基于modflow對(duì)某簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)研究

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì)， 廣東 廣州 510510)

目前，垃圾填埋是我國(guó)應(yīng)用較廣的垃圾處理技術(shù)。垃圾填埋場(chǎng)按照工程措施是否齊全、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)能否滿(mǎn)足等條件可分為簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)、受控填埋場(chǎng)和衛(wèi)生填埋場(chǎng)三種類(lèi)型，其中簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)是沒(méi)有任何工程防護(hù)措施，不能滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范，對(duì)周?chē)h(huán)境污染也最大，已有研究表明簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)排放沒(méi)有采取相關(guān)處理措施的滲濾液，會(huì)對(duì)地表水和土壤產(chǎn)生污染，并且會(huì)下滲污染地下水。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)垃圾場(chǎng)的建設(shè)采用簡(jiǎn)易的填埋方式，且由于近年來(lái)生活垃圾產(chǎn)量不斷增加，該簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)狀垃圾堆體頂部高程約10 m，底部高程約-2.5 m，由于采用不規(guī)范的填埋作業(yè)方式，垃圾堆體周邊形成了垃圾陡坎，且相當(dāng)松散，易發(fā)生垃圾垮塌，在垃圾堆體邊界處存在積存有垃圾滲濾液的水坑。

本簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)地貌單元屬三角洲及河口平原，原始地形平坦，地勢(shì)低洼，周邊地表水十分發(fā)育，池塘密布。

研究區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，賦存在于第四系砂層(中砂和粗砂)中，以承壓水為主，據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)，按含水層最大降深計(jì)算其單井涌水量在235～398.5 m3/d之間，單位涌水量0.412～0.765 L /s·m，富水性中等。

2 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

2.1 垃圾滲漏液產(chǎn)生量及濃度

根據(jù)多年觀(guān)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料，采用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算場(chǎng)區(qū)的滲濾液產(chǎn)生量，具體計(jì)算公式如下：

Q=1 000-1×I (C1A1+C2A2+C3A3)

式中：Q為滲濾液產(chǎn)生量，(m3/d)；I為多年平均日降雨量，(mm/d)，研究區(qū)年平均降水量1 635.5 mm左右，雨季多集中在4～9月，24 h最大降雨量歷史記錄為340.1 mm；A1為填埋作業(yè)單元匯水面積，(m2)；A2為中間覆蓋單元匯水面積，(m2)；A3為終場(chǎng)覆蓋單元匯水面積，(m2)；C1為作業(yè)單元滲出系數(shù)，根據(jù)本場(chǎng)的填埋工藝和環(huán)境條件，取其標(biāo)準(zhǔn)值為0.6。C2為中間覆蓋單元滲出系數(shù)，取其值為0.3。C3為終場(chǎng)覆蓋單元滲出系數(shù)，取其值為0.1。

簡(jiǎn)易填埋工程未進(jìn)行中間覆蓋及封場(chǎng)，分別對(duì)應(yīng)的正在作業(yè)區(qū)域A1取1×A，已經(jīng)進(jìn)行中間覆蓋的區(qū)域A2取0×A，封場(chǎng)后的區(qū)域A3取0×A；(A為填埋區(qū)面積88 596 m2)。由此公式計(jì)算：Q=1 000-1×I(C1A1+C2A2+C3A3)=1 000-1×1 635.5×0.6×88 596=86 939.25 m3/a=238.19 m3/d。

表1 現(xiàn)有垃圾填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)排情況統(tǒng)計(jì)表

2.2 水文地質(zhì)概念模型

根據(jù)水文地質(zhì)勘察鉆探揭露，在勘探深度40m范圍內(nèi)的巖土地層主要為素填土層、淤泥層、中砂層、粉質(zhì)粘土層和砂質(zhì)粘性土層。地下水埋深約為0.1～0.93 m，將模擬范圍內(nèi)地下水層概化為上中下兩層，上層為淤泥和粉質(zhì)粘土層(相對(duì)隔水層)，中間為中砂層(相對(duì)含水層)，下層為粉質(zhì)粘土層和砂質(zhì)粘性土層(相對(duì)隔水層)，地下水為承壓水，其中每層為各項(xiàng)同性，三層的水文地質(zhì)參數(shù)不同，底部埋深40 m。

圖1 模擬平面網(wǎng)格剖分圖 圖2 模型校正后流場(chǎng)圖

2.3 地下水流場(chǎng)模擬

2.3.1 空間離散

建模過(guò)程中，垂向上將模擬區(qū)概化為三層結(jié)構(gòu)模型。平面上將模型剖分為20×20 m，污染羽附近加密為10×10 m的網(wǎng)格對(duì)污染物遷移過(guò)程進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)(見(jiàn)圖1)。

