基于穩(wěn)定化評(píng)估的垃圾填埋場再利用建設(shè)適宜性決策機(jī)制構(gòu)建與應(yīng)用

向雙斌

鄭曉笛*

閆 晶

2010年由王久良拍攝的紀(jì)錄片讓“垃圾填埋場”這一特別的基礎(chǔ)設(shè)施闖入中國大眾視野之中，引起媒體與政府有關(guān)部門的持續(xù)關(guān)注。影片沖擊性地讓人們感受到垃圾填埋場對城市環(huán)境的威脅，開啟了“垃圾圍城”解困的探索之路。10年以來，隨著城市固廢系統(tǒng)不斷完善，“垃圾圍城”困局逐漸緩解，然而，由于長期超負(fù)荷運(yùn)作，大量城市垃圾填埋場庫容提前飽和，已經(jīng)或即將進(jìn)入封場閑置狀態(tài)，新的挑戰(zhàn)接踵而至。一方面，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，原位于近郊的垃圾填埋場與城區(qū)的距離被逐漸拉近[1]，部分垃圾填埋場甚至與城市居住區(qū)僅一墻之隔，安全隱患巨大，引發(fā)一系列“鄰避”①問題[2]。另一方面，城市發(fā)展模式由增量向存量轉(zhuǎn)變，城市建設(shè)用地日益緊張，垃圾填埋場等棕地的空間再利用潛力亟待挖掘[3]。垃圾填埋場再生已成為城市生態(tài)修復(fù)實(shí)踐的熱點(diǎn)，對城市可持續(xù)發(fā)展意義重大。

由于垃圾填埋場的污染具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性與長期性[4]，其再利用存在諸多限制與挑戰(zhàn)?！渡罾盥駡龇€(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》(GB/T 25179—2010)明確了垃圾填埋場再利用需以“垃圾填埋場穩(wěn)定化”②為判定基本要求。因此，為實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場價(jià)值最大化再利用，需厘清垃圾填埋場各個(gè)時(shí)期的穩(wěn)定化狀態(tài)特征，做出評(píng)估并提出不同穩(wěn)定化狀態(tài)下的垃圾填埋場再利用策略，從理論層面指導(dǎo)土地的安全再利用[5]。

風(fēng)景園林作為垃圾填埋場再生研究的主要學(xué)科之一[6]，十分重視與環(huán)境工程及其他學(xué)科交叉合作，并以此不斷拓新理論視野和實(shí)踐策略[3]。Ayala等基于垃圾填埋場穩(wěn)定化狀況對其場地再利用功能進(jìn)行預(yù)判研究[7]；鄭曉笛提出棕色土方概念，根據(jù)垃圾填埋場新老填埋區(qū)穩(wěn)定化差異性提出空間再利用策略[4]；Kate Kennen等利用植物生化作用特質(zhì)，提出應(yīng)對垃圾填埋場污染的植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)工具箱[8]；陳金平將環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)整合，根據(jù)穩(wěn)定化程度提出不同穩(wěn)定化階段的修復(fù)與再利用綜合指南[9]；周聰惠等結(jié)合國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從環(huán)境、空間和設(shè)施三方面入手，提出垃圾填埋場再生公園規(guī)劃設(shè)計(jì)策略體系[10]。總體而言，大部分研究已關(guān)注到垃圾填埋場中不同區(qū)域存在較大的穩(wěn)定化差異，并提出針對不同穩(wěn)定化程度的再利用技術(shù)與策略。但多數(shù)研究在實(shí)踐層面存在一定局限性。一方面，缺少與環(huán)境工程專業(yè)的協(xié)同合作，垃圾填埋的穩(wěn)定化程度僅根據(jù)封場年限和沉降、氣味等定性特征進(jìn)行判斷，定量研究較少，導(dǎo)致工程實(shí)用性較低。另一方面，缺少高精度柵格化的垃圾填埋場穩(wěn)定化評(píng)估，多以垃圾填埋場大功能分區(qū)為單元進(jìn)行評(píng)估，忽略各區(qū)域內(nèi)的場地差異性，導(dǎo)致垃圾填埋場再利用價(jià)值未能被充分挖掘。

