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基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例易世友1，焦恒1，周长松2,3，高峰1，陈涛1（1.贵州省地矿局第二工程勘察院有限公司贵州省地质矿产勘查开发局 114地质大队,贵州遵义563000；2.中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室/广西岩溶资源环境工程技术研究中心,广西桂林541004；3.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116）+4NO3SO24+4NO3SO24+4+4摘要：在分析岩溶地下河系统范围内水源、污染源特性的基础上，建立了双源调查、源汇追踪和源头阻控为主要内容的岩溶地下河污染修复治理模式三源模式。以遵义市坪桥地下河系统为例，利用三源模式对该地下河污染进行修复治理实践。结果表明：研究区分布有各类水点 25 处，以钻孔、岩溶泉点、地下河出口为主，特征污染物为以 NH、Mn2+、Se2+为主；分布有各类污染源点 15 处，以工业废渣堆放场为主，主要分布在地下河系统下游坪桥工业园区一带，特征污染物同样为以 NH、Mn2+、Se2+为主；地下河系统范围内有 3 条地下水污染通道，均分布在地下河出口与坪桥工业园区 Z1（1#、2#）废渣处置场之间；通过对 2#废渣处置场排洪竖井地下河出口这一污染通道上游段进行帷幕工程修复后，地下河出口可减排污水排放量 47244m3a1，NH、Mn2+浓度可降低 66%78%，其中 NH 最低削减量为 16250kga1，Mn2+最低削减量为 10960kga1。研究结果可为类似地区岩溶地下河系统污染修复治理提供参考。关键词：地下河；污染；修复；双源；近源截排；帷幕工程中图分类号：X52文献标识码：A文章编号:10014810（2023）04064814开放科学（资源服务）标识码（OSID）：0引言岩溶地下河水是中国乃至世界岩溶区重要的水资源，在居民生活、工农业生产中具有举足轻重的地位1。我国岩溶地下河主要分布于包括贵州、广西、云南、湖南、湖北、四川、重庆、广东、陕西等省份在内的岩溶地区，目前已查明的地下河有 3066条，总长度约 13900km，总流量约 1500m3s12。岩溶区土层普遍较薄，且存在地表地下双层结构，污染物可通过薄的土壤层和落水洞、天窗及岩溶裂隙等直接进入地下含水层，使得岩溶地下河水极易受到污染36。近年来，由于城市生活垃圾和工业“三废”等不合理处置，以及农药、化肥的大量使用，导致岩溶地下河水质逐渐恶化的状况时有报道，对地下河沿线居民饮水安全构成了严重威胁。因此，开展地下河污染修复治理实践，对于岩溶地下水污染防治及基金项目：生态环境部地下水污染防治项目（ZKGSF-20212258 号）；贵州省地质勘查基金项目（DKJJ2021-01）；中国地质调查局地质调查项目（DD20230081、DD20221758）；中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目（2021013）第一作者简介：易世友（1983），男，高级工程师，长期从事水文地质、地热地质及地下水污染防治工作。E-mail：。通信作者：周长松（1987），男，副研究员，主要从事岩溶水文地质环境地质科研工作。E-mail：。收稿日期：20230118第42卷第4期中国岩溶Vol.42No.42023年8月CARSOLOGICASINICAAug.2023易世友，焦恒，周长松，等.基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例J.中国岩溶，2023，42（4）：648-661.DOI：10.11932/karst202304y02土地的合理开发利用具有重要的现实意义。目前国内外针对地下河的研究，主要集中在污染物在地下河管道中的分布特征、迁移转化规律、来源解析、污染模式等方面，如任坤等7研究了重金属污染物在老龙洞地下河中的迁移特征，揭示降雨是控制其迁移速度的一个重要因子；VukosavP 等、DautovicJ 等89研究了在没有人为干扰的条件下，由于稀释、扩散、吸附等作用，地下河水中重金属质量浓度自污染源向下游呈减少的趋势。Zhou 等10结合地貌类型、污染源、污染途径和污染受体特性，刻画出岩溶地下河污染的三种基本模式，并给出了地下河污染模式识别的 PISAB 法。