第３２卷第３期２０１８年 ９月资源环境与工程ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ３２ꎬＮｏ３Ｓｅｐ.ꎬ２０１８
收稿日期:２０１７－０６－１４ꎻ改回日期:２０１８－０３－１４作者简介:王旭东(１９７５－)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ博士研究生ꎬ环境科学专业ꎬ从事资源环境及地质灾害防治等工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:３０７２７１２６８＠ｑｑｃｏｍ❶安徽省地质矿产勘查局３２１地质队ꎬ安徽省铜陵城市地质调查报告ꎬ２０１５ꎮ铜陵市城市地质环境质量评价研究
王旭东１ꎬ２ꎬ刘 海２ꎬ吴 盾１ꎬ３ꎬ刘桂建１(１.中国科学技术大学地球和空间科学学院ꎬ安徽合肥 ２３００２６ꎻ２.安徽省公益性地质调查管理中心ꎬ安徽合肥 ２３００４１ꎻ３.安徽省煤田地质局勘查研究院ꎬ安徽合肥 ２３００８８)
摘 要:在对铜陵市城市地质环境现状系统调查的基础上ꎬ重点阐述了城市建设中存在的水土环境污染、采空塌陷、岩溶塌陷等主要地质环境问题ꎻ在重点区域系统采集１００组土壤和３７个水样品ꎬ结合样品元素测试分析结果ꎬ对地下水、土壤环境质量进行单因子评价ꎬ获得全市地下水水质及土壤污染状况ꎻ在此基础上ꎬ采用层次分析法分三种等级对全市地质环境质量进行科学评价ꎬ为铜陵市“十三五”规划期间城市规划建设的可持续性科学发展提供地质保障依据ꎮ关键词:地质环境ꎻ质量评价ꎻ层次分析ꎻ铜陵市中图分类号:Ｘ１４１ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－１２１１(２０１８)０３－０３９１－０７ＤＯＩ:１０.１６５３６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ.１６７１－１２１１.２０１８.０３.０１２ 铜陵市位于安徽省中南部ꎬ长江下游南岸ꎬ现辖三区一县ꎬ面积１２０５ｋｍ２ꎮ近年来ꎬ随着铜陵市矿业经济迅速发展ꎬ资源衰减以及水土污染、岩溶塌陷、采空塌陷、滑坡等一系列地质环境问题日益突出ꎬ导致地质环境逐步恶化ꎬ严重制约着铜陵市社会经济可持续发展ꎬ因此ꎬ开展铜陵市城市地质环境质量评价研究具有重要的现实意义ꎮ在对铜陵市城市地质环境现状系统调查的基础上ꎬ重点阐述了城市建设中存在的水土污染、采空塌陷、岩溶塌陷等主要地质环境问题ꎬ对所取土样和水样进行分析ꎬ在此基础上采用层次分析法对铜陵市城市地质环境质量进行了科学评价ꎬ研究成果为铜陵市“十三五”规划期间城市规划建设的可持续性科学发展提供地质保障依据ꎬ也为同类型城市进行城市规划和评价提供借鉴ꎮ１ 区域地质背景１.１ 地质环境条件概述１.１.１ 地形地貌研究区地处沿江丘陵平原区ꎬ地形总体呈现南高北低ꎮ其中ꎬ北部为长江河漫滩ꎬ地形平坦低洼ꎻ中部为二级阶地ꎻ南部为丘陵区ꎬ地形起伏大ꎬ相对高差也较大ꎮ１.１.２ 地质构造在区域地质构造单元上ꎬ研究区处于扬子陆块下扬子凹陷中的沿江褶断带ꎬ属于凹陷中的次级隆起ꎮ褶皱由一系列北东向背、向斜构成ꎬ背斜紧闭ꎬ向斜开阔ꎬ自西向东分别为金口岭向斜、铜官山背斜、陶家山向斜、青山背斜ꎮ断层在南部丘陵区十分发育ꎬ主要有北东、北西、近南北向三组(见图１)ꎮ１.１.