核电厂水文地质概念模型研究
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1水文地质单元划分与分区
(1)水文地质单元的细分。根据地下水补给条件、赋存条件和分水岭分布特征，厂址半径5km范围内可划分出3个一级水文地质单元，即第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ水文地质单元(单元间可不考虑地下水水力联系)。厂址所在第Ⅲ水文地质单元可划分为3类4个二级水文地质单元(界线主要为岩性边界、断层边界、断裂破碎带和不整合边界;次级单元间地下水具有一定的水力联系)。由含水介质岩性、构造和地下水赋存特征，Ⅲ－1、Ⅲ－3二级水文地质单元可分别细分为2个三级水文地质单元Ⅲ－1－1、Ⅲ－1－2和Ⅲ－3－1、Ⅲ－3－2(表1)。(2)水文地质参数分区。由于花岗片麻岩风化作用强度存在显著差异，非常有必要按照风化裂隙与构造裂隙发育程度细分为浅、中、深3段，即:浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段(包括全风化和强风化岩体)、中部花岗片麻岩构造裂隙发育段(包括中等风化、微风化岩体)、深部花岗片麻岩致密段。厂区南侧分布的全新统海积层由于岩性和渗透系数的差异，亦可细分为上、下两层，即上部粉质黏土层和下部中细砂层(表1)。(3)断裂破碎带。断裂破碎带的富水程度主要取决于断裂带(断裂规模尤为重要)及旁侧岩石裂隙的发育程度，断层影响带以外的未风化花岗岩基岩基本不含水［4－5］。厂址半径5km范围内有1个断裂破碎带F2(宽约20m)，由一组剪切面构成，带内岩石破碎(原岩可辨)，胶结作用及各种蚀变现象不明显。F2不仅是良好的汇水廊道和导水通道(断裂破碎带两侧地下水标高、水力坡度与厂区及附近渗流场特征基本一致)，还可作为次级水文地质单元分界线(图1)。(4)侵入岩接触带与岩脉。侵入岩组主要分布在厂址西侧的Ⅲ－2水文地质单元。在Ⅲ－3水文地质单元内，侵入岩以岩脉形式存在于花岗片麻岩中，脉岩走向多为NE－NEE向，产状较陡(倾角一般50°～80°);岩脉宽一般小于10m(个别达100m)、延伸长一般大于500m，核岛基坑负挖资料显示岩脉出露厚度一般0．3～3．2m。岩脉的抗风化能力差别较大(中酸性岩抗风化能力相对中基性岩要强)，在少数钻孔中可见差异风化现象，中等或微风化花岗片麻岩岩体中夹有强风化或中等风化岩脉。(5)地下径流带划分。花岗岩岩体渗透性取决于裂隙的发育、分布和裂隙的张开与闭合状况。花岗岩基岩中以节理、断层导水，以岩块基质中的微孔或微裂隙储水为其特点。厂址半径5km范围内有1个断层F1(长约3km，宽约12m)，断层发育构造角砾岩带，角砾分选差，成分可辨。厂址半径5km范围内次生节理发育(原生节理不发育)，其中NW向构造节理广泛分布。对于花岗片麻岩浅部风化裂隙水，受北边界地下水分水岭、南侧排泄基准面和含水系统结构等因素的控制，Ⅲ－3－1单元基本上都可以认为是径流区。对于花岗片麻岩中部构造裂隙水，根据厂区及附近构造特征，参考地下水等水位线图，可在厂区及其附近初步划分出3个径流带:由西向东分别为厂址西侧的R1径流带、厂址中南部的R2径流带和厂址东侧的R3径流带(图1)［6］。
2厂区水文地质概念模型
2．1水文地质条件的概化及参数量化(1)概念模型范围的确定。建模范围可初步限定为地下水分水岭、断层、河流、断裂破碎带和海水水体所包络的区域。即以核电厂反应堆为中心的，垂向边界与侧向边界范围内的岩土体及其所含地下水水体构成了厂址所在水文地质单元的概念模型范围。概念模型垂向边界确定如下:顶边界为水面、全新统海积层顶面(第四系覆盖区)、浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段顶板(基岩区)和中部花岗片麻岩构造裂隙发育段顶板(核岛基坑负挖区);底边界为中部花岗片麻岩构造裂隙发育段底板。概念模型侧向边界确定如下:北侧边界为地下水分水岭～F1断层，西侧边界为河流，南～东侧边界为海水水体(图1)［7］。(2)边界条件的概化。