摘要：古丈县断龙山镇尾矿渗漏污染源追踪在研究岩溶地区尾矿库渗漏调查工作具有较大参考价值，通过对尾矿库地下水示踪试验研究，采用颜色示踪法与离子示踪法确定尾矿库地下水运移方向，查明渗漏污染源，为尾矿库的防渗治理问题作为参考。

　　关键词：尾矿库；渗漏；弥散试验

　　古丈县县域矿产资源丰富，生态环境优良，全县已发现固体矿产18种，已探明储量并列入《湖南省矿产资源储量简表》的有锰、钒、铜、硫、磷、水泥灰岩、水泥配料用砂岩等7个矿种。随着锰矿工业的发展，大量的尾矿堆积在尾矿库可能会对地下水形成污染，经初步调查断龙山镇一岩溶出水口地下水出现了锰污染，环保部门在该处取样分析初步推测污染原因为附近尾矿库渗漏。为贯彻“谁污染、谁治理”的环保理念，拟对岩溶出水口产生渗漏污染的源头开展示踪追踪工作，明确污染源头责任企业。对污染源采用示踪追踪具有较高的调查研究价值，为同类似追踪溯源研究提供工作方法。

　　1周边尾矿库库

　　经踏勘及资料收集，古丈县断龙山镇存在2座尾矿库，其中距受污染的岩溶出水口最近尾矿库平距仅0.65km，通过收集资料该尾矿库原为一天然北西向岩溶洼地，直径约100m，洼地中心有一落水洞，该尾矿库于2007年投产堆放锰渣，库内未做排渗设施、排洪设施运营5年，由于该尾矿库主坝及副坝砌筑不规范，内外坡比过陡，坝体稳定性差，目前库内未有排渗设施，排洪设施，鉴定该尾矿库属险库，2011年按设计要求增设排渗、排洪设施和对现有尾矿库进行扩容、主坝重新设计及副坝进行加固处理，该尾矿库整治完成后，主坝初期坝坝顶标高335.00m，最大坝高为9.00m，后期堆积坝坝顶标高为345.00m，堆高10m，相应总坝高为19.00m。同时完善截排水沟、排渗系统及锰液收集池等防渗设计等。

　　根据上述简分析，初步推断该尾矿库与岩溶出水口污染有较大因果关联，拟在该库区周边开展物探工作、布置水文钻探，量测水位，抽水试验，取水样、弥散试验等。

　　2工程地质条件

　　2.1地形地貌

　　场地地形为构造侵蚀溶蚀型低山丘陵岩溶斜坡沟谷地形，地势总体南东高北西低，图区范围最高点标高419.90m(位于库区北东侧约300m处山顶)，一般地形标高300~4 00m,最低点标高198m(位于库区西侧约430m处的河流河谷底)，相对切割深度221.00m，为中等切割的丘陵斜坡沟谷地貌。山坡坡度一般30°~40°。附近植被较发育，多为杂草类植物。该尾矿库位于北西向岩溶洼地内。

　　2.2地层岩性

　　调查区分布地层主要有第四系(Q4)及寒武系上统比条组(∈3b)地层，第四系地层素填土层，杂色，松散-中密为主，主要由碎石土组成(粒径大于200mm的占70%以上，母岩为中风化灰岩)，夹少量黏性土，孔隙大，钻探漏水、且需套管跟进；残坡积层黏土层，残积形成，黄褐色、褐色，可塑状，中压缩性，干强度高，韧性高，切面光滑，无摇震反应，致密结构；基岩为寒武系上统比条组强—微风化灰岩，灰黄色—灰色，泥晶结构，厚层状构造，矿物成分主要为黏土矿物与方解石，岩体结构类型为层状结构，原岩结构部分破坏，节理裂隙发育，岩体较破碎—较完整，层中岩溶发育，附近岩溶洼地及落水洞等岩溶形态多见。2.3水文地质特征

　　(1)地表水。

　　调查区临近河流，属酉水一级支流，地下水补给来源主要为东、西侧区域大气降水，其汇水面积10km2以上；大气降水在山脊或斜坡通过岩溶天坑流入或溶蚀、风化裂隙以渗入方式补给地下水，地下水在溶蚀裂隙中运动，顺着含水层倾斜方向，由山脊、斜坡向河流运移，于该河沿岸或底部以泄流或泉水形式排于河流。

　　岩溶出水口位于河流正上方，实测流量10l/s，出水口高程235m，汇入下方河流。

　　(2)地下水。

　　场地内地下水类型主要为灰岩岩溶裂隙水，含水岩层为寒武系上统比条组(∈3b)灰岩，岩层产状:倾向4°~18°，倾角7°~12°左右，厚度约80m。该层中岩溶较发育，泉水出露稀少，库区范围未见泉水出露，钻孔揭露地下水位埋深16.60~48.00m，根据区域资料本岩性层为中等岩溶裂隙含水层。库区上游无常年性地表水流，仅有间歇性地表水流，地下水主要补给来源是大气降水，补给方式以沿洼地、漏斗等岩溶通道灌入式补给为主，库区汇水范围内汇集的雨水除蒸发部分外，全部沿洼地中漏斗灌入地下，库区地下水主要沿北西向的溶洞或岩溶管道、溶蚀裂隙向北西方向径流，流速较快，一般具无压紊流特征。