３ 地层岩性区内地层除缺失下中泥盆统外ꎬ从志留系至第四系均较发育ꎮ全区地层岩相以碳酸盐岩层最为发育ꎬ累计厚度可达１５００ｍ以上ꎬ南部青山、铜官山地区ꎬ除出露碳酸盐岩外还有碎屑岩、侵入岩出露ꎬ北部地区多为松散第四系堆积物分布ꎮ１.２ 水文地质概述已有研究资料表明ꎬ基于地下水赋存条件、含水介质及水动力特性ꎬ研究区地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩(红层)孔隙裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水、基岩裂隙水４个主要类型❶ꎮ南部青山、铜官山地区ꎬ地势高ꎬ地下水径通流畅ꎬ水交替迅速ꎬ水质类型以ＨＣＯ３￣Ｃａ型为主ꎬ矿化度<０.５ｇ/ＬꎬｐＨ值７.０左右ꎬ为微硬水ꎻ中北部沿江平原及红星河、钟仓河支流平原地区ꎬ主要由全新统、中更新统的砂土、粘性土组成ꎬ该区地势平坦ꎬ径流条件较好ꎬ地下水水质类型主要为ＨＣＯ３￣Ｃａ型ꎬ次为ＨＣＯ３￣ＣａＭｇꎬ矿化度一般<０.７８ｇ/Ｌꎮ２
地质环境问题
图１ 研究区区域构造纲要示意图Ｆｉｇ１ Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌ￣ｔｅｃｔｏｎｉｃｏｕｔｌｉｎｅｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄａｒｅａ１.工作区范围ꎻ２.闪长岩ꎻ３.石英二长闪长岩ꎻ４.石英闪长玢岩ꎻ５.花岗闪长岩ꎻ６.背斜轴线ꎻ７.向斜轴线ꎻ８.基底断层及编号ꎻ９.断层ꎻ１０.不整合界线ꎮ 研究区以矿产资源储量丰富、矿种全而闻名ꎬ尤其以铜矿开采闻名于世ꎬ是全国重要的有色金属基地ꎮ已探明矿种主要有铜、硫、铁、金、银、煤、石灰石等ꎬ其储量均位于全省前列ꎮ受东西向基底断裂和北东向隔挡式褶皱控制ꎬ在铜陵市中部自西向东有铜官山、狮子山、新桥、凤凰山等４个铜矿田ꎬ分布于铜官山区、狮子山区、顺安镇ꎮ铜、金等多金属从２０纪５０年代开始开采ꎬ以坑采为主ꎬ水泥用石灰岩从２０世纪９０年代开始开采ꎬ均为露采ꎮ据２０１４年统计资料ꎬ铜陵铜矿石年产量６７６.９７万ｔꎬ硫铁矿年产量约１７４.８１万ｔꎬ水泥用灰岩年产量约２６９６.９４万ｔꎮ矿山开采量大ꎬ带来的地质环境问题多ꎮ２.１ 矿山地质环境问题研究区内大批矿山建成于２０世纪５０－６０年代ꎬ受当时技术条件的限制ꎬ矿产资源开发极大地改变了矿山生态系统的物质循环和能量流动方式ꎬ造成了严重的地质及生态环境破坏ꎮ针对研究区矿山地质环境问题ꎬ基于大量实物资料、研究报告、科学文献的调研和整理ꎬ归纳了该区主要矿山地质环境问题(见表１)ꎮ表１ 研究区主要矿山地质环境问题汇总表Ｔａｂｌｅ１ Ｔｈｅｓｕｍｍａｒｙｓｈｅｅｔｏｆｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｍｉｎｅｉｎｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄａｒｅａ主要问题矿山地质灾害土地占用毁损与地形地貌景观破坏水土环境污染含水层破坏
