營口市某工業(yè)固廢處置場對地下水的污染預(yù)測

孫曼曼 張佳寧

摘 要：本文以營口市某工業(yè)固廢處理場為研究對象，通過現(xiàn)場踏勘，在探明區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上確定了研究區(qū)范圍，結(jié)合導(dǎo)則要求，運(yùn)用GMS數(shù)值模擬軟件建立了模擬區(qū)的地下水流場和溶質(zhì)運(yùn)移模型。根據(jù)工程分析確定建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)營期的污染源強(qiáng)，對典型污染物進(jìn)入地下水的遷移擴(kuò)散情況進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明，在項(xiàng)目運(yùn)行期間，預(yù)測因子CODcr、氨氮、石油類及汞出現(xiàn)一定程度的超標(biāo)。按照規(guī)范要求采取防滲措施后，可有效降低項(xiàng)目運(yùn)行期間對地下水產(chǎn)生環(huán)境的影響，能夠基本滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：填埋場；地下水；數(shù)值模擬

中圖分類號：X820.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0007-02

1 工程概況

處置場工程位于營口大石橋市北部，占地面積37856m2，處理規(guī)模15萬m3。本工程按功能劃分為三大區(qū)域，即危險(xiǎn)廢物填埋區(qū)、管理區(qū)及輔助區(qū)。危險(xiǎn)廢物填埋區(qū)占地11675m2，庫區(qū)東西向長約159m，南北向長約88m，按作業(yè)順序可分為2個區(qū)（即填埋一區(qū)、填埋二區(qū)），處置對象為無法利用的污水處理中和渣，年處置量4705噸。中和渣在原廠區(qū)完成預(yù)處理達(dá)到《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598-2001）中填埋物入場要求后進(jìn)入本項(xiàng)目危險(xiǎn)廢物填埋場進(jìn)行填埋。本工程人工合成材料襯層采用滲透系數(shù)不大于10-10cm/s，高密度聚乙烯（HDPE）作為防滲的主要材料，其中上人工合成襯層厚度為2.0mm，下人工合成襯層厚度為2.0mm。滲濾液收集系統(tǒng)由級配礫石層（場底）、復(fù)合土工排水網(wǎng)（邊坡）、滲濾液收集盲溝和滲濾液排出管組成。滲濾液通過廢物空隙、收集導(dǎo)流層匯集到盲溝內(nèi)，盲溝內(nèi)設(shè)滲濾液導(dǎo)排花管。

場地所處地貌類型為低山丘陵地貌。該場地現(xiàn)為一采石場，已形成三面環(huán)山一面出口的“簸箕”形，且場地內(nèi)早期因亂挖碎石土致使地形起伏較大，有多個采石坑及巷洞，整體地勢呈北高南低之勢，勘察區(qū)地面絕對標(biāo)高最大值151.88m，標(biāo)高最小值106.66m，最大高差達(dá)45.22米。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察，廠區(qū)勘查深度內(nèi)鉆探揭露地層巖性及水文地質(zhì)條件可分為三層，現(xiàn)簡述如下：

（1）素填土：雜色，濕，松散，主要由碎石土組成，分布很不均勻。層底埋深為0.30～7.00米，層底標(biāo)高106.14～145.87米，層厚0.30～7.00米。

（2）含礫粉質(zhì)粘土：紅棕色，飽和，稍有光澤。含有角礫，含量15-20%，向下含量逐漸增多，僅在輔助區(qū)的箱變及管理區(qū)的辦公用房一帶分布。層底埋深為2.2～4.50米，層底標(biāo)高112.86～116.90米，層厚0.80～4.50米。

（3）中風(fēng)化大理巖：灰白色，中風(fēng)化狀態(tài)，中粒變晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)部分被破壞，礦物成分主要為菱鎂礦、白云石，含量在90%以上，其次為石英、方解石，裂隙較發(fā)育，局部夾有軟弱的滑石蝕變帶，寬度0.2-0.5米。巖石的堅(jiān)硬程度為較軟巖-較硬巖，完整程度為較完整。層底埋深大于20.0米，厚度大于13.0米，本次勘察未能穿透此層。

按含水層巖性特征及賦存條件、水力性質(zhì)及富水性，將評價(jià)區(qū)地下水類型劃分為中、上更新統(tǒng)殘坡積、坡洪積孔隙水、全新統(tǒng)洪沖積孔隙水和遼河群基巖風(fēng)化裂隙水三個含水層組。廠區(qū)地下水類型主要為基巖風(fēng)化裂隙水，含水層主要巖性為遼河群大石橋組三段大理巖。由于廠區(qū)地勢較高，地下水位埋深較大，根據(jù)周邊地下水位統(tǒng)測，推測廠區(qū)地下水水位埋深大于55m，水位標(biāo)高約在60m左右，地下水礦化度為629.95-716.72mg/L，水化學(xué)類型為重碳酸硫酸鈣鎂型。主要接受大氣降水垂直入滲和上游基巖風(fēng)化裂隙水側(cè)向徑流補(bǔ)給，以向下游徑流方式排泄。據(jù)企業(yè)提供的巖土勘察資料顯示，20m深度內(nèi)未揭露地下水位，這說明廠區(qū)地下水埋深大，但包氣帶透水性好，防污性差。因此，在項(xiàng)目建設(shè)時，要按相關(guān)規(guī)定采取有效防滲措施，保護(hù)地下水環(huán)境。

