川東紅層區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

屈冰雙

(成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院， 成都 610059)

1 概述

四川盆地是我國(guó)紅層分布廣泛、連續(xù)的典型盆地[1]。紅層主要由砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖等組成，空隙發(fā)育較少，地下水儲(chǔ)存量少，對(duì)水資源的涵養(yǎng)能力有限，富水性相對(duì)較弱，紅層中賦存的地下水是當(dāng)?shù)鼐用裰匾娘嬘盟畞?lái)源[2-3]。紅層區(qū)內(nèi)有多個(gè)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)，多分布于鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域。這些非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)均已投入使用10余a，填埋場(chǎng)底部大多未進(jìn)行任何防滲或僅做簡(jiǎn)單覆土防滲。垃圾堆存過(guò)程中滲瀝液等污染物極有可能隨著地下水向周?chē)鷶U(kuò)散遷移，對(duì)當(dāng)?shù)氐娘嬘盟捌渌盟踩兄卮笸{。

非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)大多已廢棄不用，但垃圾堆體帶來(lái)的地下水污染隱患一直未得到有效排查。目前關(guān)于紅層區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的工作研究基礎(chǔ)薄弱，對(duì)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)認(rèn)識(shí)不夠，污染特征不清楚，地下水水質(zhì)不了解。本文通過(guò)對(duì)蒼溪縣45個(gè)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行水文地質(zhì)勘察、水樣采集評(píng)價(jià)其地下水污染現(xiàn)狀，總結(jié)其污染特征，結(jié)合新建立的風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)估其地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，劃分其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。評(píng)估結(jié)果可為紅層區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的地下水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

蒼溪縣屬四川紅層盆地北緣低山丘陵區(qū)，為亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為16.9 ℃，多年平均降雨量為1 046.7 mm[4]?？h域內(nèi)總體地勢(shì)由北向南傾斜，無(wú)斷裂構(gòu)造經(jīng)過(guò)，以北東或北東東向的寬緩褶皺為主，主要有：新場(chǎng)向斜、新觀背斜、九龍山背斜、蒼溪向斜，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。主要出露地層包括侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組、白堊系下統(tǒng)蒼溪組、白龍組、七曲寺組的中生代陸相碎屑沉積巖以及第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)的松散堆積層。主要地下水類(lèi)型分為松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖類(lèi)裂隙水兩大類(lèi)[5-8](見(jiàn)圖1)。

圖1 地理位置示意

3 研究方法

3.1 樣品采集與測(cè)試

通過(guò)實(shí)地勘察、訪問(wèn)獲取蒼溪縣45個(gè)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的工程概況、水文地質(zhì)條件等基本信息。

地下水水樣采集時(shí)遵循2項(xiàng)原則：

① 每個(gè)填埋場(chǎng)的地下水樣品個(gè)數(shù)≥1；

② 采集填埋場(chǎng)下游方向50 m以內(nèi)且距離最近的地下水樣品。

此次調(diào)查共計(jì)采集水樣50個(gè)，水樣的采集、保存、運(yùn)輸、處理、化學(xué)分析均嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.2 水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法

綜合考慮研究區(qū)地質(zhì)背景、垃圾類(lèi)型，選取pH、總硬度、溶解性固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鋁、耗氧量、氨氮、硫化物、鈉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物、汞、砷、鉛共20項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。本文采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)地下水樣品是否受到污染的依據(jù)。

分別采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅洛指數(shù)法對(duì)地下水水樣進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。單因子評(píng)價(jià)法是評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值的比值，按照評(píng)價(jià)指標(biāo)中最差的等級(jí)確定水樣的等級(jí)。內(nèi)梅羅指數(shù)法是在得出單因子分指數(shù)的基礎(chǔ)上，求取指數(shù)平均值，最后考慮最大分指數(shù)和指數(shù)平均值的綜合方法[9]。其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1所示，計(jì)算公式如下：

表1 內(nèi)梅羅指數(shù)分級(jí)

(1)

(2)

(3)

式中：

Ip——內(nèi)梅羅指數(shù)；

Ii——第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子污染指數(shù)；

Ci——第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值，mg/L；

Csi——第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3 地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

綜合考慮收集到的填埋場(chǎng)工程概況、水文地質(zhì)信息，根據(jù)源—徑—受體的思想，甄選內(nèi)梅洛指數(shù)、填埋場(chǎng)年齡、垃圾填埋量、防滲措施、地下水埋深、年降水量、周邊區(qū)域地下水用途、到居民區(qū)的距離、到最近水源地的距離作為評(píng)估因素[10-11]。本次賦分采用5分制，參照文獻(xiàn)并根據(jù)實(shí)際收集到的數(shù)據(jù)對(duì)單項(xiàng)評(píng)估因素分級(jí)，并對(duì)不同等級(jí)賦予相應(yīng)分值(見(jiàn)表2～表4)。將源、徑、受體各自包含的3個(gè)評(píng)估因素的得分結(jié)果相加，分別得出源、徑、受體的分值，對(duì)該分值進(jìn)行分級(jí)并賦1～5分不等(見(jiàn)表5)。將源、徑、受體所賦分值按照公式(4)計(jì)算地下水風(fēng)險(xiǎn)綜合分值：

表2 源特性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分

表3 徑特性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分

表4 受體特性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分

表5 源、徑、受體分級(jí)賦分

地下水風(fēng)險(xiǎn)綜合分值=源×徑×受體

(4)

根據(jù)計(jì)算得到的地下水風(fēng)險(xiǎn)綜合分值，劃分為低、較低、中等、較高、高5個(gè)等級(jí)(見(jiàn)表6)，以此評(píng)估填埋場(chǎng)的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