本文旨在從風(fēng)景園林與環(huán)境工程跨學(xué)科合作視角出發(fā)，基于垃圾填埋場穩(wěn)定化評(píng)估研究，篩選核心評(píng)估指標(biāo)，挖掘評(píng)估指標(biāo)的空間柵格屬性，評(píng)估垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局，進(jìn)而結(jié)合場地中景觀資源條件和土地資源條件，構(gòu)建再利用建設(shè)適宜性空間格局，輔助修復(fù)適宜性決策和再利用適宜性決策，形成反饋協(xié)調(diào)機(jī)制，促進(jìn)垃圾填埋場再利用價(jià)值最大化。

1 垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局評(píng)估

垃圾填埋場穩(wěn)定化是涉及物理、化學(xué)、生物反應(yīng)的漫長多階段復(fù)雜過程[11]，雖然目前穩(wěn)定化評(píng)估尚未形成一套統(tǒng)一的指標(biāo)體系，但相關(guān)研究已提供較翔實(shí)的資料基礎(chǔ)和較成熟的方法理論[12]，主要涉及垃圾成分、滲濾液、填埋氣和表面沉降四方面因子[13-18]。

1.1 穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)體系

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，依托實(shí)踐數(shù)據(jù)比對，與一線環(huán)境工程師深入采訪交流后，結(jié)合垃圾填埋場環(huán)境特征，篩選出4類核心影響評(píng)價(jià)指標(biāo)：生物可降解物含量(BDM%)、生化耗氧量比(B/C)、甲烷百分比含量(CH4%)和表面沉降率。

由于不同地區(qū)、不同類型的垃圾填埋場穩(wěn)定化情況差異較大[1]，本文結(jié)合垃圾填埋場地基承載力、氣候帶、坡度等空間影響因素綜合分析，并以核心因子的通用性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、可操作性為判斷標(biāo)準(zhǔn)，基于YAAHP平臺(tái)，運(yùn)用層次分析法進(jìn)行決策權(quán)重賦分(圖1、2)，最終構(gòu)建穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)體系(表1)。

圖1 穩(wěn)定化權(quán)重交互分析

圖2 穩(wěn)定化指標(biāo)權(quán)重靈敏度分析

表1 穩(wěn)定化核心指標(biāo)因子評(píng)估體系

1.2 穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)的空間柵格屬性

垃圾填埋場穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)是場地環(huán)境表征數(shù)據(jù)的集中體現(xiàn)，因此評(píng)估指標(biāo)的空間屬性可依托于“污染狀況調(diào)查”③坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值。根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.1—2019)規(guī)范要求，污染調(diào)查分為場地調(diào)查和采樣鉆井調(diào)查2個(gè)部分。場地調(diào)查主要包括垃圾填埋場運(yùn)維記錄、沉降監(jiān)測記錄等，賦予宏觀視角下沉降率指標(biāo)的空間柵格屬性。采樣鉆井調(diào)查主要以采集土壤污染數(shù)據(jù)為主，依托在40m×40m級(jí)以上的柵格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布置的采樣鉆井，賦予微觀視角下BDM%、CH4%和B/C指標(biāo)的空間柵格屬性。

1.3 穩(wěn)定化的空間格局

垃圾填埋場穩(wěn)定化的空間格局評(píng)估是基于評(píng)估指標(biāo)中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與空間屬性的疊合分析的結(jié)果。主要技術(shù)流程為依托ArcGIS工作平臺(tái)，以垃圾填埋場調(diào)查采樣鉆井的坐標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建空間柵格網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)“污染狀況調(diào)查報(bào)告”賦予各鉆井點(diǎn)位相關(guān)參數(shù)，結(jié)合穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)體系演算，最終得到垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局(圖3)。

