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1、解析法在山区地下水环境影响评价中的应用第63卷第5期有色金属(矿山部分)2O11年9月DOI:10.3969/J.issn.16714172.2011.05.018解析法在山区地下水环境影响评价中的应用楚敬龙(北京矿冶研究总院,北京1OO07O)摘要:为了探讨解析法在山区地下水环境影响评价中的应用,本文以我国北方某矿山为研究对象,在对其水文地质条件进行合理概化后,应用解析法预测矿山开发中的矿坑涌水量,地下水降落漏斗的影响范围及尾矿库泄漏情况下的污染物运移问题,结果总体来说比较合理,可以为类似矿山的地下水环境影响评价提供参考.关键词:解析法;地下水;矿坑涌水量;尾矿库中图分类号:TD745.2文
2、献标识码:A文章编号:16714172(2011)05007104ApplicationofanalyticalmethodingroundwaterenvironmentalmpactassessmentInmountamareasCHUJinglong(BeijingGeneralResearchInstituteofMining8LMetallurgy.Beijing100070,China)Abstract:InordertOdiscusstheapplicationofanalyticalmethodingroundwaterenvironmentaIimpactassessment
3、inmountainareas,thispapertakesamineinNorthernChinaasresearchobjects.AfterareasonablesimplificationofthismineShydrogeol.gicalconditions,theanalyticalmethodisusedtOforecastthewateryieldofthismine,thesphereofinfluenceofgroundwaterdepressioncone,andthecontaminanttransportationinthecaseofleakingintailing
4、spondduringthecourseofminedevelopment.Generallyspeaking,theresultsarereasonableandcanprovideareferenceforgroundwaterenvironmenta1impactassessmentinothersimilarmines.Keywords:analyticalmethod;groundwater;wateryieldofmine;tailingspond引言1矿区概况在矿山建设的环境影响评价中,地下水环境影响评价既是重点也是难点.地下水环境影响评价的主要方法有数值法,解析法,水均衡法,回
5、归分析法,趋势外推法,类比预测法等口.在我国的某些矿山建设中,尤其是新建的有色金属矿山,地下水环境影响评价方面的相关资料非常有限,不能满足数值法,回归分析法,趋势外推法等对资料的高要求,而解析法,类比预测法对资料的要求相对较低,可以满足水文地质条件简单或中等的矿山的评价要求.基于此,解析法中的大井法被广泛应用l3.本文以我国北方地区某矿山为例,应用解析法对矿山抽排水进行水量和影响范围预测,对尾矿库泄漏进行风险预测,以期为相似地形及水文地质条件的矿山建设项目的地下水环境影响评价提供参考.作者简介:楚敬龙(1983),男,硕士.地下水科学与工程专业,主要从事地下水环境影响评价工作.1.1自然地理条