　　2.4岩溶发育特征

　　场地岩溶发育，该尾矿库原为一近圆形的溶蚀洼地，直径约为100m，发育标高320~330m，洼地中心有一消水洞，已被尾矿压覆。库区主坝北西约100m处发育一个落水洞，直径约10m，深8m，底部岩块及黏土充填，可消水。该落水洞主要沿北西向构造裂隙发育而成。

　　调查期间为雨季，大量地表水通过第四系沿漏斗条带下渗，据周边走访该地区常年性漏失地表水。河流周边沿公路边坡可见发育的北东向溶蚀裂隙，沿裂隙可见宽1~5cm，高1.00m的缝隙状小溶洞，走向延伸长度约0.5m，一般发育在地表浅部灰岩中。

　　3调查工作方案

　　根据项目特殊性及场地地形地貌、水文地质条件，总体工作方案是：地形测量和水文地质测绘→物探工作→水文地质钻探→弥散试验→测试分析→综合评价。

　　(1)形测量和水文地质测绘：本工作主要是地形测量与地表的水文地质测绘，查明地表水文地质、环境地质、岩溶漏斗、断层及节理裂隙发育情况，为物探、水文地质钻探提供参考依据。

　　(2)物探工作：了解尾矿厚度及尾矿堆积层下部及周边岩溶分布情况，对尾矿库及周边50m范围内开展物探工作，主要目的是通过物探工作成果，了解尾矿厚度及尾矿堆积层下部及周边岩溶分布情况，为布置水文钻孔提供科学依据。

　　(3)水文地质钻探：据前期工作成果，于疑似可能渗漏部位布置钻探或探井工作，钻探或探井深度由物探结果确定。在水文地质钻孔内测量水位、取样及为弥散试验准备。

　　(4)弥散试验：在水文地质钻孔中投放示踪剂，观察岩溶出水口联通情况，以基本确定污染物的来源。

　　(5)测试分析：通过不同地点的水、土试验分析，根据锰(Mn)含量指标判定水、土污染范围及程度、疑似的渗流路径。

　　(6)综合评价：根据外野调查结果，结合现场弥散试验及室内测试综合分析，确定污染源。

　　该方案根据项目特点及场地工程、水文地质条件，利用多种技术手段，合理、经济地布置调查工作量，以满足项目要求，着力体现方法完整性、先进性、可操作性与经济性。

　　4现场试验分析与评价

　　4.1物探试验

　　物探工作采用高密度电阻率法、充电法及等值反磁通瞬变电磁法三种方法。根据物探工作报告，尾矿库可能存在泄漏，但并非简单通过天坑等垂向通道直接大量泄漏进入主溶洞，然后迅速在岩溶出水口排出；而是通过天坑及岩层中广泛发育、数量众多的节理裂隙缓慢向下渗透，在垂向运移过程中沿裂隙带和溶沟溶槽等不断汇集，最终汇入溶洞和地下暗河。集中在尾矿库下游附近的缓慢渗漏的薄弱带众多，此处最有可能是尾矿库区的主要泄漏通道。

　　4.2水文地质钻孔

　　水文孔测量初见水位、稳定水位；在水文钻孔内投入示踪剂进行弥散试验，在受污染的岩溶出水口进行观测、分析测试，以确定二者之间的水力联系。

　　据探勘及物探成果，在可能渗漏部位布置钻探，尽可能查找渗漏通道。本次水文钻孔选址为尾矿库下游区域，地下水类型主要为岩溶裂隙水，根据区域资料本岩性为中等岩溶裂隙含水层，赋存于岩溶裂隙中，其分布特征、地下水埋深与岩性、构造发育程度密切相关，含水层为寒武系上统比条组灰岩，钻孔揭露尾矿库地下水埋深16.60~48.00m，标高276.41~315.16m，高于受污染的岩溶出水口高程(235.00m)，富水性中等。

　　4.3弥散试验

　　弥散试验的示踪追踪法是借助示踪剂运移在渗流场中的表现，进而推断其渗流特征的一种间接手段。该法适用于洞穴系统内有水流运动的地段，应用最为广泛。

　　4.3.1示踪剂的选取

　　示踪剂的选择原则为无毒，成本低，和水一起运动，易于微量检测，同时不改变水的天然流向，在要求的时间内能保持化学稳定性，又不在被研究的水中大量存在，示踪剂不被滤除也不被吸收。根据上述原则和试验区域水文地质特征，确定两种试验方法：染料示踪法采用罗丹明B做为示踪剂；离子示踪法选择氯化钠示踪剂。

　　4.3.2投放与观测点布置

　　根据现场探勘及水文地质特征，选择尾矿库主坝下方水文钻孔为投放点，1号水文钻孔，孔口高程330.83m，钻进深度30.50m，孔底高程300.33m，稳定水位16.60m，标高314.23m；观测点为受污染的岩溶出水口。