对于岩溶地下河污染修复治理方面，还未有正式的成果出现。因此，系统性地探索岩溶地下河污染调查、评价与修复实践，对于地下河保护和水资源合理利用具有一定的理论价值。本研究以双源调查、源汇追踪、源头阻控为基本思路，对地下河污染调查、评价与修复过程进行系统分析，建立岩溶地下河污染修复治理的三源模式。选取有近 20 年污染历史的中国西南裸露岩溶区典型树枝状地下河遵义市坪桥地下河为研究区11，+4以地下河出口东南约 600m 处的坪桥工业园区Z1（1#、2#）废渣处置场为风险源，以地下河水作为风险受体，选取地下河水中 NH、Mn2+为修复指标。研究成果可为西南岩溶区同类型地下河污染修复与治理提供参考。1岩溶地下河污染修复治理“三源模式”概念模型岩溶地下河污染修复是一个系统性工程，其涉及到水源、污染源空间分布的摸底，水源污染状况的核实，污染通道的揭露，修复治理位置及治理方法的选取与实施等。本文利用过程分析法，确定对地下河污染修复有较大影响的因素，建立岩溶地下河污染修复治理模式（简称“三源模式”）。从图 1 可以看出，三源模式包含了“双源调查”、“源汇追踪”、“源头阻控”三方面内容。其中，通过“双源调查”可查清岩溶水源、污染源空间位置与分布特征；通过“源汇追踪”可以揭示岩溶水源与污染源之间的对应关系、污染物迁移路径等；通过“源头阻控”可以切断或降低污染源对地下河水的影响。双源调查源汇追踪源头阻控控源污染模式污染途径贺通道地下水污染溯源历史资料现场踏勘综合分析一般调查区重点调查区污染源水源水文地质调查地下水系统划分埋藏赋存相互关系水均衡分析一般统计污染源清单污染源种类分布特征堆放模式污染方式特征污染物概念升华补径排动态地表水原生次生大气降水XRF现场速测无人机扫侧以下同一般调查区以下同一般调查区阻源污染源阻拦污染物泄露控制污染体堆放控制污水径流拦截地表水补给拦截降水补给污染源水源水源其他方法抽水试验物探示踪定量定性水化学同位素多元统计图1岩溶地下河污染修复治理“三源模式”概念模型Fig.1ConceptualmodeloftheThree-SourceModelforpollutionremediationofkarstundergroundrivers1.1双源调查双源调查涉及到水源、污染源两个主要对象。通过对历史资料与现场踏勘的综合分析，将研究区划分为一般调查区和重点调查区，其中一般调查区针对污染源分布少、人类活动相对弱、地下水污染不显著的广大区域，重点调查区针对污染源分布集中、人类活动强、地下水污染显著的局部区域。水源调查主要针对系统范围内地下水天然露头（泉、地下河出口、天窗、溶潭、有水溶洞、竖井等）、人工露头（钻孔、大口井等）和地表水（河流、湖、塘、库等），第42卷第4期易世友等：基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例649通过采取遥感解译、资料收集、RTK 水位测量、野外线路追索、水化学测试等方法，划分地下河系统边界，查清地下水埋藏赋存规律、补径排特征、动态特征，揭示大气降水、地表水、地下水之间的相互关系，进行水均衡分析，揭示地下水特征污染物，建立地下河补给区、径流区、排泄区水源清单。污染源调查主要对系统范围内工业污染源、矿山开采区、危险废物处置场、垃圾填埋场、污水处理厂、加油站、规模化畜禽养殖场、恶臭水体等，采取的主要方法有遥感解译、资料收集、XRF 重金属现场测试、现场访问等，揭示污染源种类、分布特征、堆放模式、污染方式、特征污染物，建立地下河补给区、径流区、排泄区污染源清单。与非岩溶区污染场地相比，岩溶地下河区污染场地重点查明污染场地所处完整地下河系统的边界条件、岩溶发育特征、污染场地所处的空间位置、污染场地上下游负地形（如天窗、消水洞、洼地等）的分布，识别污染场地上下游地表水与地下水相互转化关系、地表地下岩溶发育强度、岩溶管道分布特征。1.2源汇追踪源汇追踪同样以地下水系统内水源、污染源为主要对象。通过水化学、多元统计等定性方法和同位素等定量方法进行地下河污染溯源，揭示地下水污染与污染源之间的对应关系；通过地下水示踪、物探、钻探等方法精准确定污染途径和污染通道。在此基础上，建立对应的污染模式。其中，污染途径和污染通道的识别与确认是非常关键的一环，单种方法往往达不到预期效果，常常通过多种方法组合的形式来实现，实践中可采取的多方法组合如下：（1）基于环境水文地质等多学科融合的场地尺度岩溶地下水污染通道精准识别技术体系。