2 數(shù)值模擬

2.1 水文地質(zhì)概念模型

本次數(shù)值模擬評價(jià)區(qū)位于張官右岸的山前沖洪積扇一帶，淺層地下水類型主要以第四系全新統(tǒng)沖積、沖洪積松散巖類孔隙潛水以及大理巖全強(qiáng)風(fēng)化基巖裂隙水為主。評價(jià)區(qū)含水層系統(tǒng)，包氣帶巖性為素填土及含礫石粉質(zhì)粘土，厚度在1.0～5.0m，上部含水層巖性由砂礫石組成，厚度3～10m，下部含水層由全強(qiáng)風(fēng)化的大理巖組成，厚度在0.2～0.5m。由于大理巖含水層裂隙較為發(fā)育，滲透系數(shù)較大，與砂礫石層相似，厚度較薄，因此將兩含水層概化為一層，即為本次地下水?dāng)?shù)值模擬評價(jià)的目的含水層。模擬區(qū)西北及東南兩側(cè)處于山脊部位，為天然分水嶺，因此將其概化為二類零流量邊界；西南側(cè)淤泥河為季節(jié)性河流，將其概化為一類水頭邊界；西側(cè)、北側(cè)及東側(cè)邊界存在多口水井，將其概化為二類流量邊界。

2.2 數(shù)學(xué)模型

評價(jià)區(qū)地下水流系統(tǒng)概化成非均質(zhì)、各向異性的三維非穩(wěn)定地下水流系統(tǒng)，用下列的數(shù)學(xué)模型[1]表述：

2.3 模型校正及參數(shù)選取

通過對模擬區(qū)水均衡及水文地質(zhì)參數(shù)分析，將調(diào)整后的水文地質(zhì)參數(shù)、源匯項(xiàng)及邊界條件代入模型生成地下水流場并進(jìn)行擬合。驗(yàn)證期末刻實(shí)測等水位線及計(jì)算等水位線擬合結(jié)果顯示，除個別地區(qū)擬合水位偏差較大外，整體擬合效果較好，基本達(dá)到模型精度要求，能夠較真實(shí)地反映區(qū)域地下水流的的水力特征，可利用識別后的模型進(jìn)行溶質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化模擬預(yù)測[2]。

用于地下水流數(shù)值模擬的水文地質(zhì)參數(shù)主要有兩類，一類是用于計(jì)算地下水補(bǔ)排量的參數(shù)；另一類是表征含水層特征的水文地質(zhì)參數(shù)[3]。評價(jià)區(qū)山前堆積物以砂礫石為主，滲透系數(shù)75～100m/d，山腳以上以全強(qiáng)風(fēng)化基巖為主，滲透系數(shù)10～50m/d，具體參數(shù)賦值情況見表1。

3 地下水環(huán)境影響預(yù)測

為體現(xiàn)滲濾液泄漏對周邊地下水環(huán)境可能造成的不利影響，本次預(yù)測確定污染情景根據(jù)填埋場環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別給出“因防滲膜接合部未處理好而導(dǎo)致防滲層出現(xiàn)漏洞，造成滲濾液下滲進(jìn)入地下含水層”[4]。假設(shè)滲漏探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)破損到修復(fù)時間為24h，考慮最不利條件下的影響，豐水年七月滲濾液產(chǎn)生總量642.91m3，則滲濾液最大滲漏速率為20.74m3/d，污染源概化為瞬時源，地下水環(huán)境影響預(yù)測評價(jià)因子為：CODcr、氨氮、石油類、汞。

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，石油類瞬時滲漏180d后，0.01mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠(yuǎn)距離為55m；汞瞬時滲漏1000d后，0.0002mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠(yuǎn)距離為156m；CODcr瞬時滲漏1700d后，1mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠(yuǎn)距離為478m；3000d后，0.02mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠(yuǎn)距離為1271m。

4 廠區(qū)防滲分區(qū)劃分

本項(xiàng)目的地下水防滲分區(qū)及措施按照《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，如表2所示劃分為重點(diǎn)防滲區(qū)、一般防滲區(qū)和簡單防滲區(qū)。

本工程人工合成材料襯層采用高密度聚乙烯作為主要防滲材料，上人工合成襯層厚度為2.0mm，下人工合成襯層厚度為2.0mm。為防止HDPE膜發(fā)生破損，本工程采用滲漏電學(xué)檢測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，在滲漏產(chǎn)生時即報(bào)警，可以定位漏洞的位置，及時采取修補(bǔ)。固定式土工膜長期滲漏監(jiān)測系統(tǒng)由以下部分組成：柔性檢測電極在土工膜下鋪設(shè)成格柵狀，電極間距一般為5-8m；電線連接每一個柔性檢測電極到一個電子監(jiān)控箱；滲漏監(jiān)測控制室可以實(shí)現(xiàn)電勢數(shù)據(jù)的采集；計(jì)算機(jī)分析電測數(shù)據(jù)，異常區(qū)域通過2D或者3D圖示出來；對于雙層防滲系統(tǒng)，柔性監(jiān)測電極鋪設(shè)于兩層土工膜之間，兩層土工膜間需要一層導(dǎo)電土工布或者是導(dǎo)電土工復(fù)合排水網(wǎng)。

5 結(jié)語

本文進(jìn)行了1種具有較大潛在污染情景的不同污染物的運(yùn)移數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示，在項(xiàng)目運(yùn)行期間，預(yù)測因子CODcr、氨氮、石油類及汞出現(xiàn)一定程度的超標(biāo)瞬時污染條件下污染物氨氮向下游運(yùn)移3000天污染暈已到達(dá)下游居民點(diǎn)，此時污染物氨氮濃度已低于《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）中Ⅲ類限值。

根據(jù)項(xiàng)目地下水環(huán)境污染數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果，本項(xiàng)目在采取上述防滲措施后，其正常、非正常狀況下的污染物對地下水的影響均能滿足地下水環(huán)境的要求。具體防滲措施能夠達(dá)到保護(hù)地下水環(huán)境的目的，地下水防滲措施是可行的。

參考文獻(xiàn)

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