2.3.2 源匯項(xiàng)的處理

評(píng)價(jià)區(qū)的源匯項(xiàng)主要包括補(bǔ)給項(xiàng)和排泄項(xiàng)。大氣降雨和河流池塘地表水為主要補(bǔ)給來(lái)源，現(xiàn)狀條件下，模擬區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式有蒸發(fā)和側(cè)向徑流排泄兩種方式。

2.3.3 邊界條件

本次模擬地下水流向整體為自南向北方向，南和北方向根據(jù)流場(chǎng)處理為定水頭邊界，其他兩側(cè)垂直于等水位線(xiàn)的方向處理為隔水邊界，模型上邊界為降水入滲補(bǔ)給、河流補(bǔ)給和蒸發(fā)邊界，評(píng)價(jià)區(qū)多年平均年降水量在1 635.5 mm左右(降雨入滲系數(shù)ɑ=0.1)。

2.3.4 含水層參數(shù)

綜合評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)抽水實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算水位和實(shí)際水位擬合分析，反復(fù)調(diào)整參數(shù)，最終得到了含水層參數(shù)。參數(shù)如表2所示。

表2 各層參數(shù)選取表

2.4 模型識(shí)別

模擬區(qū)參數(shù)取值主要參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型水文地質(zhì)參數(shù)的初始值，然后用試錯(cuò)法調(diào)參識(shí)別，擬合模擬區(qū)上、下游的等水位線(xiàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。由于參數(shù)分區(qū)和參數(shù)初值的選取較客觀(guān)的反映了模擬區(qū)的實(shí)際水文地質(zhì)條件，加之細(xì)致的調(diào)參擬合，模型識(shí)別取得了較為理想的效果，模擬后的流場(chǎng)見(jiàn)圖2。

2.5 地下水溶質(zhì)運(yùn)移模擬

2.5.1 溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)

參考前人的研究成果，本次評(píng)價(jià)區(qū)范圍對(duì)應(yīng)的彌散度應(yīng)介于1～10之間，按照偏保守的評(píng)價(jià)原則，本次模擬彌散度參數(shù)值見(jiàn)表3。

表3 地下水中溶質(zhì)運(yùn)移的模型參數(shù) m

2.5.2 模型條件的概化

本次模型將上述情形的污染源以面源形式設(shè)定濃度邊界，污染源位置按實(shí)際設(shè)計(jì)概化。在模擬污染物擴(kuò)散時(shí)，不考慮吸附作用、化學(xué)反應(yīng)等因素，重點(diǎn)考慮了對(duì)流、彌散作用。

為了分析填埋區(qū)內(nèi)由于在泄漏點(diǎn)不同的泄漏污染物隨地下水的運(yùn)移對(duì)周邊地下水環(huán)境造成的影響，利用校正過(guò)的水流模型，結(jié)合上述事故情景設(shè)置，對(duì)各類(lèi)污染物進(jìn)入地下水進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.5.3 污染物溶質(zhì)運(yùn)移結(jié)果

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，選取CODMn與氨氮為預(yù)測(cè)因子。CODMn濃度設(shè)定為6 000 mg/L，氨氮濃度為1 200 mg/L。以《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值作為CODMnn與氨氮污染控制標(biāo)準(zhǔn)，分別為3.0 mg/L與0.2 mg/L，由于在模擬污染物擴(kuò)散時(shí)未考慮吸附作用、化學(xué)反應(yīng)等因素，在其他條件(水動(dòng)力條件、泄漏量及彌散等)相同的情況下，污染物的擴(kuò)散主要取決于污染物的初始濃度。

預(yù)測(cè)結(jié)果：污染源輸入模型，模擬預(yù)測(cè)發(fā)生滲漏事故后365 d、1 825 d、3 650 d和7 300 d污染羽的變化情況。污染羽范圍如圖3、圖4所示。預(yù)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表4。

在污水泄漏過(guò)程中，污染物在水動(dòng)力條件下不斷近北向南方向運(yùn)移，泄漏第7 300 d后，氨氮限制濃度0.2 mg/L運(yùn)移至場(chǎng)區(qū)北部約150 m，泄漏第7 300 d后，CODMn限制濃度3 mg/L運(yùn)移至場(chǎng)區(qū)北部約50 m，因此，如果發(fā)生泄露，滲漏的污水會(huì)對(duì)下游的地下水水質(zhì)造成一定影響。

表4 填埋場(chǎng)CODMn與氨氮滲漏地下水污染預(yù)測(cè)結(jié)果表

圖3 CODMn污染物運(yùn)移7 300 d模擬結(jié)果 圖4 氨氮污染物運(yùn)移7 300 d模擬結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)相關(guān)超標(biāo)因子進(jìn)行地下水污染預(yù)測(cè)，根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)模型和參數(shù)，得出該簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)中氨氮污染距離可達(dá)536.4 m；高錳酸鉀指數(shù)污染距離可達(dá)480.36 m，說(shuō)明該簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的泄漏已對(duì)下游一定區(qū)域的地下水環(huán)境造成了污染。

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