通过无人机航测+大比例尺场地基础地质测绘+地质剖面测量+井内岩溶发育特征快速精准提取+示踪试验+洞穴测量等技术优化组合创新应用，实现对场地尺度地下水污染通道的精准识别。（2）基于综合物探优化组合的精准探测技术体系。通过综合物探勘测技术手段（充电法、高密度、联合剖面、微动、水文测井、井下电视摄像等）的优化组合创新应用，实现对岩溶区不同深度岩溶发育程度与污染物迁移通道精准探测。例如，高密度电法能在不破坏地表的情况下，探知地层结构、土壤和地下水的电阻率状况，反映高电导率污水的大致分布趋势，为其他方法调查提供初步判别依据。（3）基于综合钻探施工工艺优化组合的精准验证技术体系。通过综合地质钻探施工工艺（常规钻进、空气潜孔锤钻进、长粗径钻具全面破碎钻机等）的优化组合创新应用，实现对不同岩溶发育程度条件区地下水径流主通道精准快速、科学施钻、勘探验证。1.3源头阻控源头阻控包含两大方面，一是从“控源”角度，针对水源及污染源采取控制污水径流和污染体堆放；二是从“阻源”角度，针对水源及污染源采取“清污分流”或“近源截排”的治理思路，“清污分流”是通过合适的工程措施阻断清水（大气降水、地表水或未污染地下水）对污染体的补给和淋滤，“近源截排”是在靠近污染源处采取工程措施拦截并排出受污染地下水体，达到降低下游地下河出口污染物浓度的目的。具体到不同结构类型的地下河系统（如单一管道状、树枝管道状等），可以结合污染源或污染场地所处的位置采取不同“阻源”、“控源”措施。如对于“单一管道状”地下河系统，污染源处于系统上游补给区，可采取清除污染体堆放或控制污染水下泄的控源措施，采取减少污染体上游降水/地表水直接补给的阻源措施，也可采取“近源截排”的治理措施；污染源在系统中游径流区，可采取清除污染体堆放或控制污染水下泄的控源措施，也采取地表硬化和修缮排水系统的阻源措施减少地表水对污染体的淋漓补给；污染源在系统下游排泄区，可采取“清污分流”的控源措施拦截未污染地下河水方式，达到减轻末端处理量的目的。对于“树枝管道状”地下河系统，总体治理可参考单一管道状地下河系统所采取的措施，局部可能要结合地下河管道干流、支流的分布特征，采取一些其它强化措施。2地下河污染修复治理实例2.1研究区概况坪桥地下河系统位于遵义市红花岗区深溪镇，距 离 遵 义 市 城 区约 8km，10654 E10659 E，2733N2737N，系统面积 9.86km2，涉及深溪镇永安村、坪桥村、复兴村等地。系统处于亚热带季风气候区，年平均降水量 1200mm。总体地势南高650中国岩溶2023年北 低，发 育 溶 蚀 沟 谷 地 貌，地 下 河 管 道 发 育受NNEEW 向永安向斜和 NE 向坪桥断层控制，呈一主多枝状发育。系统内地表出露三叠系中统关岭组二段（T2g2）灰岩地层。系统西侧以三叠系中统关岭组中统一段（T2g1）地层底界为界，南侧、东侧以地下分水岭为界，北侧以湘江河为界，地下水总体由南西向北东径流，局部（坪桥工业园一带）由南东向北西径流，以地下河出口（PQS009）的形式排泄至湘江河，偶侧总流量 16Ls1，枯季流量 9.97Ls1。+4SO242002 年地下河出口 PQS009 东南约 600m 处建设坪桥工业园区 1#废渣处置场，未做防渗处理，用于堆存园区企业产生的工业废渣（铁合金渣、炼钢废渣、电解锰渣），服务期为 20032011 年。2011 年紧邻 1#废渣处置场上游修建 2#废渣处置场，用于堆存园区企业产生的电解锰渣，做防渗处理，服务期 2012 年至 2018 年。自 2004 年以来，坪桥地下河水质逐渐变差，主要污染指标有 NH、Mn2+、等，受污染的地下河水通过地下河出口汇入乌江支流湘江河，致使该河水质退化。2017 年中央环保督察组交办遵义+4SO24市的 31 个整改问题中，湘江河水质退化问题位列其中。2019 年 9 月生态环境部正式启动了首批次“地下水污染防治试点”工作，全国共有 18 个省（区、市）49 个项目入选第一批地下水污染防治试点12，“坪桥地下河系统污染防治”是其中 14 个地下水污染修复类项目之一，也是首个西南岩溶地下河污染修复类项目。该项目分为水文地质详细调查、区域环境调查、地下水环境风险评估、地下水污染防治工程设计及招标、地下水污染防治工程实施、工程验收及绩效考核和后期运维等六个阶段。前四个阶段调查、评价结果揭示地下河出口东南约 600m 处的坪桥工业园区 Z1（1#、2#）废渣处置场为坪桥地下河出口NH、Mn2+、超标的主要污染源。