6、件本矿山属燕山山脉中段侵蚀后形成的中一低山地貌,主要由岩浆岩,沉积岩,变质岩岩石侵蚀后形成,海拔标高508800In,植被繁茂.本矿山所处区域属半干旱大陆性气候,降雨集中在每年的6至8月,多年平均降水量570.81Tim,多年平均蒸发量1478.7mill.矿区南北各两公里处有两条季节性地表河流,主要接受大气降水的补给,因受地形控制,河水流向一致.1.2水文地质条件本矿区的水文地质条件中等,矿区地下水含水层主要有第四系洪积松散岩类孑L隙含水层,基岩裂隙水含水层,白云岩及蚀变白云岩岩溶裂隙含水层.其中基岩裂隙水含水层为本矿区主要含水层,其含水性和导水性取决于裂隙的发育程度与分布规律.本矿区隔水层
7、并不明显.有色金属(矿山部分)第63卷区内岩体与围岩蚀变强烈,构造裂隙较发育,岩体与围岩的蚀变带可视为蚀变构造裂隙含水带.矿区附近有一条长约600m的正断层,破碎带宽13m,属于张性断层,可视为断层构造裂隙含水带.大气降水是矿区地下水的主要补给源.基岩裸露区,降水通过基岩风化裂隙渗入补给地下水;第四系覆盖区,降水通过松散层孔隙渗入补给地下水.地下水径流方向与地形基本一致,由山坡向沟谷汇集并流向下游.地下水的排泄方式以侧向径流为主,其次是地下水的蒸发和植物的蒸腾.由于本区年降水量较小,蒸发量大,地下水位埋藏较深,因此地下水位年变幅不大.2解析法评价矿坑涌水量及影响范围2.1矿床充水因素分析本矿区
8、位于中低山区,充水水源有大气降水和储存于裂隙中的地下水.位于矿区南北的地表河流,由于远离矿床,对矿坑充水影响不大.本矿床的充水通道主要为裂隙和断裂.如果充水含水层内的导水断层被破坏,就可能形成充水通道,产生突水,使涌水量增大.而采矿产生的岩体应力变化,也可能造成矿坑底板的破坏,使矿坑与充水含水层或其它水源直接接触而产生突水事故.2.2矿坑涌水量及影响范围预测采矿区处于地下水的补给区,无地表水体补给,主要依靠大气降雨补给,可视为无限含水层;主要充水含水层含水介质为基岩裂隙和小规模的断裂裂隙组合,受断裂裂隙发育控制,岩层导水性和含水性具有一定程度的各向异性.因此,采矿区地下水运动的水文地质概念模型
9、可概括为无限含水层中的潜水运动模型.对于水文地质条件简单或中等的矿区,勘查阶段用大井法预测矿坑涌水量是比较适宜的L4.因此本次评价用解析法预测矿坑涌水量时采用大井法,将矿坑系统以具有等效性的大井表示,以潜水稳定井流理论和等效原则构造大井.其计算公式如下:lJR.一R十r0fR=2S瓜【ro一卢式中:H一潜水含水层厚度.根据矿区水文地质勘查报告取150m;s水位降深值.根据矿区水文地质勘查报告取100rn;K一渗透系数.根据矿区水文地质勘查报告,充水含水层的渗透不均匀性很小,根据SZK1和SZK2两个水文孑L的抽水试验,取渗透系数的平均值为0.49m/d;ro一采场底部半径,即引用半径.根据矿区
10、可行性研究报告提供的数据及水文地质手册得引用半径为85miR影响半径.由以上相关参数得1715m;风一引用影响半径.由以上相关参数得180Om;矿坑涌水量.综合以上相关参数求得矿坑涌水量为lo097ii13/d.2.3矿坑涌水量及影响范围评价上述计算的矿坑涌水量为矿山开采到最低水平时的地下水涌水量,由于本矿山开采为露天开采,因此还应计算直接降落在露天采坑中的不同频率的一日最大降水量,将其与矿坑地下水涌水量叠加即可得出矿坑的一日最大抽排水量.本文重点对地下水涌水量进行评价,不讨论不同频率降水量的相关算法.参照GB1521894地下水资源分类分级标准,不同的勘查研究程度,不同的计算方法求得的矿坑涌
11、水量,可以认定为不同的精度级别.其中利用单孔抽水试验求取渗透系数,并采用大井法或集水廊道法计算的矿坑涌水量,属于D级精度,允许误差范围为6O8O.根据本采矿区南侧某个已开采的小采区的实测数据,通过水文地质比拟法得出本采矿区的地下水矿坑涌水量为4300m./d.水文地质比拟法的计算结果精度为C级精度,允许误差范围为406O=5.因此用大井法计算的矿坑涌水量应该比实际偏大.又因为有实测数据的小采区和本采矿区为同一系列矿体的采区,且距离很近,因此用水文地质比拟法得出的矿坑涌水量的精度应该更高.假设将水文地质比拟法得出的矿坑涌水量作为本采区实际的矿坑涌水量,则通过误差计算,得出大井法算得的矿坑涌水量的
