山谷型垃圾填埋場地下水污染預(yù)測與環(huán)境風(fēng)險評價

郭小斌

（福建省地質(zhì)測繪院，福州350011）

山谷型垃圾填埋場地下水污染預(yù)測與環(huán)境風(fēng)險評價

郭小斌

（福建省地質(zhì)測繪院，福州350011）

福建省是多丘陵地區(qū)，生活垃圾填埋場大多為山谷型，兩側(cè)分水嶺較寬厚，地形封閉條件良好，所在溝谷可視為獨立的水文地質(zhì)單元，填埋區(qū)下伏基巖為塊狀巖體，其微風(fēng)化裂隙不發(fā)育，巖體較完整，可視為相對隔水層。滲濾液滲漏后污染物主要沿溝谷底部第四系含水層及下伏強風(fēng)化巖節(jié)理裂隙通道中呈線狀運移。論文通過將生活垃圾填埋場概化為一維穩(wěn)定流動一維水動力彌散模型，采用解析法中一維半無限長多孔介質(zhì)柱體，一端為定濃度邊界，預(yù)測滲濾液滲漏后對溝谷下游敏感目標(biāo)的污染情況，并提出可行的防護措施。

垃圾填埋場；地下水；滲濾液；污染

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.093

1 引言

地下水污染是垃圾填埋場、化工、重金屬礦開采等建設(shè)項目中的突出問題。地下水污染主要為人類活動引起：生活和工業(yè)廢水直接排放進地表水，污染后的地表水下滲進入地下含水層；生活垃圾、工業(yè)廢渣、礦山尾礦等經(jīng)雨水淋濾、溶解，其滲濾液下滲進入地下含水層。地下水污染預(yù)測方法主要有數(shù)值法、解析法和類比預(yù)測法[1]，目前垃圾填埋場地下水污染方面的資料比較少，單個建設(shè)項目很難取得完整的計算參數(shù)，而且缺乏代表性，可靠性較差，不能滿足數(shù)值法的資料要求。論文以德化縣山谷型垃圾填埋場為例，采用一維穩(wěn)定流動一維水動力彌散模型對填埋場地下水污染進行預(yù)測，并提出較為可行的防護措施。

2 填埋場概況

2.1 自然地理環(huán)境填埋場位于一狹長的山溝中，屬低山、丘陵地貌，主溝走向北西約280°，多呈“V”谷，地形切割深度40～60m，垃圾主壩及調(diào)節(jié)池附近呈“U”型，溝谷縱坡坡度10°左右，兩側(cè)山坡坡度30°～50°，植被較發(fā)育。場址東北、東、東南部地勢較高，其余地段地勢較低，附近最高海拔653.8m，最低海拔503.5m，相對高差150.3 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

場址區(qū)地表水系為溪及其小支流，溝谷延伸較長，水系大部分為常年流水溝谷，地表水受地形約束，沿溝谷向下游流動。由于溝谷切割零碎，區(qū)內(nèi)地下水分水嶺與地表水的分水嶺基本一致，垃圾填埋場所在溝谷可視為獨立的水文地質(zhì)單元，主要受大氣降水補給，以泉水排泄于溪溝等低洼地帶，后沿溝谷向下游流動，水交替較強烈，循環(huán)深度不大，該場地下伏基巖為凝灰熔巖，其微風(fēng)化裂隙不發(fā)育，巖體較完整，可視為相對隔水層[3]。

地下水按埋藏條件、水理性質(zhì)等可分為第四系孔隙水、風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水與基巖裂隙水3類。

3 地下水污染預(yù)測

3.1 敏感目標(biāo)及預(yù)測范圍

敏感目標(biāo)為垃圾填埋場主壩下游約1200m處有一魚蝦養(yǎng)殖場，面積約12000m2，共有6個養(yǎng)殖池，深1.5～2.0m，其用水為地表水與地下水的混合水，其生活用水為山間泉水，該垃圾填埋場滲濾液發(fā)生滲漏時，會對其生產(chǎn)生活用水產(chǎn)生污染。

預(yù)測范圍為垃圾主壩至下游魚蝦養(yǎng)殖場間的溝谷，見圖1。

3.2 垃圾滲濾液污染因子的篩選

圖1 敏感目標(biāo)及預(yù)測范圍

垃圾滲濾液具有污染物濃度高，成分復(fù)雜，且變化極不穩(wěn)定的特點，是一種高濃度有機廢水，而且其水量變化很大，水質(zhì)成分也較為復(fù)雜。通?？筛鶕?jù)填埋場的“年齡”分為2類：一類是“年輕”的滲濾液，其填埋時間在5年以下，所產(chǎn)生的滲濾液水質(zhì)特點是pH值較低，C0DCr和B0D5濃度較高，且B0D5/C0DCr的比值較高，可生化性較好；另一類是“年老”的滲濾液，其填埋時間在5年以上，所產(chǎn)生的滲濾液的主要水質(zhì)特點是pH值較接近中性，C0DCr和B0D5濃度較低，且B0D5/C0DCr的比值較低，可生化性較差，而NH3—N濃度較高。