2022 年 9 月开始进行以 2#废渣处置场为中心的地下水帷幕工程修复治理（图 2）。2.2双源调查结果与分析2.2.1双源及特征污染物清单通过以双源调查为核心的 11 万一般区水文纯碳酸盐岩00.51.01.5 km不纯碳酸盐岩松散岩Z1 废渣处置场断层向斜地质界线观察剖面地下河地表河系统边界修复治理区地下水帷幕工程有水溶洞消水洞渗流观测孔下降泉钻孔排洪竖井地下水流向图2研究区地理位置图Fig.2Locationofthestudyarea第42卷第4期易世友等：基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例651地质环境地质专项调查和 12000 重点区水文地质环境地质专项调查，查明地下河系统范围内地下河出口、地下河入口、天窗、溶潭、消水洞、泉、机井、民井、钻孔、水塘等地表、地下水点 25 处，查清主要污染源点 15 处（图 3）。污染源工业废渣场工矿业废水生活污水生-建垃圾场矿企加工区加油站地下河出口有水落水洞天窗下降泉地下河管道断层系统边界地下水流向00.51.0 km钻孔落水洞地表河水源其它图3研究区水源和污染源分布图Fig.3Distributionofwatersourcesandpollutionsourcesinthestudyarea+4NO3SO24通过对系统范围内 2021 年 9 月丰水期采集的20 组水样和 12 月枯水期采集的 20 组水样测试结果进行地下水质量评价（地下水质量标准（GB/T14848-2017），结果显示地下河下游水质要劣于上游水质，且均以 IV、V 类水为主，特征污染指标均以 NH、Mn2+、Se2+为主。+4NO3SO24+4SO24进一步对系统范围内主要污染源（电解锰渣、碱厂电石渣、锰钛厂废渣、钛厂废渣、水冲渣）淋滤液进行了全分析和微量元素测试，按照地下水质量标准（GB/T14848-2017）对淋滤液测试结果进行了质量评价，将水质评价结果 IV、V 类组分作为相应淋滤液的特征污染组分，结果表明电解锰渣、锰钛废渣淋滤液、NH、Mn2+、Se2+等指标超标，水冲渣废水池 NH、Mn2+、Se2+等指标超标，污水+4+4汇集塘 NH、Mn2+、Se2+等指标超标，碱厂电石渣淋滤液 NH 超标。电解锰渣超标指标与地下河出口超标指标完全吻合，初步锁定地下河出口东南约600m 处坪桥工业园区 Z1（1#、2#）废渣处置场为坪桥地下河出口主要污染补给区。2.2.2地下水特征污染指标分布+4NO3SO24+4+4由前述可知，研究区地下水中 NH、Mn2+、Se2+为主要超标指标，其中 Mn2+、NH 尤为突出。本次结合 2021 年 9 月和 12 月两期水化学数据，着重介绍 Mn2+、NH 的在坪桥地下河系统内的分布特征。研究区地下水中 Mn2+在丰、枯水期超标点集中分布于地下河系统下游出口至坪桥工业园区 1#、2#652中国岩溶2023年废渣处置场一带（图 4），其中坪桥地下河出口 PQS009丰水期、枯水期 Mn2+含量分别为 21.31mgL1、19.76mgL1，远高于其它采样点 Mn2+含量，其含量与坪桥工业园区废渣处置场淋滤液（24.24mgL1）极为接近，分别达到渗滤液浓度的 87.9%、81.51%，反应出 1#、2#处置场为坪桥地下河出口 Mn2+超标的目标污染源。+4研究区地下水中 NH 在丰、枯水期超标分布与+4Mn2+超标分布大致相同（图 5），地下河出口 PQS009含量分别为 143.6mgL1、109.05mgL1，溶度含量分别高出大气降水 141.1 倍、92.4 倍，溶度含量达到废渣处置场淋滤液（427.88mgL1）的 33.56%、25.48%，同样反应出废渣处置场为地下河出口 NH 超标的目标污染源。丰水期枯水期Mn2+质量等级其它有水落水洞下降泉落水洞地下河管道及出口地下水流向系统边界河流00.51.0 kmIIIIIIIVVMn2+质量等级其它有水落水洞下降泉落水洞地下河管道及出口地下水流向系统边界河流IIIIIIIVV00.51.0 km图4研究区丰枯季节地下水 Mn2+质量分级图Fig.4QualitygradingofgroundwaterMn2+inthestudyareaduringtherainyanddryseasonsNH4+质量等级其它有水落水洞下降泉落水洞地下河管道及出口地下水流向系统边界河流0.501.0 kmIIIIIIIVVNH4+质量等级其它有水落水洞下降泉落水洞地下河管道及出口地下水流向系统边界河流0.501.0 kmIIIIIIIVV丰水期枯水期+4图5研究区丰枯季节地下水 NH 质量分级图+4Fig.5QualitygradingofgroundwaterNH inthestudyareaduringtherainyanddryseasons第42卷第4期易世友等：基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例6532.3源汇追踪结果与分析2.3.1地下水污染溯源地下河中硝态氮的来源相对复杂，多为自然因素和人为因素的混合源13。