地下潜流主要分布在马蹄沟和苜蓿沟内，为垂直于河流方向由北向南径流。沟谷第四系地下潜流补给按照达西公式计算，断面厚度和宽度按本次野外调查时实际测量值代入。

计算公式：Q谷侧=K·I·H·B

(2)

式(2)中：Q谷侧为谷坡侧向补给量(m3/d)；K为渗透系数，按试验最小值取得0.54 m/d；I为水力坡度，马蹄沟取20%，苜蓿沟为25%；H为含水层厚度，取第四系坡积含水层平均厚度，为2.0 m；B为断面宽度，为实测谷底段宽度。马蹄沟取80 m，苜蓿沟取50 m。

经计算，项目区沟谷侧向补给量为30.78 m3/d，年侧向补给量1.12万立方米。

(3)地下水径流流入量。主要由计算区内西沟河河谷西侧向东侧径流，地下水径流补给选择达西公式计算，上游断面渗透系数取抽水试验计算值0.54 m/d；实测水力坡度值55‰；含水层厚度为钻孔揭露,取平均厚度3.7 m；断面宽度实测并垂直地下水流向，为140 m。

计算公式：Q径流=K·I·H·B

(3)

式(3)中：Q径流为侧向补给量(m3/d)；K为渗透系数；I为水力坡度；H为含水层厚度；B为断面宽度。

经计算，项目区地下径流补给量为15.38 m3/d，年径流补给量0.56万立方米。

(4)大气降水垂向渗入补给量

计算公式：Q雨渗=Hm·M·α·1 000

(4)

式(4)中：Q雨渗为大气降雨垂向补给量(m3/a)；Hm为大气降水量(mm)，采用徽县气象站多年平均值746 mm；M为入渗区面积(km2)，取值0.34 km2；α为降水入渗系数(无量纲)，采用徽县地区经验数据0.09。

经计算，大气降水垂向年补给量为0.83万立方米；

综合上述，区内地下水总补给量为4.72万立方米/年。

3.2 地下水排泄量

前已述及，地下水排泄方式主要地下径流流出、地面蒸发和少量人工开采。

(1)地下径流流出量。根据前述达西公式，选择柳林镇桥头以东西沟河地表水与永宁河干流交汇处断面为流出断面。渗透系数取值1.27 m/d；实测水力坡度值30‰；含水层厚度根据调查该断面处柳林镇生活用水井成井资料取平均厚度5.8 m；断面宽度实测并垂直地下水流向，为400 m。

经计算，调查区地下水径流排泄量为3.23万立方米/年。

(2)蒸发排泄量。参考《甘肃省徽县城区供水水源地勘查报告》资料，计算公式为：

Q蒸=εF

(5)

式中：F为蒸发区面积(水位埋深<4 m的区域集中在永宁河支流与干流交汇处河漫滩及一级阶地前缘一带)，1∶1万地貌图上量取水位埋深小于4 m的面积为0.06 km2。

ε为蒸发强度，采用柯达夫—阿维扬诺夫潜水蒸发公式ε=ε0(1-h/hmax)n计算潜水蒸发强度ε(式中：ε0水面蒸发强度，徽县为1 161.6 mm；hmax潜水蒸发极限埋深，一般取4 m；n为待定系数，与包气带岩性有关，取2)；H为水位埋深(m)。

经计算，蒸发强度72.6 mm，蒸发量为0.44万立方米/年。

(3)人工开采。据调查，区内Z1钻孔上游有3眼村民家中自挖大口井，总开采量为5 m3/d，即0.18万立方米/年。

综合以上各项，全区地下水总排泄量3.85万立方米/年。

3.3 地下水均衡

根据上述计算，均衡区内地下水补给量为4.72万立方米/年，排泄量为3.85万立方米/年，地下水补给补量大于排泄量，均衡差为+0.87万立方米/年，呈正均衡状态。

3.4 地下水资源利用现状

项目区及周边柳林镇镇区地下水资源开发利用量小，仅在镇区东北部有一眼生活用水井，日开采量为150 m3/d左右，项目区西侧葫芦坝村中有少量大口井，单井开采量均小于2 m3/d。

4 地下水环境影响评价

项目建设场地与柳林镇柳林村集中供水水源地之间相距约900 m，虽然处于同一流域内，因距离遥远，补给来源也不同，实际无水力联系。厂区与该水源井之间再无分散式生活饮用水井，下游沿途乡村居住点分布零散，多依山坡而居，人畜生活饮用水源为山泉或乡镇集中供水，不存在低处河谷地下水补给山边泉水的条件。项目区河谷与相邻两侧河沟谷地下水之间不存在水力联系，各自处于独立的水文地质单元单元。而下游永宁镇泰伯村、唐庄赵峡集中式供水水源地位于项目区南侧约5 km外的沟谷中，亦无水力联系。据此，该项目不会对现状下游柳林镇、永宁镇乡镇及农村人畜生活饮用水源地的地下水质安全造成威胁[3]。

通过对项目建设场地环境影响评价区地下水在事故状态下的污染预测，在生产循环用水发生泄漏时，假设在最不利的条件下Zn、Hg、Cu、Pd随污水全部下渗至包气带及含水层后，受地下水径流方向和地形影响，污染物浓度会逐渐扩散并向泄露点东侧下游运移，中心点浓度也逐渐减少，其中Cu、Pd离子的中心点浓度在泄漏后的4天和2天后分别达到了地下水Ⅲ类标准要求，而Zn、Hg在运移14年(项目运行期满)后仍未达标，直到第23年和第30年后，Zn、Hg离子中心点浓度最终达标，分别为0.98 mg/L(≤1.0 mg/L)和0.00096 mg/L(≤0.001 mg/L)，浓度中心向下游运移距离分别为36.2 m和46.7 m。假设尾矿库在运行期间发生溃坝事故时库内废水全部泻出并渗入地下，废水中的Zn、Cd是影响地下水质的主要污染源，在经过14年的运移和扩散后，浓度中心点自泄露处向下游运移了22.1 m，中心点Zn、Cd的浓度均未达到地下水Ⅲ类标准要求，但此时上述影响因子含量在中心点下游一定距离后符合地下水Ⅲ类标准，即在污染源泄露点下游64 m处Zn浓度为0.99 mg/L(≤1.0 mg/L)、泄露点下游84 m处Cd浓度为0.0097 mg/L(≤0.001 mg/L)。

本项目属于Ⅰ类建设项目，可能造成地下水水质污染的事故包括生产用水泄露和尾矿库溃坝。经过本次地下水环境影响预测，在项目建成后运行的各个生产阶段，直至运行期满(14年)后，以上事故造成的地下水污染除污染源附近小范围以外的区域均能达到地下水环境质量标准要求。本项目的建设对下游柳林镇、永宁镇乡镇集中供水水源地无影响，因此，评价认为本项目建设可以满足地下水环境质量标准的要求。