根據(jù)場地前期水文地質(zhì)調(diào)查報告，結(jié)合建設(shè)項目工程特征、排污種類、排污去向及周圍地區(qū)環(huán)境質(zhì)量概況，采用等標(biāo)污染負荷比計算獲得本項目地下水污染預(yù)測因子。

3.3 預(yù)測模型

該填埋場為典型的狹長溝谷形場地，大氣降水、地表徑流、地下水、垃圾中的水分、覆蓋材料中的水分、垃圾中有機物降解所產(chǎn)生的水分等直接匯集于庫區(qū)，形成的垃圾滲濾液通過預(yù)先埋設(shè)的管道排入滲濾液處理站處理達標(biāo)后，最終排入德化縣污水處理廠，沒有外排。

徐進步一拍腦袋:“啊,想起來了,‘世上本無路’那一句,難怪聽著有印象?？删退?八成沒讀過魯迅的什么書吧?”

填埋區(qū)雖然進行了嚴格防滲，但是一旦發(fā)生填埋區(qū)防滲層破裂、調(diào)節(jié)池、滲濾液處理站各構(gòu)筑物滲漏、污水管道滲漏等事故狀態(tài)，滲濾液泄漏進入地下水含水層，造成地下水污染。本次根據(jù)前述污染預(yù)測因子的篩選，對主要污染物NH3—N、高錳酸鹽指數(shù)采用解析法進行預(yù)測。

根據(jù)前期本項目水文地質(zhì)調(diào)查報告及勘察報告結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗：強風(fēng)化巖層滲透系數(shù)取9.50×10-4cm/s，屬中等透水；中風(fēng)化巖滲透系數(shù)1.38×10-5～9.57×10-5cm/s，透水率2.42～7.37Lu，微風(fēng)化巖滲透系數(shù)2.01×10-5～2.65×10-5cm/s，透水率1.54～2.42Lu，均屬于弱透水性。填埋區(qū)溝谷兩側(cè)分水嶺較寬厚，填埋區(qū)到壩下游魚蝦養(yǎng)殖場，均為溝谷地貌，地形封閉條件良好，滲濾液向鄰谷滲漏的可能性小。因此，滲濾液滲漏后污染物主要沿谷底強風(fēng)化及中風(fēng)化基巖上部中的節(jié)理裂隙通道呈線狀運移。

該次預(yù)測將污染物在填埋區(qū)及下游地下水中運移的水文地質(zhì)預(yù)測模型概化為一維穩(wěn)定流動一維水動力彌散問題，將垃圾滲濾液滲漏概化為通過垃圾壩軸線均勻下滲的一維半無限長多孔介質(zhì)柱體，一端為定濃度邊界模型:

根據(jù)現(xiàn)場地形及實際情況，從垃圾主壩至下游魚蝦養(yǎng)殖場1200m的距離內(nèi)，每隔100m預(yù)測一次。從環(huán)境安全的角度考慮，按最不利條件假定滲濾液滲漏是持續(xù)恒定的。

取強風(fēng)化及中風(fēng)化基巖上部的滲透系數(shù)K=9.5×10-4cm/s（0.8208m/d），填埋區(qū)至下游魚蝦養(yǎng)殖場的水力坡度J=0.015，有效孔隙度ne取0.015。根據(jù)達西定律：v=KJ，式中，v為地下水的滲透流速，得出地下水的實際流速為：

u=v/ne=KJ/ne=0.8208×0.015/0.015=0.8208m/d

彌散系數(shù)根據(jù)預(yù)測區(qū)的巖性特征和相關(guān)地層研究經(jīng)驗，采用經(jīng)驗公式aL=0.83×（lg L）2.414，式中，L為預(yù)測區(qū)的近似最大內(nèi)徑（L=57.55m），經(jīng)計算得出預(yù)測區(qū)強風(fēng)化及中風(fēng)化基巖上部的縱向彌散度：

如上所述：填埋區(qū)滲濾液一旦發(fā)生滲漏，滲濾液中主要污染物NH3—N，高錳酸鹽指數(shù)將在填埋區(qū)及其下游強—中風(fēng)化巖層中運移，根據(jù)模型預(yù)測，運移結(jié)果見表1、表2。