现状及特征因矿山疏干排水引发岩溶塌陷４处ꎬ较集中分布于南部矿区附近的浅埋型碳酸盐岩分布区ꎬ主要由矿山长期抽排矿坑水诱发ꎻ因采矿采空造成的采空区塌陷１１处ꎬ主要分布在铜矿区和原煤矿釆区因采矿形成的露天采场、排土场、尾矿库等侵占大量土地ꎬ造成土地损毁及地貌景观破坏ꎬ占用损毁的土地类型主要是耕地和林地共计２０８５.９ｈｍ２ꎬ主要分布在南部矿区矿山废水主要为矿坑水、选(洗)矿水与生活污水ꎬ年排放废水约９２００万ｔꎬ排放去向主要为矿区周边沟渠河塘ꎮ固体废弃物主要为废土(石)ꎬ年产生量１４１６万ｔꎬ全市矿区水土污染面积约１２５.１ｈｍ２ꎬ主要分布狮子山、铜官山、天马山等老旧采矿区ꎮ水污染超标组份为Ｍｎ、Ｆｅ、ＳＯ２－４、Ｈｇ、Ｆ－、ＮＨ＋４、ｐＨ、ＮＯ－２、ＮＯ－３ꎻ土壤主要超标组分为Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ❶全市矿山年排放地下水约２０００万ｔꎬ废水综合利用率约４７％ꎬ只有少数矿山能达到７０％ꎻ地下水最大降深达９００ｍ❶ꎬ大量的矿山排水一般都会疏干含矿岩系含水层ꎬ导致上下覆含水层地下水位巨幅震荡ꎬ地下水水位持续下降ꎬ形成范围较大的地下
水降落漏斗危害总影响面积达２９４.５６ｈｍ２ꎬ塌陷造成部分民房损毁ꎬ土地资源破坏占全市土地面积２.５％水土流失、污染较严重ꎬ导致矿区周边一定范围内的水土质量级别多为Ⅳ、Ⅴ类ꎬ其影响较严重加剧了全市地下水资源不均衡ꎬ诱发了岩溶塌陷地质灾害 注:部分数据来源于«安徽省矿山地质环境监测网建设试点项目总结报告»ꎮ
❶安徽省公益性地质调查管理中心ꎬ安徽省地质灾害汛前调查报告ꎬ２０１５ꎮ２.２ 地下水污染问题铜陵市地下水污染的污染源类型主要有工业污染源、农业面源污染源、生活污染源３类ꎮ工业污染源主要有矿山、化工、电力、冶金、医院、食品、机械等几大行业源ꎬ主要分布在区内的狮子山、铜官山、天马山等老旧采矿区、选矿(冶金)加工区、煤化工基地、经济开发２９３资源环境与工程 ２０１８年 区和循环工业园等地ꎮ工业污染主要来源于工业“三废”排放ꎬ据２０１３年资料ꎬ全市废水排放总量９２００万ｔꎬ全市工业废气排放量１９２８亿ｍ３ꎬ全市固体废弃物产生量１４１６.０５万ｔꎮ由于“三废”排放ꎬ铜陵市地下水局部污染严重ꎬ如铜陵市工人医院国家级监测孔(ＴＨＧ１)岩溶水连续四年(２００９—２０１２年)监测结果有两年为重污染ꎬ主要超标组分为Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等ꎻ农业面源污染主要来源于化肥农药的大量施用ꎬ主要分布在西湖、东湖农垦区以及各类农用地分布区ꎮ生活污染源主要来源于生活垃圾的随意堆放以及生活污水、人畜粪便的不当处置ꎬ主要分布在城区、人口密集地区以及农村地区ꎮ农业及生活面源污染导致铜陵市第四系孔隙水也存在不同程度污染ꎬ主要超标组分主要为氨氮、硫酸盐、总硬度等ꎬ如铜官山区长江街道东村社区第四系孔隙水溶解性总固体达７５９.４１ｍｇ/ＬꎬＮＨ＋４为２.０９ｍｇ/ＬꎬＮＯ－２为２.０６ｍｇ/Ｌꎬ污染较为严重ꎮ２.３ 地质灾害问题２.３.１ 岩溶塌陷岩溶塌陷是研究区最严重的地质灾害之一ꎬ也是矿区较为突出的地质环境问题ꎮ早于２０世纪５０年代在岩溶充水矿山就有岩溶塌陷出现ꎬ５０－７０年代区内尚且零星出现ꎬ规模小ꎬ成灾轻ꎬ未被人们所重视ꎮ进入８０年代ꎬ地方经济飞速发展ꎬ矿产资源及岩溶水资源被大量开采ꎬ岩溶塌陷日益频繁ꎬ尤其是一些矿山疏干排水引发了大规模的岩溶塌陷ꎬ损失巨大ꎮ自１９５５年以来ꎬ小街区、新桥矿、新民矿等地共产生大小塌陷群１７处ꎬ塌陷点３０８个ꎬ影响面积达５.