而氮的生物地球化学循环中通常伴随着反硝化作用、固氮作用等，这些作用均会使 15N 发生分馏作用，导致不同来源的硝酸盐具有不同的 15N 值。但不同的硝酸盐 15N 值存在重叠现象，且不同来源或不同时期的硝酸盐 15N 值会受到反硝化作用等的影响而产生分馏，故单独使用15N 判断硝酸盐污染来源的准确性会受到限制。而硝酸盐中 18O 能有效识别反硝化等作用的发生，一定程度上弥补 15N 识别硝酸盐污染来源的不足。Nestler 等1415总结了最常见的 5 种硝酸盐来源的15N 和 18O 范围（图 6）。因此，可采用 15N 和 18O来解析出真实的硝酸盐污染来源。1010010203040YSPQS009PQTCLLZ3Z4Z2PQG024PQE019反硝化作用大气降雨中 NO3NO3 化肥含 NH4+肥料土壤 N动物粪便及废污水典型污染源采样点2.1:11.3:1HDH067506001015N/18O/203040图6研究区双源氮氧同位素分布图Fig.6Distributionofdual-source15Nand18Ointhestudyarea+4NO3+4+4本次在坪桥地下河系统采集氮氧同位素水样1 组、典型污染源样 7 组。对于典型污染源样，PQTCLL、Z2 代表了两种“含 NH 肥料”源；PQE019、PQG024 代表了两种“动物粪便及废污水”源；YS 代表了“大气降水中 NO3”源。将 8 组水样氮氧同位素测试值投射在不同硝酸盐来源的典型范围内（图 6）。利用 IsoSource模型16计算研究区除雨水外的各水体硝酸盐污染来源贡献比例，揭示不同端元对地下河出口 PQS009 中贡献大小为：含 NH肥料(53%)粪肥污水(31%)土壤氮(16%)，而含NH 肥料中 83.01%的氮素来源于 1#、2#废渣处置场+4渗滤液，进一步证实了该废渣处置场为地下河出口NH 超标的主要污染源。2.3.2污染途径和通道识别2.3.2.1污染途径和污染通道识别地下河系统下游污染源集中、地下水污染突出，将其化为重点区开展详细的源汇追踪。采取的追踪手段有地面详查、遥感解译、综合物探、钻探、示踪试验、水质分析，结果表明在地下河出口与 1#、2#废渣处置场之间存在 3 条地下水污染通道（图 7）17：以地下水示踪试验成果证实的 PQE019（消水洞）PQG025（天窗）PQS009（地下河出口）污染通道；以综合物探、钻探、水质分析成果精准查证的与1#、2#废渣处置场北东部地下水污染通道，即 2#废渣处置场排洪竖井CK8（钻孔）J02（监测井）CK6、CK11（钻 孔）JC04（监 测 井）、ZK2（钻 孔）PQG025（天窗）PQS009（地下河出口）污染通道；以综合物探成果推测的 1#废渣处置场PQG025（天窗）PQS009（地下河出口）污染通道。上述第 3条污染通道是污染迁移最为突出的一条，也是本次污染修复工程的重点所在。2.3.2.2重点污染通道段岩溶发育特征及透水性分析2#废渣处置场排洪竖井CK8（钻孔）J02（监测井）CK6、CK11（钻孔）JC04（监测井）、ZK2（钻孔）PQG025（天窗）PQS009（地下河出口）污染通道是研究区最主要的一条污染通道。针对该条污染通道靠近 2#废渣处置场的部分（2#废渣处置场CK8 钻孔、J02 监测井CK6 和 CK11 钻孔一线）采取钻探、物探等手段进行了地下水位埋深、污染通道埋深、污染通道介质类型的分析，结果表明该区枯水期地下水位标高在 813.78816.303m（最高水位位于 CK11 号钻孔，最低水位位于 CK9号钻孔，两者相差 2.523m），丰水期地下水位标高在 823.98826.503m。总体上垂向岩溶发育程度分为两带（图 8），标高 800m 以上部分为灰岩岩溶强发育带，岩溶裂隙、溶洞等较发育，线岩溶率在21.19%35.06%，透水性中等强为主；标高 800m以下部分为泥质灰岩岩溶微发育带，钻孔线岩溶率为 08.88%，透水性总体以微弱弱为主，具有相对隔水作用。