12、误差为579/6,符合D级精度的要求.根据上述求出的引用影响半径,得出本采矿区抽排地下涌水而产生的地下水降落漏斗的影响范围为以采区为中心,半径为1800m的圆形区域.由于本矿区为中低山区,地下水主要在山区的裂隙中运移,地下水流场受地形的影响较大,因此地下水降落漏斗的影响范围应该在已得出的圆形区域和识别当地水文地质单元的基础上,根据地形的起伏程度进行修正.本次评价根据矿区301T1分辨率的DEM数据对影响范围进行修正,修正结果(图1)比较符第5期楚敬龙:解析法在山区地下水环境影响评价中的应用73合当地的水文地质条件,修正后的影响面积为10km.图1矿区抽排地下水产生的降落漏斗影响范围Fig.1I
13、nfluencesphereofgroundwaterdepressioncone3解析法评价尾矿库泄漏风险对于矿山建设项目,地下水环境影响评价主要从水量(水位)和水质两方面来考虑.采矿区往往影响地下水的水量(水位),而尾矿库则是地下水水质的风险污染源.本矿山建设项目为低品位金矿开发项目,采用全泥氰化+炭浆工艺提金,因此所排尾矿中含有氰化物,而氰化物(尤其是游离的氰化物)是剧毒物质6.为预防尾矿库含氰废液渗漏污染下游地下水水质,有必要对尾矿库泄漏进行风险预测,为风险发生后的应急预案提供依据.3.1尾矿库概况及污染物源强本矿山项目中的尾矿库为典型的沟谷形尾矿库,尾矿坝为堆石坝.尾矿排放方式为干排
14、,由尾矿库后部开始放矿,尾矿渗水及雨水直接汇集于库区前部的集水区,再由多级水泵扬送回选厂高位水池循环使用,没有外排.尾矿库的渗滤液中含有氰化物,虽然进行了严格防渗,但是一旦出现防渗层破损事故,含氰废液将泄漏进入地下水环境,可能造成一定时期一定范围内地下水环境的污染.根据实际情况及收集的资料,尾矿库防渗层的破损可能发生在各个不同部位,而发生在集水区时危险最大.另外,本项目堆浸场位于尾矿库西北角的防渗层上,堆浸场防渗层一旦破损,含氰废液将渗入尾矿库,经过渗流到达尾矿库的集水区.根据现场勘查及收集资料,尾矿库尾砂中的氰化物浓度最大为200mg/L,经过淋滤,渗滤液到达集水区后,氰化物浓度将远远低于2
15、00mg/L;堆浸场渗滤液中的氰化物浓度最大为800mg/L,而其经过渗流到达尾矿库集水区后的浓度也将远远小于800mg/L.本次评价从最不利角度,考虑暴雨时尾矿库集水区防渗膜破裂,且忽略尾矿对渗滤液的吸附阻滞作用及集水区对渗滤液的稀释作用,取氰化物泄漏的最大污染源强为800mg/L.3.2尾矿库泄漏风险预测根据尾矿库工程勘查报告,尾矿库区主要地层岩性为侏罗系髫髻山组安山角砾岩,岩体强风化层破碎,节理裂隙发育.根据注水试验结果,强风化层渗透性较好;中一微风化岩体较完整,节理裂隙发育程度为一般一较差.根据压水试验结果,中一微风化岩体渗透性较差.因此库区渗漏主要为污染物沿谷底强风化基岩中的节理裂隙
16、通道及断层破碎带呈线状运移.尾矿库区分水岭宽厚,从尾矿坝至下游,沿途均为沟谷地貌,地形封闭条件良好,不存在向邻谷渗漏问题.综上所述,将污染物在库区及下游地下水中运移的水文地质概念模型概化为一维稳定流动一维水动力弥散问题.解析法预测模型选择一维半无限长多孔介质柱体,一端为定浓度边界模型1:一erfc(三1_)+erfc()LoZ2/DLt2ffDLt式中:C为t时刻处的污染物浓度,mg/L;z为距注入点的距离.根据现场地形及实际情况,从尾矿库集水区至下游1000m的距离内,每隔501TI预测一次;t为时间.从环境安全的角度考虑,假设污染物从发生泄漏到泄漏污染物处理完毕不再发生污染的时间为365d
