核電廠水文地質概念模型研究范文

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1水文地質單元劃分與分區

(1)水文地質單元的細分。根據地下水補給條件、賦存條件和分水嶺分布特征，廠址半徑5km范圍內可劃分出3個一級水文地質單元，即第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ水文地質單元(單元間可不考慮地下水水力聯系)。廠址所在第Ⅲ水文地質單元可劃分為3類4個二級水文地質單元(界線主要為巖性邊界、斷層邊界、斷裂破碎帶和不整合邊界;次級單元間地下水具有一定的水力聯系)。由含水介質巖性、構造和地下水賦存特征，Ⅲ－1、Ⅲ－3二級水文地質單元可分別細分為2個三級水文地質單元Ⅲ－1－1、Ⅲ－1－2和Ⅲ－3－1、Ⅲ－3－2(表1)。(2)水文地質參數分區。由于花崗片麻巖風化作用強度存在顯著差異，非常有必要按照風化裂隙與構造裂隙發育程度細分為淺、中、深3段，即:淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段(包括全風化和強風化巖體)、中部花崗片麻巖構造裂隙發育段(包括中等風化、微風化巖體)、深部花崗片麻巖致密段。廠區南側分布的全新統海積層由于巖性和滲透系數的差異，亦可細分為上、下兩層，即上部粉質黏土層和下部中細砂層(表1)。(3)斷裂破碎帶。斷裂破碎帶的富水程度主要取決于斷裂帶(斷裂規模尤為重要)及旁側巖石裂隙的發育程度，斷層影響帶以外的未風化花崗巖基巖基本不含水［4－5］。廠址半徑5km范圍內有1個斷裂破碎帶F2(寬約20m)，由一組剪切面構成，帶內巖石破碎(原巖可辨)，膠結作用及各種蝕變現象不明顯。F2不僅是良好的匯水廊道和導水通道(斷裂破碎帶兩側地下水標高、水力坡度與廠區及附近滲流場特征基本一致)，還可作為次級水文地質單元分界線(圖1)。(4)侵入巖接觸帶與巖脈。侵入巖組主要分布在廠址西側的Ⅲ－2水文地質單元。在Ⅲ－3水文地質單元內，侵入巖以巖脈形式存在于花崗片麻巖中，脈巖走向多為NE－NEE向，產狀較陡(傾角一般50°～80°);巖脈寬一般小于10m(個別達100m)、延伸長一般大于500m，核島基坑負挖資料顯示巖脈出露厚度一般0．3～3．2m。巖脈的抗風化能力差別較大(中酸性巖抗風化能力相對中基性巖要強)，在少數鉆孔中可見差異風化現象，中等或微風化花崗片麻巖巖體中夾有強風化或中等風化巖脈。(5)地下徑流帶劃分。花崗巖巖體滲透性取決于裂隙的發育、分布和裂隙的張開與閉合狀況。花崗巖基巖中以節理、斷層導水，以巖塊基質中的微孔或微裂隙儲水為其特點。廠址半徑5km范圍內有1個斷層F1(長約3km，寬約12m)，斷層發育構造角礫巖帶，角礫分選差，成分可辨。廠址半徑5km范圍內次生節理發育(原生節理不發育)，其中NW向構造節理廣泛分布。對于花崗片麻巖淺部風化裂隙水，受北邊界地下水分水嶺、南側排泄基準面和含水系統結構等因素的控制，Ⅲ－3－1單元基本上都可以認為是徑流區。對于花崗片麻巖中部構造裂隙水，根據廠區及附近構造特征，參考地下水等水位線圖，可在廠區及其附近初步劃分出3個徑流帶:由西向東分別為廠址西側的R1徑流帶、廠址中南部的R2徑流帶和廠址東側的R3徑流帶(圖1)［6］。