地下水污染通道标高在 812815m，通道介质以岩溶裂隙为主，垂向上污染通道位于654中国岩溶2023年CK6 钻孔孔深5658.97m 段、CK8 孔深56.4864.40m段、CK10 孔深 69.4671.08m 段及 CK11 钻孔孔深59.5461.74m 段。已有研究表明1819，压水试验（又称“吕荣试验”）获取的以吕荣（Lu）为单位表征的试段岩体透水率能够反映地下岩层透水性。研究区勘察孔（CK1、CK2、CK3、CK4、CK5、CK6、CK9、CK11、CK12、CK14）压水试验结果表明（图 9）：浅部（标高 800m 以上）灰岩段透水率在 1095.9Lu 之间，遇溶洞、裂隙段透水率一般为 20.6495.9Lu，属于中等透水带；深部（标高 800m 以下）泥质灰岩段透水率一般小于10Lu（揭露泥质灰岩 10m 左右后，透水性进一步减弱，吕荣值降到 1Lu 以下），属于弱透水带，视为相对隔水层。2.4源头阻控结果与分析2.4.1工程修复措施针对已查明的 2#废渣处置场北东部污染通道，在双源调查、源汇追踪的基础上，结合污染源在地下水系统中空间位置，提出了“近源截排”源头阻控模0相对隔水层已污染的管道天窗示踪连通的管道含水层下降泉落水洞向斜已证实的污染通道地下河出口地下水流向断层推测的污染通道钻孔子系统边界断层代号200 m图7坪桥地下河系统下游污染通道分布示意图Fig.7DistributionofdownstreampollutionchannelsinthePingqiaoundergroundriver0255075100780800820840860880900780800820840高程/m86088090050CK5 CK3 CK1CK4强发育带灰岩段泥质灰岩段T2g2微发育带溶洞(无充填)岩性变化分界线地层代号溶洞(充填)岩溶裂隙CK11 CK6 CK9CK2CK12CK14/m图8钻孔揭露岩溶发育情况剖面图Fig.8Profileofkarstdevelopmentexposedbyboreholes第42卷第4期易世友等：基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例655式，具体工程措施包括：在污染源（2#废渣处置场）下游区域实施地下帷幕工程，拦截汇集在地下水污染通道中受污染的地下水，局部抬升受污染区地下水水位，防止污染扩散，达到“阻源”的目的；在帷幕工程上游区域实施抽排井，将受污地下水抽出，由企业回用，达到“控源”的目的。帷幕工程平面和剖面布置如下：2.4.1.1帷幕工程平面基于受污染地下水系统空间结构特征，“近源截排”中的地下水帷幕工程平面上采用近似“U”型的架构布置（图 10），帷幕线位置以污染通道 CK6、CK11 钻孔为中心，垂直于地下水主径流带，两侧边界以钻孔揭露的地下水污染物含量明显低于污染主径流带为依据，CK9 勘察孔为帷幕东侧边界，CK5 勘察孔为帷幕西侧边界。帷幕长度 150m，按双排防渗，孔距和排距为 1.5m，呈梅花型布置，并将灌浆孔序按 2 序次施工，其中一序孔距 3m，二序孔距 3m。防渗帷幕灌浆孔 196 孔、抽排井 2 孔及渗流观测孔4 孔。有效防渗总面积 3880m2，钻孔总进尺 13778.5m，其中有效进尺 5165.9m，无效进尺 8612.6m。2.4.1.2帷幕工程垂向布置结合钻探、物探揭露的垂向岩溶发育及透水性特征，最终确定帷幕工程底界布置于具有透水率较低（小于 3Lu）、厚度较大（厚 1015m）、岩溶不发育的泥质灰岩层，底界标高为 787821m；帷幕工程顶界以丰水期最高地下水位标高 825m 为依据，增加至标高 830m（图 11）。2.4.1.3抽排井布置抽排井的目的是抽出地下帷幕工程汇集的受污地下水。结合污染通道的位置，设置 2 口抽排井（PWZK01、PWZK02），孔位布置于帷幕上游与污染三叠系中统关岭组第二段勘察钻孔编号及孔口标高岩层产状剖面线及编号剖面线拐点一序孔二序孔图10地下水帷幕工程平面布置图Fig.10Layoutplanofgroundwatercurtainengineering0255075100760780800820840高程/m86088090076078080082084086088090050CK5 CK3 CK1CK4灰岩段泥质灰岩段T2g2微透水弱透水中等透水(10q100 Lu)微透水(0.1q1 Lu)弱透水(1q10 Lu)CK11 CK6 CK9CK2CK12CK14/m岩性变化分界线地层代号图9透水性综合分区图Fig.9Comprehensivezoningofpermeability656中国岩溶2023年源（2#废渣处置场）之间，孔深分别为 80m，进入具有相对隔水功能的泥质灰岩段 10m 左右，孔径能满足排污需求。