該次預(yù)測執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 14848—1993的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)[2]，由表1、表2可見：滲濾液中污染物經(jīng)過地下水的對流—彌散作用，離填埋區(qū)最近的魚蝦養(yǎng)殖場地下水中NH3—N、高錳酸鹽指數(shù)達到地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的時間分別為1119d、1158d，均大于3年。因此，在滲濾液發(fā)生泄漏時，考慮最不利條件，滲濾液中的主要污染物在3年內(nèi)也不會對下游魚蝦養(yǎng)殖場的地下水水質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。

表1 NH3—N不同距離達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的時間

表2 高錳酸鹽指數(shù)不同距離達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的時間

3.4 污染評價

根據(jù)上述地下水污染預(yù)測，滲濾液發(fā)生持續(xù)恒定的滲漏時，按最不利條件考慮，其主要污染因子NH3—N、高錳酸鹽指數(shù)經(jīng)過地下水的對流—彌散作用，3年內(nèi)也不會污染垃圾主壩1200m的敏感目標(biāo)魚蝦養(yǎng)殖場。可見滲濾液泄漏后通過下滲和地下徑流對地下水的影響是緩慢的。但根據(jù)國內(nèi)外已有的填埋型垃圾場運行情況，地下水的污染是持久的和難以恢復(fù)的，因此必須杜絕滲漏事故發(fā)生[4]。

4 防護措施

在垃圾填埋前對填埋區(qū)進行防滲處理，滲濾液統(tǒng)一收集處理達標(biāo)后接入城市污水處理管道，廢水水質(zhì)應(yīng)長期、定期監(jiān)測，水質(zhì)須達相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。

5 結(jié)論

1）填埋場位于一狹長的山溝中，場址區(qū)屬低山、丘陵地貌，主溝走向北西約280°，填埋區(qū)呈北、西高，南、東低，構(gòu)成獨立的水文地質(zhì)單元邊界，是南方典型的山谷型垃圾填埋場，預(yù)測范圍具有代表性與可比性。

2）場址區(qū)下伏基巖為凝灰熔巖，其微風(fēng)化裂隙不發(fā)育，巖體較完整，可視為相對隔水層。地下水按埋藏條件、水理性質(zhì)等可分為第四系孔隙水、風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水與基巖裂隙水3類。地下水主要受大氣降水補給，以泉水排泄于溪溝等低洼地帶，后沿溝谷向下游流動，水交替較強烈，循環(huán)深度不大。

3）通過解析法對本項目的地下水污染預(yù)測，滲濾液發(fā)生持續(xù)恒定的滲漏時，按最不利條件考慮，其主要污染因子NH3—N、高錳酸鹽指數(shù)經(jīng)過地下水的對流—彌散作用，通過下滲和地下徑流對地下水的影響是緩慢的，但根據(jù)國內(nèi)外已有的填埋型垃圾場運行情況，地下水的污染是持久的和難以恢復(fù)的，因此必須杜絕滲漏事故發(fā)生。

4）因該場地地形地質(zhì)條件限制，現(xiàn)場無法找到具有代表性的場地做彌散試驗，而且即使做了也不具有代表性，解析法預(yù)測模型中彌散系數(shù)、彌散度的選取結(jié)合地區(qū)及相關(guān)研究經(jīng)驗綜合取值。

5）論文所述方法可以為相似地形地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件的場地的地下水污染預(yù)測提供參考。

【1】HJ 610—2016環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——地下水環(huán)境[S].

【2】GB/T 14848—93.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

【3】楚敬龍.解析法在山區(qū)地下水環(huán)境影響評價中的應(yīng)用[J].有色金屬，2011(5):63-65.

【4】陳崇希.地下水動力學(xué)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2003.

The Prediction of Groundwater Pollution and Risk Assessment of Valley Type Landfill Site

GUO Xiao-bin
（Fujian Geological Surveying and Mapping Institute,Fuzhou350011,China）

Fujian province is rich in hills，and the landfill sites are usually of valley type.With wide and thick watersheds on both sides of the valley，the landfill site is closed well.So its valley can be considered as an independent hydro geological unit.The subterrane of the landfill area is tuff lava and its slight weathering crevasse doesn't develop.With relatively complete rock mass it can be seen as relative water-resisting layer.Pollutant from percolate leakage mainly migrates linearly along quaternary aquifer of bottom valley and the channels of the joints and fissures of the strong weathered rock.By generalizing the landfill site to one dimensional steady flow and one dimensional hydrodynamic dispersion model，the paper adopts analytic method of one dimensional semi-infinite porous medium cylinder，with one dimension to set concentration boundary layer，to predict pollution condition to the sensitive targets of the valley downstream after the percolate leakage,and formulates possible protection measures.

the landfill site;groundwater;percolate;pollution

X523;X820.4

A

1007-9467（2016）08-0170-02

2016-07-23

郭小斌（1979～），男，福建安溪人，高級工程師，從事地質(zhì)測繪及工程勘察研究。