２５ｋｍ２ꎮ塌陷区主要分布于新桥、新民、小街地区及金口岭地区ꎮ岩溶塌陷造成部分民房损毁ꎬ土地资源破坏ꎮ直接经济损失约１亿元ꎮ截至目前ꎬ研究区现有岩溶塌陷４处ꎬ共产生塌坑１２８处ꎬ影响面积５２.５６×１０４ｍ２ꎮ其中ꎬ小街岩溶塌陷规模达到中型级别ꎬ其余三个岩溶塌陷均为小型ꎮ其产生原因均间接或直接与周边矿山排水或机井抽水有关ꎮ岩溶塌陷破坏市政设施、道路、民房、厂房、农田ꎬ造成矿区地表水灌入地下采掘巷道ꎬ加大矿山排水压力ꎬ此外还造成矿区周边农田漏水ꎬ无法正常耕种ꎮ２.３.２ 采空塌陷采空塌陷是研究区内较常见的一种地质灾害ꎬ可划分为铜矿区采空塌陷和煤矿区采空塌陷ꎮ两者总计１１处ꎬ影响面积２.４２×１０６ｍ２ꎮ１１处采空塌陷均为采空区冒顶型塌陷ꎮ铜矿采空塌坑往往成群集式分布ꎬ塌陷坑间距几米至上百米不等ꎬ在地形上无选择性ꎻ煤矿采空塌坑往往呈长列式分布ꎬ长列方向多为４５°ꎬ群集式分布较少ꎮ采空塌陷造成矿区地面下陷ꎬ周边居民房屋开裂倒塌ꎬ被迫搬迁安置ꎬ同时塌陷也危及矿山自身安全生产ꎮ２.３.３ 滑坡和崩塌地质灾害滑坡是研究区主要地质灾害之一ꎬ主要分布在南部丘陵区ꎬ主要由于人类工程切坡或者矿山废石土的堆积而引起的ꎮ基于现有资料调查统计ꎬ区内历史上发生滑坡２３处(含１处不稳定斜坡)ꎬ其中２１处已经治理ꎬ现有隐患点２处ꎮ崩塌地质灾害在研究区内发育相对较少ꎬ经调查仅有１处ꎮ３ 样品采集与评价方法３.１ 样品采集本文的土壤、地下水元素含量数据来源于安徽省公益性地质调查项目“铜陵市城市地质调查”资料ꎬ采样地点主要位于铜陵市主城区１２０ｋｍ２范围内ꎬ土壤样品基本按１个点/１ｋｍ２采集ꎬ采样深度０~２０ｃｍꎬ共取样１００组ꎬ分析元素和指标共５４项ꎻ水样主要考虑到研究区碎屑岩(红层)孔隙裂隙水、基岩裂隙水水量贫乏(泉流量一般０.１~１Ｌ/ｓ)ꎬ故重点对第四系孔隙水和岩溶水采样ꎮ根据不同地层(Ｑ４、Ｔ１ｈ、Ｔ１ｙ、Ｐ１ｑ、Ｃ２＋３、νδ等)ꎬ选用代表性不同的３７个水点进行采样并分析ꎬ其中松散岩类孔隙水水样６个(北部平原区)ꎬ碳酸盐岩类裂隙溶洞水水样３１个(南部铜官山、狮子山等矿区)ꎮ其中全分析１４组ꎬ简分析２３组ꎮ分析测试工作由安徽省地质实验研究所等完成ꎮ土壤、地下水样品采集地点ꎬ类型ꎬ样品编号见采样图(图２)ꎮ３.２ 土壤环境质量评价方法研究区土壤污染评价参照«土壤环境质量标准»(ＧＢ１５６１８—１９９５)相关级别标准ꎬ即将研究区耕地、园地、城镇用地、农村居民地、其它农用地土壤环境质量划分为Ⅱ类ꎬ执行二级标准[１]ꎻ林地、独立工矿用地以及矿产附近等地的农田土壤土壤环境质量划分为Ⅲ类ꎬ执行三级标准ꎮ评价方法:采用单项污染指数法和综合污染指数法进行监测点土壤地质环境质量评价ꎬ主要对人体健康有影响的８种重金属元素(Ａｓ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ)ꎮ３.３ 地下水环境质量评价方法研究区地下水环境质量评价标准采用«地下水质量标准»(ＧＢ/Ｔ１４８４８—２０１７)[２]ꎬ且参考«生活饮用水卫生标准»(ＧＢ５７４９—２００６)[３]ꎮ评价方法:先评价各单项组分ꎬ并划分组分所属质量类别ꎻ之后ꎬ根据表２ꎬ分别确定各类别的单项组分评价分值Ｆｉꎻ最后采用综合指数(Ｆ)法确定地下水水质级别(见表３)ꎮ３９３第３期王旭东等:铜陵市城市地质环境质量评价研究