2.4.2治理工程效果评估2.4.2.1帷幕上游地下水水位抬升情况实施地下水帷幕工程后，通过对渗流观测孔及抽排井（PWZK1、PWZK2）地下水水位观测，帷幕上游地下水水位稳步抬升，地下水位标高由 815.68m上升至 823.35m（图 12），而帷幕下游地下水位无明显变化，说明帷幕工程已经截断了上游污染物运移通道，可以汇集截获受污地下水。进一步对两个抽排井进行抽水试验，累计抽水量达787.4m3d1（PWZK1钻孔流量249.13m3d1，PWZK2 钻孔流量538.27m3d1），较工程实施前污染水量 24m3d1增加 32 倍。持续抽水 34d后，地下水水位降至 811m，停抽 23d 后，地下水水位恢复至 823m。2.4.2.2帷幕上游抽排井污染物浓度情况+4PWZK1、PWZK2 两个抽排井抽出的污染水特征 污 染 物中 NH 含 量 最 高 达 469mgL1（超 标875.03364936127CK5CK11CK6CK2870.0865.0860.0855.0850.0845.0840.0835.0830.0825.0820.0815.0810.0805.0800.0795.0790.0785.0123456789101112高程/m高程/m地面线帷幕边界帷幕下限帷幕下限帷幕下限帷幕上限帷幕下限丰水期最高水位线勘察期水位线 814817 m40.93825.00825.0045.9351.9856.9860.0864.8872.0079.0080.2275.2280.2575.2566.1961.6756.3750.4445.4139.7140.0045.5650.8356.6661.2766.2174.6080.4084.9023317T2g2图11地下水帷幕工程剖面图1-地层代号2-地层产状3-灰岩4-泥灰岩5 地层界线6-地下水帷幕界线7-地下水位8-方向9-钻孔深度(m)10-地下水帷幕蓄水区11-上游注浆孔12-下游注浆孔Fig.11Profileofgroundwatercurtainengineering1-stratigraphiccode2-attitudeofstratum3-limestone4-muddylimestone5-stratigraphicboundary6-groundwatercurtainlimit7-groundwaterlevel8-direction9-drillingdepth(m)10-groundwatercurtainreservoir11-upstreamgroutinghole12-downstreamgroutinghole900168ZK8 47.4315CK680.2558.26JC0277.059.93PWZK0280CK878.5330.014.50867.65815.68815.64T2g2180813.2762.3880高程/m高程/m860840820800900880860840820800帷幕下游帷幕工程蓄水区锰渣库渗滤液泥质灰岩灰岩地下水位线帷幕工程实施前后地下水位帷幕工程实施前后地下水位 815.68 m帷幕工程实施后地下水位 823.35 m813.27 m830.18 m799.78 m0204060 m帷幕上游公路坪桥工业园区 2#锰渣库排洪竖井防渗帷幕墙图12近源截排工程实施前后地下水水位变化剖面图Fig.12Profileofgroundwaterlevelchangesbeforeandaftertheimplementationoftheprojectofnear-sourceinterceptionanddrainage第42卷第4期易世友等：基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理以遵义坪桥地下河系统为例657+4+4938 倍），Mn2+含量最高达 254mgL1（超标 2540 倍），其中 PWZK1 钻孔 NH 含量一般为 77.8469mgL1，Mn2+含量为 68.2254mgL1；PWZK2 钻孔 NH 含量一般为 26.8420mgL1，Mn2+含量为 102254mgL1。