17、;Co为注入的污染物浓度.取最不利情况下,氰化物泄漏源强为800rag/L;为地下水实际流速.根据尾矿库工程勘查报告及尾矿库区地层岩性,取强风化岩层的渗透系数K为4.06m/d,库区至下游的水力坡度J为0.018,有效孔隙度为0.05.根据达西定律:一KJ,其中为地下水的渗透流速,得出地下水实际流速l_7为:一v/n一/J/一4.060.018/0.05:1.48m/d.D为纵向弥散系数.本次评价中,根据经验公式aL一0.83(1gL)确定纵向弥散系数8,其中a为纵向弥散度,L为污染物运移尺度或研究区的近74有色金属(矿山部分)第63卷似最大内径长度.本评价根据矿区水文地质勘查报告,尾矿库工程
18、勘查报告及现场实际情况,得出钆为4.4m.根据DLU,得出DL为6.5m2/d.关资料查得.综上所述,尾矿库集水区一旦发生泄漏,含氰废液将在尾矿库及下游沟谷强风化岩层中运移,根据erfc()为余误差函数.根据水文地质手册及相模型预测,运移结果如表1所示:表1氰化物运移过程中不同距离上的浓度变化Table1ConcentrationsofCyanideatdifferentdistancesduringtransportation3.3尾矿库泄漏风险评价本次评价执行地下水质量标准(GB/T1484893)的类水质标准,其中氰化物标准限值为0.05m_g/L.由表1可见,氰化物在地下水中运移1年后
19、,经过地下水的对流一弥散作用,达到地下水类水质标准时的运移距离小于850m.而离尾矿库最近的下游村庄,距离尾矿库1400ITI.因此,在尾矿库泄漏工况下,考虑最不利情况,含氰废液的泄漏在1年内都不会对下游村庄的地下水水质产生明显影响.尽管如此,建设单位仍需对尾矿库的防渗措施进行定期检测(方法有电学渗漏检测法等)及修补,以提高尾矿库防渗的可靠性l_g.同时在尾矿库下游设置监测井,实时对尾矿库的风险情况进行监测,一旦发生污染事故,立即启动应急预案,以保证尾矿库下游地下水水质不受影响.落漏斗影响范围后,应根据当地的地形地貌特征进行修正,以使结果符合当地实际情况.2)在尾矿库泄漏情况下,预测污染物的运
20、移时,应根据现场勘查对库区水文地质条件进行合理概化并选择合适的预测模型.预测结果可为建设单位制定环境风险应急预案提供依据.参考文献1环境保护部.HJ6102011环境影响评价技术导则地F水环境Is.北京:中国环境科学出版社,2011.E2郑世书,陈江中,刘汉湖,等.专门水文地质学M.徐州:t_】国矿,【大学出版社,1999:39-63.4结论61)在中低山区应用大井法预测矿坑涌水量时,7由于大井法的应用条件和实际情况往往有一定的差异,因此预测的矿坑涌水量的精度不高,但总体来说还是满足要求的.如果条件具备,应尽可能采用水文地质比拟法或数值法等预测精度较高的方法来预r9测矿坑涌水量.在用经验公式得
21、出规则的地下水降郭进伟,邬春生,牟义.大井法矿井涌水量预测在铁矿资源开采中的应用J.矿业安全与环保,2010,37(增刊):2528.马洪超,林立新.大井法预测矿坑涌水量口.采矿技术,2009,9(2):5379.钱学溥.预测矿井涌水量的计算级别与精度评述J.中煤田地质,2007,19(5):4867.张小卫,王伯铎,蒋立荣.金选矿厂含氰废水中氰化物降解及其环境风险评价EJ.地下水,2010,32(3):8789.王大纯,张人权,史毅虹,等.水文地质学基础M.北京:地质出版社,2005:3637.XuMJ,EcksteinY.UseofweightedleastsquaresmethodinevaluationoftherelationshipbetweendispersivityandfieldscaleJ.Groundwater,1995,33(6):905908.沈楼燕,李海港.尾矿库防渗土工膜渗漏问题的探讨J.有色金属(矿山部分),2009,61(3):7l74.