2廠區水文地質概念模型

2．1水文地質條件的概化及參數量化(1)概念模型范圍的確定。建模范圍可初步限定為地下水分水嶺、斷層、河流、斷裂破碎帶和海水水體所包絡的區域。即以核電廠反應堆為中心的，垂向邊界與側向邊界范圍內的巖土體及其所含地下水水體構成了廠址所在水文地質單元的概念模型范圍。概念模型垂向邊界確定如下:頂邊界為水面、全新統海積層頂面(第四系覆蓋區)、淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段頂板(基巖裸露區)和中部花崗片麻巖構造裂隙發育段頂板(核島基坑負挖區);底邊界為中部花崗片麻巖構造裂隙發育段底板。概念模型側向邊界確定如下:北側邊界為地下水分水嶺～F1斷層，西側邊界為河流，南～東側邊界為海水水體(圖1)［7］。(2)邊界條件的概化。北側地下水分水嶺屬于第二類邊界(定流量邊界)，可概化為零流量邊界;北側斷層屬于透水邊界，可根據水文地質單元補、徑、排條件動態分配一定流量，概化為定流量邊界;西側河流屬于第一類邊界(定水頭邊界)，可根據河流季節性變化特點概化為定壓邊界;南～東側邊界屬于第三類邊界(混合邊界)，即全新統海積層多孔介質滲流區與海水水體存在一定水力聯系的邊界，屬于弱透水邊界，可根據全新統海積層孔隙度、滲透率、滲透系數與海水水體深度及潮汐作用間的配置關系，概化為一定流量、一定水頭的混合邊界［7］。在剖面上，全新統Ⅲ－1－1、Ⅲ－1－2單元與淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段之間可概化為透水邊界;淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段與中部花崗片麻巖構造裂隙發育段之間可概化為弱透水邊界;中部花崗片麻巖構造裂隙發育段與深部花崗片麻巖基質巖塊之邊界可概化為隔水邊界(圖2)。(3)含水介質與含水系統特征概化。Ⅲ－1－1全新統海積層上部粉質黏土層大部分位于地下水潛水位線之上，其地下水主要以包氣帶水的形式存在，可概化為層狀多孔介質上層滯水;Ⅲ－1－1下部中細砂層和Ⅲ－1－2坡殘積層可概化為層狀多孔介質孔隙潛水。花崗巖屬于弱透水巖石，其賦存的基巖裂隙水可能既有潛水性質，又有承壓水性質。如賦存于基巖風化殼蓄水構造中的風化裂隙水就具有潛水分布特性;處在接觸帶蓄水構造或巖脈蓄水構造中的基巖裂隙水就具有承壓水性質。因此，Ⅲ－3－1、Ⅲ－3－2的淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段可概化為似層狀基巖裂隙潛水，中部花崗片麻巖構造裂隙發育段可概化為網狀、樹枝狀、脈狀或塊狀基巖裂隙承壓水。

2．2水文地質單元概念模型(1)Ⅲ－1－1水文地質單元上部粉質黏土層。該層主要分布在廠址南～東部沿海地段，其底邊界為粉細砂層的頂，南～東側邊界為海水水面，其它側邊界為淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段頂板;該層厚度一般2～6m，土工試驗得出的垂直滲透系數為0．020m/d，為弱透水層;地下水為包氣帶上層滯水，富水性貧乏。(2)Ⅲ－1－1水文地質單元下部中細砂層。該層分布范圍和側邊界與上覆粉質黏土層相同，底邊界為淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段頂板。該層厚度一般小于5m，由試坑注水試驗可知其滲透系數為0．75～5．57m/d(平均值2．27m/d)，地下水為層狀孔隙潛水。(3)Ⅲ－1－2水文地質單元坡殘積層。該層主要分布在低山丘陵和河谷邊緣，其底邊界與Ⅲ－1－1單元底邊界相同;南側邊界為Ⅲ－1－1海積層的頂，其余側邊界為淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段頂板。該層厚度一般為1m(坡腳、溝口附近可大于3m)，抽水試驗給出的滲透系數為0．010～0．239m/d，地下水為層狀孔隙潛水。(4)淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段。該段頂邊界為基巖面(基巖出露區)或Ⅲ－1－1海積層底或Ⅲ－1－2坡殘積層底，底邊界為花崗片麻巖基巖構造裂隙發育段，北側邊界為地下水分水嶺～F1斷層，西側邊界為河流～Ⅲ－1－2殘坡積層的頂，東側邊界為海水水體，南側邊界為Ⅲ－1－2坡殘積層。該段厚度在3．3～14．5m之間，風化裂隙發育，呈網狀、脈狀微張狀態。10口井的抽水試驗成果表明，該段(含強風化巖脈)滲透系數為0．03～2．78m/d(平均0．46m/d)，屬弱透水～中等透水層［8］，地下水為似層狀微承壓水。(5)中部花崗片麻巖基巖構造裂隙發育段。該段頂邊界為淺部花崗片麻巖基巖風化裂隙發育段底板，底邊界為花崗片麻巖未風化基巖頂板，北側邊界為地下水分水嶺～F1斷層，西側邊界為河流～花崗片麻巖風化裂隙發育段，東側邊界為海水水體，南側邊界為基巖風化裂隙發育段底板。該段厚度2．5～9．7m，構造裂隙或節理相對發育，節理一般無充填，呈閉合或微張狀態。5口井14個井次的壓水試驗得出的滲透系數介于0．009～0．103m/d，屬弱～微透水層，地下水為網狀、樹枝狀、脈狀或塊狀風化裂隙承壓水。