2.4.2.3帷幕下游地下河出口污染物浓度变化情况+4+4+4+4在“近源截排”工程实施前后，坪桥地下河出口PQS009 水质监测结果为（图 13）：在抽排井 PWZK1、PWZK2 未抽水阶段，NH 含量 76143.6mgL1，Mn2+含量为 14.20621.31mgL1，出口流量为 5.0295.349Ls1；在抽排井 PWZK1、PWZK2 间歇性抽水阶段，抽水期间地下河出口特征污染物浓度呈下降趋势，停止抽水期间地下水位溢过地下帷幕坝高程，地下河出口 NH、Mn2+浓度有明显上升趋势；在抽排井PWZK1、PWZK2 连续抽水阶段，地下河出口 NH、Mn2+浓度保持较低的水平，NH 含量一般为 14.458.6mgL1，Mn2+含量一般为 2.386.39mgL1，特征污染物浓度较未抽水阶段降低 66%78%。2.4.2.4治理工程削减污染物排放量分析截流削减量20是指治理工程截获、收集到的全部污水因进入企业回用后，削减的污染物排放量，计算方式为：mi=Q1*Ci，其中mi为每年地下水中污染物削减量，单位 kg，Q1表示治理工程每年截获的总污水量，单位 m3，Ci表示污水中对应特征污染因子浓度，单位 kgm3。本次采用上述公式进行“近源截排”工程污染物截流削减量计算。+4+42023 年 3 月“近源截排”完工后抽排井监测数据显示，3 月份（枯季）抽水量为 3937m3，以此计算每年最低抽出污水量大约为 47244m3，抽出液特征污染因子中 NH 含量 218469mgL1，以平均值 344mgL1（0.344kgm3）计，NH 截流削减量mNH4+=16250kga1；Mn2+含量为 210.8254mgL1，以平均值232mgL1（0.232kgm3），Mn2+截流削减量mMn2+=10960kga1。3结论（1）在分析岩溶地下河范围内水源、污染源特性的基础上，建立了岩溶地下河污染修复治理模式三源模式，涉及到“双源调查”、“源汇追踪”、“源头阻控”三方面内容，确定了各内容的目的和范围。该模式可用于西南岩溶地下河污染修复治理；30252015Mn2+/mgL1NH4+/mgL11050年.月.日月.日.时日期未抽水间歇性抽水连续抽水Mn2+200180160140120100806040200NH4+2022.09.052022.09.242022.10.262022.11.252022.12.252023.01.192023.02.192023.03.062023.03.1003.12.16:0003.14.10:0003.14.16:0003.15.12:0003.16.12:0003.16.18:0003.17.10:0003.17.16:0003.18.08:0003.18.14:0003.18.20:0003.19.12:0003.19.18:0003.20.10:0003.20.16:0003.21.08:0003.21.14:0003.21.20:0003.22.12:0003.22.18:00+4图13抽排井抽水前后地下河出口 Mn2+、NH 含量随时间变化曲线+4Fig.13TimevariationcurvesofMn2+andNH contentsattheoutletoftheundergroundriverbeforeandafterpumpingfromthedrainagewell658中国岩溶2023年+4NO3SO24+4+4+4（2）运用构建的“三源模式”对有近 20 年污染历史的坪桥地下河进行污染修复治理，结果表明：地下水中 NH、Mn2+、Se2+为主要超标指标，其中 Mn2+、NH 尤为突出；坪桥工业园区 1#、2#废渣处置场为地下河 Mn2+、NH 污染的主要污染源；地下河出口与 1#、2#废渣处置场之间存在三条地下水污染通道，其中 2#废渣处置场排洪竖井至地下河出口这一条为主要污染通道；帷幕工程实施后帷幕上下游形成了明显的水位差，能够形成有效的类似地下水库的蓄积区；抽排井抽水后，地下河出口 NH 最低削减量为16250kga1，Mn2+最低削减量为 10960kga1；（3）受岩溶复杂性的影响，污染源、水源追踪溯源方法需进一步探讨，同时，由于“三源模式”涉及的工作内容较多，单个案例往往不能充分展示各部分内容，建议将“三源模式”应用到不同地形地貌、地质、污染源条件下的岩溶地下河污染修复治理，进一步完善“三源模式”；（4）岩溶地下河区地表受污染土壤和地下