北侧地下水分水岭属于第二类边界(定流量边界)，可概化为零流量边界;北侧断层属于透水边界，可根据水文地质单元补、径、排条件动态分配一定流量，概化为定流量边界;西侧河流属于第一类边界(定水头边界)，可根据河流季节性变化特点概化为定压边界;南～东侧边界属于第三类边界(混合边界)，即全新统海积层多孔介质渗流区与海水水体存在一定水力联系的边界，属于弱透水边界，可根据全新统海积层孔隙度、渗透率、渗透系数与海水水体深度及潮汐作用间的配置关系，概化为一定流量、一定水头的混合边界［7］。在剖面上，全新统Ⅲ－1－1、Ⅲ－1－2单元与浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段之间可概化为透水边界;浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段与中部花岗片麻岩构造裂隙发育段之间可概化为弱透水边界;中部花岗片麻岩构造裂隙发育段与深部花岗片麻岩基质岩块之边界可概化为隔水边界(图2)。(3)含水介质与含水系统特征概化。Ⅲ－1－1全新统海积层上部粉质黏土层大部分位于地下水潜水位线之上，其地下水主要以包气带水的形式存在，可概化为层状多孔介质上层滞水;Ⅲ－1－1下部中细砂层和Ⅲ－1－2坡残积层可概化为层状多孔介质孔隙潜水。花岗岩属于弱透水岩石，其赋存的基岩裂隙水可能既有潜水性质，又有承压水性质。如赋存于基岩风化壳蓄水构造中的风化裂隙水就具有潜水分布特性;处在接触带蓄水构造或岩脉蓄水构造中的基岩裂隙水就具有承压水性质。因此，Ⅲ－3－1、Ⅲ－3－2的浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段可概化为似层状基岩裂隙潜水，中部花岗片麻岩构造裂隙发育段可概化为网状、树枝状、脉状或块状基岩裂隙承压水。
2．2水文地质单元概念模型(1)Ⅲ－1－1水文地质单元上部粉质黏土层。该层主要分布在厂址南～东部沿海地段，其底边界为粉细砂层的顶，南～东侧边界为海水水面，其它侧边界为浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段顶板;该层厚度一般2～6m，土工试验得出的垂直渗透系数为0．020m/d，为弱透水层;地下水为包气带上层滞水，富水性贫乏。(2)Ⅲ－1－1水文地质单元下部中细砂层。该层分布范围和侧边界与上覆粉质黏土层相同，底边界为浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段顶板。该层厚度一般小于5m，由试坑注水试验可知其渗透系数为0．75～5．57m/d(平均值2．27m/d)，地下水为层状孔隙潜水。(3)Ⅲ－1－2水文地质单元坡残积层。该层主要分布在低山丘陵和河谷边缘，其底边界与Ⅲ－1－1单元底边界相同;南侧边界为Ⅲ－1－1海积层的顶，其余侧边界为浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段顶板。该层厚度一般为1m(坡脚、沟口附近可大于3m)，抽水试验给出的渗透系数为0．010～0．239m/d，地下水为层状孔隙潜水。(4)浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段。该段顶边界为基岩面(基岩出露区)或Ⅲ－1－1海积层底或Ⅲ－1－2坡残积层底，底边界为花岗片麻岩基岩构造裂隙发育段，北侧边界为地下水分水岭～F1断层，西侧边界为河流～Ⅲ－1－2残坡积层的顶，东侧边界为海水水体，南侧边界为Ⅲ－1－2坡残积层。该段厚度在3．3～14．5m之间，风化裂隙发育，呈网状、脉状微张状态。10口井的抽水试验成果表明，该段(含强风化岩脉)渗透系数为0．03～2．78m/d(平均0．46m/d)，属弱透水～中等透水层［8］，地下水为似层状微承压水。(5)中部花岗片麻岩基岩构造裂隙发育段。该段顶边界为浅部花岗片麻岩基岩风化裂隙发育段底板，底边界为花岗片麻岩未风化基岩顶板，北侧边界为地下水分水岭～F1断层，西侧边界为河流～花岗片麻岩风化裂隙发育段，东侧边界为海水水体，南侧边界为基岩风化裂隙发育段底板。该段厚度2．5～9．7m，构造裂隙或节理相对发育，节理一般无充填，呈闭合或微张状态。5口井14个井次的压水试验得出的渗透系数介于0．009～0．103m/d，属弱～微透水层，地下水为网状、树枝状、脉状或块状风化裂隙承压水。