3廠址附近地下水放射性監測井布設

3．1地下水放射性監測點網布設原則地下水放射性監測點網布設原則如下:①在總體和宏觀上應能控制不同的水文地質單元。②監測重點為具有供水目的的含水層。③監控地下水可能遭受放射性釋放污染的地區，監視放射性釋放源對地下水的污染程度及動態變化，以反映所在區域地下水的放射性污染特征。④考慮監測結果的代表性和實際采樣可行性與可達性，盡可能從常用的民井、生產井以及泉水中選擇布設監測點。

3．2地下水放射性監測井分類布設原則(1)對照井點的布設原則。根據大尺度區域水文地質單元狀況和地下水主要補給來源，在可能的放射性污染區外圍地下水徑流區上游布設1口對照井。(2)現狀監測井點的布設原則。采用控制性布點與功能性布點相結合的布設原則。監測井點應主要布設在核電廠主廠區、廠址周圍環境敏感點、可能的地下水放射性污染源、主要水文地質關注點［10］。

3．3地下水放射性監測井在剖面上的考慮地下水放射性監測井在地質剖面上應作如下考慮:①監測井點的層位應以潛水和可能接受放射性事故釋放影響的有開發利用價值的含水層為主。②潛水監測井不得穿透潛水隔水底板。③應選用取水層與監測目的層相一致，且是常年使用的民井、生產井為監測井(無井可利用時，需布設專門的監測井)。④監測井井深設計應根據監測目的、含水層介質類型及其埋深與厚度來確定，盡可能超過已知最大地下水埋深以下2m［9］。

3．4監測井的具體布設地下水放射性監測井布設時，在剖面上考慮:①可能的民井取水層位;②潛水與承壓水在剖面上的兼顧;③淺部花崗片麻巖風化裂隙發育段與中部花崗片麻巖構造裂隙發育段的兼顧。在平面上充分考慮三級水文地質單元邊界性質及其3個徑流帶的空間分布。(1)對照井點的布設。可考慮在Ⅱ、Ⅲ水文地質單元地下分水嶺北側、F1斷層下盤～巖性邊界南側的花崗片麻巖風化裂隙發育段布設1口對照井，如圖1中的S0點。(2)針對R1徑流帶的考慮。由圖1，2可知，雖然斷裂破碎帶F2是導水通道，由于廠區及其附近地形是西北高、東南低，Ⅲ－3－1單元基巖風化裂隙水即使通過NNE向構造裂隙或NE～NEE向巖脈附近裂隙流向斷裂破碎帶，也不會穿過破碎帶繼續流向F2西側的Ⅲ－3－2單元，只可能在斷裂破碎帶附近匯集并沿著斷裂破碎帶向南流向Ⅲ－1－1單元。因此，可考慮在斷裂破碎帶靠廠址一側的S1點附近選擇1口民井(若有的話)或布設1口地下水放射性監測井。(3)針對R2徑流帶的考慮。同理，Ⅲ－3－1單元基巖風化裂隙水在地形控制下，可能會沿著NNW、NW向構造裂隙和NW向巖脈附近構造裂隙，向東、南方向流向Ⅲ－1－1單元。基于這種考慮，可以在S2點附近布設1口地下水放射性監測井。(4)針對R3徑流帶的考慮。Ⅲ－3－1單元基巖風化裂隙水也有可能沿著近EW向展布的巖脈附近的裂隙匯集到R3徑流帶上，因此可考慮在S3點附近布設1口地下水放射性監測井。

4結語

(1)為了做好核電廠廠區及附近地下水放射性監測，首先必須在分析廠址附近地形地貌、水文地質條件的基礎上，逐級細分水文地質單元，模糊判別出地下水徑流帶和廠址所在水文地質單元的補、徑、蓄、排及邊界條件，并概化水文地質條件，建立水文地質概念模型。以此圈定可能有利的花崗巖蓄水構造和花崗巖裂隙水發育地帶。(2)按照廠址所在水文地質單元水文地質特征布設地下水放射性監測井，并要充分考慮:①可能的放射性污染范圍。監測井在平面上和剖面上的布設應考慮到使所有可能被污染的水文地質單元受到監測。②監測井的數目。應考慮水文地質單元的非均質性，即非均質性弱的水文地質單元一般比非均質性強的水文地質單元要求的監測井數目少一些。③監測井的深度。若監測的水文地質單元相當厚，則應從若干不同的深度取樣。④監測井的位置。應沿著核電廠所在水文地質單元地下水水勢梯度下降方向布設。⑤考慮場地平整、基坑負挖與回填對廠區原有水文地質單元的可能影響。

作者：譚承軍 商照榮 程吉吉 魏國良 王韶偉 單位：環境保護部 核與輻射安全中心 中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發研究院