圖3 穩(wěn)定化空間格局評(píng)估技術(shù)流程

2 垃圾填埋場建設(shè)適宜性決策機(jī)制構(gòu)建

垃圾填埋場建設(shè)適宜性的探討始于20世紀(jì)末美國的棕地修復(fù)治理歷程，其主要目標(biāo)在于根據(jù)場地的污染程度確定正確的處理方式[19]。在我國，建設(shè)適應(yīng)性已成為評(píng)價(jià)土地開發(fā)利用的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作，具有確定土地最適宜用途、調(diào)控景觀與城市關(guān)系的重要作用[20]。本文關(guān)于垃圾填埋場建設(shè)適宜性主要是指垃圾填埋場空間再利用與穩(wěn)定化程度之間的協(xié)調(diào)性，通過構(gòu)建垃圾填埋場再利用建設(shè)適宜性決策機(jī)制，旨在實(shí)現(xiàn)場地再利用價(jià)值最大化的同時(shí)，搭建環(huán)境工程與風(fēng)景園林專業(yè)協(xié)同合作的橋梁。

再利用建設(shè)適宜性機(jī)制是以建設(shè)適宜性空間格局為基礎(chǔ)，進(jìn)行修復(fù)適宜性決策和再利用適宜性決策，并根據(jù)決策結(jié)果反饋調(diào)整上一階段建設(shè)適宜性空間格局的過程，以保證安全建設(shè)為前提，實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場再利用價(jià)值最大化為目標(biāo)。主要包括以環(huán)境工程為主導(dǎo)的修復(fù)適宜性決策和以風(fēng)景園林為主導(dǎo)的再利用適宜性決策2個(gè)階段(圖4)。

圖4 垃圾填埋場建設(shè)適宜性決策機(jī)制

2.1 修復(fù)適宜性決策

垃圾填埋場修復(fù)技術(shù)是人工介入改變場地穩(wěn)定化程度的關(guān)鍵技術(shù)手段，當(dāng)前國內(nèi)外通用的垃圾填埋場修復(fù)技術(shù)主要包含規(guī)范式封場、開挖轉(zhuǎn)運(yùn)、開挖篩分、好氧修復(fù)(加速穩(wěn)定化)4類技術(shù)(表2)。由于不同修復(fù)技術(shù)的穩(wěn)定化治理周期、投資、實(shí)施難度、遺留問題及再利用統(tǒng)籌考慮等方面存在較大差異[21]，需根據(jù)垃圾填埋場現(xiàn)狀條件與再利用定位進(jìn)行綜合評(píng)估決策。

表2 填埋場修復(fù)技術(shù)比選

修復(fù)適宜性決策技術(shù)路徑是在穩(wěn)定化空間格局的基礎(chǔ)上，結(jié)合場地中景觀資源與土地資源條件，以資源充分利用為導(dǎo)向，構(gòu)建面向再利用的建設(shè)適宜性空間格局，進(jìn)而通過對比穩(wěn)定化空間格局與建設(shè)適宜性空間格局的差異，選取適宜的修復(fù)技術(shù)。其中，垃圾填埋場的景觀資源和土地資源主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化科普、大地藝術(shù)和生態(tài)環(huán)境四方面[22-25]。為保證垃圾填埋場再生工程的可實(shí)施性，需根據(jù)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行可行性驗(yàn)證，決策出建設(shè)適宜性較高的修復(fù)技術(shù)方案。

2.2 再利用適宜性決策

垃圾填埋場再利用適宜性決策是在修復(fù)適宜性決策的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，根據(jù)修復(fù)后的垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局，依托國內(nèi)外實(shí)踐案例總結(jié)出再利用模式策略集(表3)，對不同適宜性強(qiáng)度的各空間尺度柵格進(jìn)行功能代入，形成分級(jí)、分區(qū)、分期的再利用規(guī)劃，指導(dǎo)垃圾堆體空間規(guī)劃布局。其中，根據(jù)再利用規(guī)劃方案與建設(shè)適宜性模型空間柵格耦合的差異程度，決策優(yōu)化調(diào)整修復(fù)技術(shù)方案，以達(dá)成垃圾填埋場再利用潛力充分挖掘的目標(biāo)。