　　4.3.3示踪试验

　　(1)将罗丹明B(氯化钠)示踪剂放入预先敷设的溶解槽内，经人工搅拌溶解后，将溶解液直接通过水文钻孔导入尾矿库的地下水中，在在受污染的岩溶出水口观测显色反应。

　　①第一次4~19日时段10:30~14:30投入罗丹明B(300g)试剂原液30吨，连续观测48小时，在受污染的岩溶出水口未观测到显色反应，可能与导入的溶液偏少，长时间未降雨导致地下水位偏低，示踪溶液稀释后难以观测等。

　　②第二次4~26日时段10:30~14:30投入罗丹明B(700g)、氯化钠(500kg)试剂原液80吨，连续观测24小时，在受污染的岩溶出水口观测到显色反应，可能与增加示踪溶液剂量、提高溶液导入速率，且因当地普降中雨，在岩溶出水口水流量增加，同时砌筑了水坝蓄水便于观测等。

　　(2)在原液中参入氯化钠，投放前在示踪剂溶液中及岩溶出水口采取水样，同时在出水口采用电导率笔测量出水口实时含盐率，经实验分析结果知，试验进行至1小时以后，观测点水流中氯离子含量20比本底值(18)明显升高，说明从水文钻孔中投放的示踪剂到达观测孔用时1小时左右，试验进行至3小

　　时以后，水流中氯离子含量27达到峰值，试验进行至5小时以后，水流中氯离子含量降为本底值(18)。

　　(3)根据以上试验结果可知：投放点与岩溶出水口之间存在渗透通道及明显的水力联系。

　　4.4测试分析

　　为研究尾矿库周边地下水水质情况，在尾矿库周边水文钻孔内进行取样观测，结合尾矿渣参照国标《生活饮用水标准检验方法》(GB/T5750-2006)主要查明Mn含量，在4月20日、4月22日在未注入示踪剂水文钻孔取水样测得锰(Mn)含量分别为40.29mg/l、46.40mg/l；在4月20日、在4月22日及在4月29日在注入示踪剂水文钻孔取水样测得锰(Mn)含量分别为2.15mg/l、5.96mg/l、4.68mg/l。

　　4.5综合评价

　　通过弥散试验，尾矿库下游水文钻孔投放点与岩溶出水口之间存在渗透通道及明显的水力联系；通过水样分析，尾矿库下游注入示踪剂水文钻孔水样水中锰(Mn)含量在2.15~5.96mg/l，未注入示踪剂水文钻孔水样水中锰(Mn)含量在40.29~46.40mg/l，高于规范要求值(0.1 mg/l)的21~460倍。

　　上述结果表明库外地下水与库区存在明显的水力联系，污水可渗透至钻孔内(库外)，且库外地下水通过弥散试验联通岩溶出水口，说明地下水通过溶蚀裂隙对岩溶出水口及河流渗漏污染，受其影响较大。

　　5尾矿库污染防治措施

　　根据目前尾矿库渗漏的实际情况，主要考虑在历史原因库内未有排渗设施，且库区原为岩溶漏斗易渗漏引起环境污染。针对库体渗漏已对岩溶出口造成污染，建设单位已经对岩溶出水口砌筑了水坝，通过水泵将污水回收至尾矿库的废水处理池，防止了尾矿库地下渗漏水对附近的水体的进一步污染。

　　防治措施：采用围堵法+可渗透反应墙(PRB)技术+监控措施。

　　(1)采用帷幕灌浆防止库水向外渗漏，注浆的目的是通过对断层破碎带裂隙、溶隙等注入高质量的浆液，使断层破碎带裂隙、溶隙被浆液充填、破碎带被固化，以达到防渗的效果，注浆方法应采用钻孔注浆的方式，材料应采用黏土水泥浆，注浆后应封孔。

　　(2)由于岩溶地区完全封堵较困难，可同时结合可渗透反应墙(PRB)技术，PRB技术是在地下含水层安装填充透水反应介质的连续墙体，当地下水流在天然水力梯度作用下通过该反应介质时，利用物理、化学和生物降解等方法将地下水中的污染组分转化为环境可接受的形式或直接截留在墙体内，达到处理或阻隔污染源的一种地下水原位修复技术。

　　(3)监控措施：为监控尾矿库渗水可能对地下水的污染，在尾矿库及周边设置6个监控井，定时监测，建立地下水环境跟踪监测系统，及时监控地下水水质动态变化，防止地下水收到污染影响。

　　6结论

　　(1)研究结果证明投放点所在的尾矿库与受污染的岩溶出水口之间存在渗透通道及明显的水力联系；表明在岩溶地区采用弥散试验的方法对于研究地下水系的水利联系是行之有效的；表明尾矿库的渗漏治理是一项较为复杂的系统工程，采用围堵法及可渗透反应墙(PRB)技术可以减轻尾矿库对地下水污染的环境风险。

　　(2)本文的弥散试验虽然在一定程度上查明了二者之间的水力联系，但受到试验材料、设备、时间等方面的限制试验方案不尽完善，如未能观测示踪剂实时浓度，缺少示踪剂回收曲线和回收率。在下一步的研究工作中将考虑采用对环境影响较低且便于仪器实时测量的示踪剂进行试验。