3厂址附近地下水放射性监测井布设
3．1地下水放射性监测点网布设原则地下水放射性监测点网布设原则如下:①在总体和宏观上应能控制不同的水文地质单元。②监测重点为具有供水目的的含水层。③监控地下水可能遭受放射性释放污染的地区，监视放射性释放源对地下水的污染程度及动态变化，以反映所在区域地下水的放射性污染特征。④考虑监测结果的代表性和实际采样可行性与可达性，尽可能从常用的民井、生产井以及泉水中选择布设监测点。
3．2地下水放射性监测井分类布设原则(1)对照井点的布设原则。根据大尺度区域水文地质单元状况和地下水主要补给来源，在可能的放射性污染区地下水径流区上游布设1口对照井。(2)现状监测井点的布设原则。采用控制性布点与功能性布点相结合的布设原则。监测井点应主要布设在核电厂主厂区、厂址周围环境敏感点、可能的地下水放射性污染源、主要水文地质关注点［10］。
3．3地下水放射性监测井在剖面上的考虑地下水放射性监测井在地质剖面上应作如下考虑:①监测井点的层位应以潜水和可能接受放射性事故释放影响的有开发利用价值的含水层为主。②潜水监测井不得穿透潜水隔水底板。③应选用取水层与监测目的层相一致，且是常年使用的民井、生产井为监测井(无井可利用时，需布设专门的监测井)。④监测井井深设计应根据监测目的、含水层介质类型及其埋深与厚度来确定，尽可能超过已知最大地下水埋深以下2m［9］。
3．4监测井的具体布设地下水放射性监测井布设时，在剖面上考虑:①可能的民井取水层位;②潜水与承压水在剖面上的兼顾;③浅部花岗片麻岩风化裂隙发育段与中部花岗片麻岩构造裂隙发育段的兼顾。在平面上充分考虑三级水文地质单元边界性质及其3个径流带的空间分布。(1)对照井点的布设。可考虑在Ⅱ、Ⅲ水文地质单元地下分水岭北侧、F1断层下盘～岩性边界南侧的花岗片麻岩风化裂隙发育段布设1口对照井，如图1中的S0点。(2)针对R1径流带的考虑。由图1，2可知，虽然断裂破碎带F2是导水通道，由于厂区及其附近地形是西北高、东南低，Ⅲ－3－1单元基岩风化裂隙水即使通过NNE向构造裂隙或NE～NEE向岩脉附近裂隙流向断裂破碎带，也不会穿过破碎带继续流向F2西侧的Ⅲ－3－2单元，只可能在断裂破碎带附近汇集并沿着断裂破碎带向南流向Ⅲ－1－1单元。因此，可考虑在断裂破碎带靠厂址一侧的S1点附近选择1口民井(若有的话)或布设1口地下水放射性监测井。(3)针对R2径流带的考虑。同理，Ⅲ－3－1单元基岩风化裂隙水在地形控制下，可能会沿着NNW、NW向构造裂隙和NW向岩脉附近构造裂隙，向东、南方向流向Ⅲ－1－1单元。基于这种考虑，可以在S2点附近布设1口地下水放射性监测井。(4)针对R3径流带的考虑。Ⅲ－3－1单元基岩风化裂隙水也有可能沿着近EW向展布的岩脉附近的裂隙汇集到R3径流带上，因此可考虑在S3点附近布设1口地下水放射性监测井。
4结语
(1)为了做好核电厂厂区及附近地下水放射性监测，首先必须在分析厂址附近地形地貌、水文地质条件的基础上，逐级细分水文地质单元，模糊判别出地下水径流带和厂址所在水文地质单元的补、径、蓄、排及边界条件，并概化水文地质条件，建立水文地质概念模型。以此圈定可能有利的花岗岩蓄水构造和花岗岩裂隙水发育地带。(2)按照厂址所在水文地质单元水文地质特征布设地下水放射性监测井，并要充分考虑:①可能的放射性污染范围。监测井在平面上和剖面上的布设应考虑到使所有可能被污染的水文地质单元受到监测。②监测井的数目。应考虑水文地质单元的非均质性，即非均质性弱的水文地质单元一般比非均质性强的水文地质单元要求的监测井数目少一些。③监测井的深度。若监测的水文地质单元相当厚，则应从若干不同的深度取样。④监测井的位置。应沿着核电厂所在水文地质单元地下水水势梯度下降方向布设。⑤考虑场地平整、基坑负挖与回填对厂区原有水文地质单元的可能影响。
作者：谭承军 商照荣 程吉吉 魏国良 王韶伟 单位：环境保护部 核与辐射安全中心 中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院