表3 垃圾填埋場建設(shè)適宜性策略集

3 應(yīng)用研究——以北京市北神樹垃圾填埋場為例

北神樹垃圾填埋場位于北京市五環(huán)外的亦莊新城開發(fā)區(qū)，距離城市中心16km，總占地面積約31.6hm2。其中，填埋堆體占地面積28hm2，填埋高度54m，分為6級(jí)平臺(tái)，是北京最早一批建設(shè)的衛(wèi)生垃圾填埋場。填埋場運(yùn)維歷程分為建廠填埋(1995—2010)、擴(kuò)容填埋(2010—2014)與封場維護(hù)(2014至今)3個(gè)階段。按作業(yè)時(shí)序分為12個(gè)填埋區(qū)，其中1～6區(qū)為老填埋區(qū)，平均填埋時(shí)長約15.5年；7～12區(qū)為新填埋區(qū)，平均填埋時(shí)常約為6.8年(圖5)。2019年起，北神樹垃圾填埋場生態(tài)修復(fù)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐正式啟動(dòng)。

圖5 北神樹垃圾填埋場運(yùn)維歷程與空間特征

3.1 場地規(guī)劃定位解析

結(jié)合區(qū)域現(xiàn)狀條件，逐級(jí)解析北神樹垃圾填埋場在《亦莊新城規(guī)劃(國土空間規(guī)劃)(2017—2035年)》上位規(guī)劃中功能結(jié)構(gòu)、風(fēng)貌格局、綠地系統(tǒng)和城市空間視廊的目標(biāo)定位(圖6)。總體而言，北神樹垃圾填埋場生態(tài)修復(fù)后旨在依托北京南城平原山岳的空間優(yōu)勢，成為城市重要的觀景制高點(diǎn)，構(gòu)成北京天際線的重要組成部分，同時(shí)也是亦莊新城唯一一處自然公園與城市地標(biāo)疊合的節(jié)點(diǎn)。

圖6 北神樹垃圾填埋場現(xiàn)狀條件與上位規(guī)劃解析圖

3.2 穩(wěn)定化空間格局評(píng)估

穩(wěn)定化空間格局評(píng)估工作始于北神樹垃圾填埋場生態(tài)修復(fù)可行性研究階段，依托《北神樹垃圾衛(wèi)生填埋場生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》場地污染狀況調(diào)查報(bào)告中的采樣鉆井空間點(diǎn)位坐標(biāo)和采樣鉆井點(diǎn)位中垃圾成分、滲濾液、填埋氣和表面沉降數(shù)據(jù)，依據(jù)穩(wěn)定化評(píng)估指標(biāo)體系，進(jìn)行北神樹垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局評(píng)估(圖7)。評(píng)估結(jié)果顯示，垃圾填埋堆體空間穩(wěn)定化狀態(tài)存在明顯差異，穩(wěn)定區(qū)呈片區(qū)狀網(wǎng)絡(luò)分布于堆體南側(cè)3層以下和北側(cè)1層以下；趨于穩(wěn)定區(qū)呈環(huán)狀和帶狀穿插于堆體2層以上的中心區(qū)域；不穩(wěn)定區(qū)主要集中在堆體4層以上，呈點(diǎn)塊狀隨機(jī)分布，點(diǎn)塊之間存在較多間隙。總體而言，堆體近一半的空間已處于穩(wěn)定狀態(tài)，不穩(wěn)定狀態(tài)空間相對稀疏，趨于穩(wěn)定狀態(tài)空間呈帶狀和片狀分布，且聯(lián)系穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)，修復(fù)后具有較大再利用潛力。

圖7 北神樹垃圾填埋場穩(wěn)定化評(píng)估流程(注：采樣鉆井布置圖來源于《北神樹垃圾衛(wèi)生填埋場生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》)

