水文地质勘察：矿区地下水污染调查

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【摘要】：其对矿区地下水的污染取决于矿体化学元素的组成。污染水文地质条件调查中,为查明地下水污染带的分布范围,往住需要物探及钻探的手段。

11.7.2.1 矿区地下水的污染类型

矿区地下水污染类型多种多样,其主要污染情况有以下几种[121,122]:

(1)开采硫化矿床疏干排出的酸性矿坑水,如未经处理就排入矿区附近的地表水中,造成严重的环境污染。

(2)矿坑水中往往富含矿体及围岩中的多种元素组分,尤其是硫化矿床在酸性水的作用下,岩矿中的金属组分和微量元素转入水中富集、迁移,形成污染源。

(3)矿坑水的碱性及矿物的化学成分,往往引发地下水污染事件。

(4)酸性矿坑水的排水引起矿区及附近土壤物理、化学性质的改变,使土壤的pH值降低,金属离子含量增加。

(5)铀矿床分布地区往往造成放射性污染,使矿区附近地下水中放射性元素含量显著增高。

(6)临海采矿时,长期排水使疏干降落漏斗扩展到海边,引起海水入侵污染含水层。

11.7.2.2 矿区地下水污染源及污染途径

矿区地下水水质受原生和次生环境水文地质条件的制约。次生环境水文地质是指地下水在运动过程中与矿体及围岩等发生水—岩作用,引起水质变化。在采矿疏干过程中,原生和次生环境水文地质条件都会通过不同的途径对矿区地下水造成污染[121,122]。

1.矿区地下水污染源

(1)矿体水。直接循环在矿体内的水称之为矿体水,其组成矿体的矿物被破坏并溶解于水中使得地下水的水质发生明显变化。其对矿区地下水的污染取决于矿体化学元素的组成。

(2)矿山固体废物。废渣堆、尾矿库是矿山生产过程中的固体废弃物,也是矿区地下水的主要污染源。它们对矿区地下水的污染取决于矿床的矿物岩石性质、化学成分、选矿工艺流程、浮选药剂、矿山废水治理措施以及矿区的自然地理和水文地质条件等多方面的因素。

(3)选矿废水。选矿废水是从选矿厂排出的废液,它对环境的污染程度取决于矿石矿物的化学成分、浮选药剂的成分及废水处理效果。

(4)入侵海水。在沿海地区开采地下水或采矿疏干均可能引起海水倒灌。它的污染作用一方面是海水入侵直接污染地下水源,另一方面促使了采矿疏干已排出的盐水又经过重新渗入并污染地下水。

2.矿区地下水的污染途径

矿区地下水污染途径是复杂多样的,包括矿坑自身地下水的污染和矿山排出的废渣废液经过各种途径,又重新渗入地下造成的污染。在污染过程中,大部分污染物都是随着对地下水的补给过程进入地下水中的。因此,地下水的污染途径与地下水的补给来源有着密切的联系(图11-34)。

(1)通过包气带渗入型。污染物从上而下经过包气带渗入,污染对象主要是潜水,又可分为间歇入渗和连续渗入两种类型。

(2)越流型。污染物通过层间越流的形式进行转移。采矿疏干过程中,由于被疏干含水层水位大幅度下降,与顶板、底板相邻近含水层形成很大的水头差,使相邻含水层与疏干含水层产生越流补给,将污染物带入。

(3)径流型。其特点是污染物通过地下水径流的方式进入含水层。污染物通过废弃的旧矿坑、岩溶通道或海水入侵引起含水层的污染。

11.7.2.3 矿区地下水污染的调查

勘探阶段矿区地下水污染的调查工作可分为两种:勘探矿区地下水污染调查和扩大延伸矿区专门地下水污染调查。

1.勘探矿区地下水污染调查

在矿床勘探阶段,环境水文地质问题尚未出现,应着重调查研究第一环境,即天然水文地质条件。查明其水文地球化学规律。在此基础上,研究矿区地下水水质在人为因素影响下可能发生的变化及其对环境的影响,开展必要的监测与试验工作,为矿山开采设计提供依据。在此阶段,要调查的内容主要如下:

(1)矿区天然水(包括地表水和地下水)的循环条件和分布规律。

(2)天然水(地下水、地表水)的环境背景值(污染起始值)或对照值,水化学元素的迁移、聚集和分布规律。

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图11-34　矿区地下水污染途径示意图

(3)与矿床充水有关的含水层的岩石性质,主要组成矿物及其化学成分。

(4)矿体及围岩的成分和化学特性。

(5)矿区开发可能引起的污染问题,包括污染源、污染范围、污染程度。提出防治污染的措施及建议。

2.扩大延伸矿区专门地下水污染的调查

已经开采矿区往往存在地下水污染问题,特别是硫化矿床、高硫煤矿床、放射性、汞等矿床污染较严重。因此,当扩大延深勘探矿区已发现污染较重时,应作专门的地下水污染调查,以便查明污染源,对污染程度作出确切评价,并为治理污染采取可靠的措施。专门性地下水污染的调查的内容包括以下几个方面:

(1)污染源及污染途径的调查。在矿区进行地下水污染调查时,首先调查从矿山排出的废液及固体废弃物,如矿坑水的特征、选矿厂的工艺流程及废水特征。重点对污水排放渠道进行详细调查。矿山固体废物堆放地点、占地面积、废渣数量、矿物岩石成分及其化学组成、可溶性等。重点调查有无淋滤污染地下水的迹象。

调查可能造成地下水污染的人为通道,例如封闭不良的钻孔、废弃的旧矿坑等。

(2)自然地理及水文地质条件调查。调查矿区及区域的地形地貌条件,收集有关气象资料,水文资料。研究自然地理因素对地下水污染的影响。

(3)水化学调查。调查内容包括对大气降水、地表水、地下水、矿坑排水、选矿废水等化学成分的测定。水质分析除常规项以外,还要根据矿床类别与选矿工艺流程的不同增加分析项目。多金属硫化矿床要增加对所含主要金属元素及伴生矿物元素的分析。放射性矿床增加对放射性元素射线能量的测试。

(4)勘探及试验工作。污染水文地质条件调查中,为查明地下水污染带的分布范围,往住需要物探及钻探的手段。勘探范围要达到污染带的边界,勘探线应垂直调查区内被污染含水层(或污染带)的延伸方向,钻孔的深度要达到污染含水层的底板;钻孔的线距、孔距与孔数视研究区水文地质条件复杂程度和研究程度而定。污染水文地质试验包括弥散试验和介质自净能力试验。弥散试验主要是在野外进行,其目的是求取弥散系数,为进行地下水水质数学模型预测提供参数。介质自净能力试验也主要是在野外土壤表层进行,用来了解污染物在土壤层中的自净规律以及土壤层对污染物的净化吸附能力。

(5)地下水污染的监测。地下水的污染监测实质上是对地下水及地表水水质的长期监测,其目的是查明地下水污染组分含量随时间的变化规律,为预测污染的发展趋势和防治地下水污染提供依据。水质监测工作是在污染水文地质调查的基础上,根据区域水文地质条件与环境水文地球化学特征,结合已掌握的污染情况,定时定点采样分析并进行资料的综合分析研究。

水文地质勘察：矿区地下水污染调查

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