白山市南山生活垃圾填埋場對地下水環(huán)境的影響分析

龐香多

吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長春 130103

0 引言

白山市南山生活垃圾填埋場在1993年初由白山市政府依據(jù)地勢將該區(qū)域劃定為指定城市垃圾場，收納白山市城區(qū)生活與建筑垃圾。由于采取簡易填埋方式，填埋坑底未采取防滲措施和滲瀝液收集處理系統(tǒng)，導致垃圾滲瀝液對下游水體造成不同程度的污染。2018年5月南山垃圾填埋場正式停止使用，已不再接收生活垃圾和建筑垃圾。本文利用建立指數(shù)函數(shù)模型、采用一維穩(wěn)定流彌散方程的方法，選用滲濾液對包氣帶水的影響距離、時間、范圍作為評價結(jié)果，預測了污染質(zhì)的最大污染范圍，為生活垃圾填埋場環(huán)境治理提供依據(jù)。

1 項目區(qū)概況

白山市南山垃圾填埋場位于吉林省白山市渾江區(qū)市區(qū)東南側(cè)，隔303省道與市區(qū)距離約300 m，該區(qū)域為渾江向斜盆地南側(cè)，地形特征為低山丘陵的山坡地段，東南高西北低。1993年初由白山市政府依據(jù)地勢將該區(qū)域劃定為指定城市垃圾場，收納白山市城區(qū)生活與建筑垃圾。初期接收生活與建筑垃圾350 m3/d，后期達到1 300 m3/d，目前垃圾場占地約8 hm2，填埋深度1.0～36.0 m，垃圾貯存量132×104m3(1)何志茹.白山市南山垃圾場封場工程可行性研究報告[R].黑龍江省建科工程設計有限公司，2018.。2018年5月南山垃圾填埋場正式停止使用，已不再接收生活垃圾和建筑垃圾。截止到2018年7月，南山垃圾填埋場完成了南山垃圾填埋場滲濾液收集處理工程(一期應急)建設，并投入使用。

2 場區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

本區(qū)地層由新元古界震旦系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界侏羅系、白堊系和新生界第四系組成。上部堆積了第四系粉質(zhì)黏土，厚度3.00～10.00 m和1.60～2.00 m的礫石層；向下為中生界侏羅系巖層，由灰綠色砂巖、礫巖、凝灰?guī)r、角礫巖、安山巖、砂質(zhì)頁巖等組成。場區(qū)地下水以基巖裂隙水為主。經(jīng)水文地質(zhì)物探勘查，在垃圾場中呈北東向發(fā)育有一條斷裂構(gòu)造，走向北東，傾角較陡。受各構(gòu)造運動的作用和深大斷裂構(gòu)造的影響，巖石裂隙較發(fā)育，據(jù)區(qū)內(nèi)水源井抽水試驗可知，水位降深20 m，單井涌水量280.16 m3/d，地下水位埋深6.50～10.12 m(2)龐香多.白山市南山生活垃圾填埋場水文地質(zhì)勘察報告[R].吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所,2019.。

3 環(huán)境污染現(xiàn)狀

白山市南山生活垃圾填埋場由于采取簡易填埋方式，填埋坑底未采取防滲措施和滲瀝液收集處理系統(tǒng)，缺乏填埋氣導排及處理設施、雨污分流系統(tǒng)且填埋作業(yè)方式不規(guī)范，導致垃圾滲瀝液對下游水體造成不同程度的污染。根據(jù)垃圾場區(qū)內(nèi)J1-J5號水源井水質(zhì)化驗資料和《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017)[1]分析，地下水總硬度1 550 mg/L，超標倍數(shù)為3.44；溶解性總固體2 520 mg/L，超標倍數(shù)2.52；氯化物質(zhì)量濃度815 mg/L，超標倍數(shù)3.26；耗氧量質(zhì)量濃度10.80 mg/L，超標倍數(shù)3.6。因此白山市南山垃圾場已遭受不同程度的污染。

4 地下水環(huán)境影響預測

4.1 污染預測模型

根據(jù)2018年10月18日和2019年4月13日(取樣日期)兩次化驗結(jié)果選擇有代表性的超標項目高錳酸鹽指數(shù)(COD)值，采用指數(shù)函數(shù)模型進行污染質(zhì)預測[2]。