3.3 再利用建設(shè)適宜性機(jī)制構(gòu)建

再利用建設(shè)適宜性研究緊接在北神樹垃圾填埋場可行性研究之后的方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，是依托于北神樹垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局，結(jié)合場地景觀資源與土地資源綜合評(píng)估，形成再利用建設(shè)適宜性空間格局進(jìn)行修復(fù)適宜性決策和再利用適宜性決策的過程(圖8)。決策過程中，垃圾填埋場修復(fù)技術(shù)方案根據(jù)再利用建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行多輪技術(shù)調(diào)整，從以初期經(jīng)濟(jì)效益為優(yōu)先的規(guī)范性封場，調(diào)整為以城市眺望系統(tǒng)建立的再利用愿景為 目標(biāo)，在垃圾堆體北側(cè)及中部頂層區(qū)域采用好氧修復(fù)技術(shù)，使場地穩(wěn)定化程度符合再利用建設(shè)適宜性空間格局，進(jìn)而結(jié)合垃圾填埋場建設(shè)適宜性策略集，根據(jù)場地空間特征進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)布局，最終確定空間再利用分級(jí)、分區(qū)、分期規(guī)劃，生成場地再利用總體規(guī)劃方案(圖9)。

圖8 北神樹垃圾填埋場建設(shè)適宜性決策機(jī)制構(gòu)建

圖9 北神樹垃圾填埋場再利用分級(jí)、分區(qū)、分期規(guī)劃與總體規(guī)劃平面圖

4 結(jié)語

“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”是當(dāng)下中國發(fā)展的時(shí)代目標(biāo)，《美麗中國建設(shè)評(píng)估指標(biāo)體系及實(shí)施方案》已明確提出了“空氣清新、水體潔凈、土壤安全、生態(tài)良好和人居整潔”④5項(xiàng)要求，垃圾填埋場再生對于城市可持續(xù)發(fā)展的價(jià)值與意義日漸凸顯。由于垃圾填埋場穩(wěn)定化過程復(fù)雜多變，修復(fù)治理與再利用涉及環(huán)境工程和風(fēng)景園林兩大學(xué)科，當(dāng)前的再生過程易存在前后脫節(jié)、場地潛力難以被充分挖掘等問題。

本文基于跨學(xué)科視角，通過對大量文獻(xiàn)與案例進(jìn)行分析總結(jié)，依托實(shí)踐項(xiàng)目中與環(huán)境工程師的深度協(xié)同合作，提出風(fēng)景園林與環(huán)境工程跨學(xué)科合作視角下的垃圾填埋場穩(wěn)定化空間格局評(píng)估技術(shù)流程，構(gòu)建建設(shè)適宜性評(píng)估機(jī)制，并以北京市北神樹垃圾填埋場為例進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，以期為垃圾填埋場再生工作的高效開展提供新的技術(shù)策略方法，為同類型棕地再生研究與實(shí)踐的拓展提供借鑒與指引。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。

致謝：感謝清華大學(xué)王玉鑫、吳熙、張智、姚鴻飛、張鵬飛、叢容提供的幫助；感謝北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院劉彥琢、劉曉函、劉力、郝慧銘、王凱楠、雷雨晴在技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)方面的付出與貢獻(xiàn)。

注釋：

① 鄰避效應(yīng)為英譯詞，“NIMBY”全稱為“Not in My Back Yard”，即“不要建在我家后院”，指由鄰避設(shè)施選址、建設(shè)或運(yùn)營而引發(fā)的地方?jīng)_突的現(xiàn)象。

② 《生活垃圾填埋場穩(wěn)定化場地利用技術(shù)要求》(GB/T 25179—2010)定義，垃圾填埋場穩(wěn)定化是垃圾場封場后，垃圾可生物降解成分基本降解，各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)趨于穩(wěn)定，垃圾層沉降符合場地穩(wěn)定化利用判定要求的過程。

③ 《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.1—2019)定義，土壤污染狀況調(diào)查指采用系統(tǒng)的調(diào)查方法，確定地塊是否被污染及污染程度和范圍。

④ 2020年2月28日國家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《美麗中國建設(shè)評(píng)估指標(biāo)體系及實(shí)施方案》，開展美麗中國建設(shè)進(jìn)程評(píng)估工作，其中包含5類大指標(biāo)和22項(xiàng)具體指標(biāo)。