計算模型：

C=C0e-αt0

式中：

C—污.廢水運移預測質(zhì)量濃度(mg/L)；

C0—污.廢水主要污染質(zhì)源強質(zhì)量濃度(mg/L)；

α—污染質(zhì)在含水層中的衰減系數(shù)(1/d)；

t0— 預測時間(d)；

Q0—第一次耗氧量(COD)質(zhì)量濃度(mg/L)；

Ql—第二次耗氧量(COD)質(zhì)量濃度(mg/L)；

t—間隔時間(d)。

預測結(jié)果見表1。

表1 地下水耗氧量(COD)預測結(jié)果表

從表1預測可知：場區(qū)地下水1年耗氧量為5.56 mg/L、2年耗氧量為2.86 mg/L，根據(jù)《地下水水質(zhì)標準》(GB14848-2017)，耗氧量標準值是3.00 mg/L ，因此2年后場區(qū)地下水耗氧量達到Ⅲ類標準。

4.2 預測影響時間及距離

根據(jù)場區(qū)的水文地質(zhì)條件，采用如下公式計算總硬度影響的時間與距離。

計算公式：u=KI/n當K<5時，n=0.059

L=ut

式中：

u—地下水實際流速(m/d)；0.33

K—滲透系數(shù)(m/d)(K=1.95 m/d)；

I—水力坡度(根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查選用上游下游兩個水井之間的距離和水位之差的比值為0.011)；

n—孔隙度(含水層給水度均值0.065)；

L-影響距離(m)。

計算結(jié)果見表2。

表2 預測影響時間及距離表

預測結(jié)果表明，污染質(zhì)運移1年時濃度是5.56 mg/L，下游最大運移距離是120.45 m；2年時濃度是2.86 mg/L，運移最大距離是240.90 m(已達Ⅲ類水質(zhì)標準)。

4.3 對地下水污染程度預測

本垃圾填埋場垃圾堆放在第四系坡積亞黏土之上，場地內(nèi)未見基巖出露，因此在預測計算過程中采用包氣帶的水文地質(zhì)參數(shù)。預測采用化學需氧量(COD)748 mg/L為源強,采用一維穩(wěn)定流彌散方程，以含量相對較高的化學需氧量做為代表因子進行污染預測[3]。

4.3.1 預測模型

式中：

x—距污染質(zhì)注入點距離(m)；

t—時間(d)；

C(x，t)—t時刻x處的污染物質(zhì)量濃度(mg/L)；

m—污染質(zhì)質(zhì)量(kg)；

w—影響范圍內(nèi)垂直地下水流向的橫截面積(m2)；

u—地下水實際流速(m/d)；

n—包氣帶有效孔隙度；

DL—地下水流場縱向彌散系數(shù)(m2/d)。

根據(jù)同類水文地質(zhì)條件的對比，本區(qū)地下水主流方向由南東向北西，污染質(zhì)在地下水流場運移的縱向方向與此一致，縱向彌散度5～10 m2/d，為了預測風險性，計算中縱向彌散系數(shù)選用10 m2/d，源強選擇化學需氧量(COD)748 mg/L，滲濾液形成320 m3/d，則進入含水層的泄漏質(zhì)量為239.36 kg/d。橫截面積以垃圾堆的寬度(267 m)乘以含水層厚度(7.00 m)確定，工作區(qū)地下水實際速u=kI/n計算[4]。孔隙度選用《環(huán)境影響評價技術(shù)導則地下水環(huán)境》(HJ610-2016)標準中的相同巖性的經(jīng)驗值[5]。

4.3.2 計算結(jié)果

按上述公式計算了不同時間、不同距離污染物質(zhì)量濃度，計算結(jié)果見表3。

從表3可知，COD濃度在地下水中相同距離不同時間、相同時間不同距離的變化均呈現(xiàn)由小→大→小的規(guī)律。這種變化規(guī)律與污染物的擴散運移變化基本吻合。因此表3計算結(jié)果較符合實際。

5 地下水環(huán)境風險性評價

白山市南山垃圾填埋場位于亞黏土層之上，經(jīng)封場和對垃圾堆處理后，預測其影響范圍按垃圾場下游邊界延伸300 m，寬度以垃圾場兩側(cè)各外擴50 m(寬376 m) ，影響面積為0.28 km2。影響時間為20年(圖1)。

6 結(jié)論

根據(jù)上述污染物對地下水影響的評價結(jié)果，包氣帶水污染的時間較長，距離較遠；基巖裂隙水污染的時間較短，距離較近。因此選用滲濾液對包氣帶水的影響距離、時間、范圍作為評價結(jié)果。即影響時間為20年、影響距離為300 m、影響范圍為0.28 km2。

表3 地下水縱向彌散不同時間距離的質(zhì)量濃度變化表

圖1 污染質(zhì)COD污染范圍預測圖