表6 填埋場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3.3.1源

根據(jù)內(nèi)梅洛指數(shù)法對(duì)填埋場(chǎng)周邊水質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果Ip，將其納入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行賦分，Ip越大，分值越高。若填埋場(chǎng)中水樣個(gè)數(shù)≥1，以Ip值最大的水樣為準(zhǔn)。填埋場(chǎng)地的使用年齡反映了場(chǎng)地對(duì)地下水構(gòu)成威脅的時(shí)間長(zhǎng)短，時(shí)間越長(zhǎng)，威脅越大，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)越高[12]。填埋方量越大，在溫度和其他條件適宜的情況下，極易導(dǎo)致好氧條件的建立，從而更快、更徹底的降解有機(jī)物，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)越高。根據(jù)調(diào)查到的情況，將Ip、填埋場(chǎng)年齡、填埋方量分為5級(jí)。

3.3.2徑

地下水埋深是地下水含水層的埋藏深度，地下水埋藏越深，污染物到達(dá)含水層的時(shí)間越長(zhǎng)，在包氣帶發(fā)生水文地球化學(xué)反應(yīng)、物理化學(xué)反應(yīng)越充分，最終地下水污染風(fēng)險(xiǎn)越小[13]。

降水是影響垃圾填埋場(chǎng)滲濾液量的重要因素，降水量越大，垃圾淋濾程度越高，污染物遷移轉(zhuǎn)化行為越顯著，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)越大[14]。垃圾填埋場(chǎng)的防滲措施決定了污染物在降水的驅(qū)動(dòng)下，能否無(wú)障礙穿越包氣帶運(yùn)送至含水層。根據(jù)調(diào)查到的情況，將地下水埋深、年降水量、防滲措施分為以下5種情況。

3.3.3受體

受體是在與風(fēng)險(xiǎn)源的接觸暴露關(guān)系中，易受污染的敏感目標(biāo)。選取填埋場(chǎng)周邊地下水用途、到居民區(qū)的距離、到水源地的距離3項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，根據(jù)收集的資料，分別將其分級(jí)賦分。

4 結(jié)果與討論

4.1 地下水污染現(xiàn)狀

50件地下水樣品中，共檢測(cè)到15項(xiàng)超標(biāo)因子，各個(gè)因子超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2。其中，超標(biāo)率大于20%以上的指標(biāo)有硝酸鹽(34%)、鐵(32%)、鋁(32%)、耗氧量(28%)、錳(20%)，鈉(2%)、氯化物(2%)、氟化物(2%)、溶解性固體(2%)僅在個(gè)別水樣中超標(biāo)。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)超標(biāo)率柱狀示意

4.2 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

分別采取單因子指數(shù)法及內(nèi)梅洛指數(shù)法對(duì)地下水樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)(見(jiàn)表7)。從表7中可知單個(gè)水樣超標(biāo)因子個(gè)數(shù)相同時(shí)，同等水質(zhì)類(lèi)別情況下，最大單因子指數(shù)越高，Ip值越大，地下水受污染越嚴(yán)重。

對(duì)表7中經(jīng)單因子評(píng)價(jià)法得出的地下水樣品水質(zhì)類(lèi)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表8)，結(jié)果表明78%的水樣超越Ⅲ類(lèi)水上限值，Ⅳ類(lèi)水、Ⅴ類(lèi)水分別占比為36%、42%。

表7 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

表8 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

對(duì)表7中經(jīng)內(nèi)梅洛指數(shù)法評(píng)價(jià)得出的地下水樣品水質(zhì)等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表9)，結(jié)果表明64%的水樣已經(jīng)受到不同程度的污染，輕污染、中等污染、重污染、嚴(yán)重污染分別占比為28%、14%、12%、10%。

表9 內(nèi)梅洛指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表7中的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果為相同水質(zhì)類(lèi)別的水樣(Ⅳ和Ⅴ)，在使用內(nèi)梅洛指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，其結(jié)果出現(xiàn)了分屬不同水質(zhì)等級(jí)的情況(見(jiàn)圖3)。水質(zhì)類(lèi)別為Ⅳ的水樣總共18個(gè)，其中水質(zhì)清潔為7個(gè)、輕污染為6個(gè)、中等污染為1個(gè)、重污染為3個(gè)、嚴(yán)重污染為1個(gè)。水質(zhì)類(lèi)別為Ⅴ的水樣總共21個(gè)，其中水質(zhì)輕污染為8個(gè)、中等污染為6個(gè)、重污染為3個(gè)、嚴(yán)重污染為4個(gè)。引起這種結(jié)果的主要原因是水樣中超標(biāo)因子個(gè)數(shù)不同及其超標(biāo)倍數(shù)不同。

圖3 水質(zhì)類(lèi)別堆積柱狀示意

根據(jù)獲取的水質(zhì)數(shù)據(jù)，綜合2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果，認(rèn)為當(dāng)填埋場(chǎng)中的至少1個(gè)水樣的評(píng)價(jià)結(jié)果同時(shí)滿足Ⅳ或Ⅴ類(lèi)水且Ip≥1時(shí)，填埋場(chǎng)產(chǎn)生污染，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，71.1%的填埋場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生污染。

4.3 地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.3.1源—徑—受體特性

通過(guò)對(duì)調(diào)研的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)源、徑、受體特性的統(tǒng)計(jì)分析，超過(guò)50%的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)具有以下特性：地下水內(nèi)梅洛指數(shù)Ip≥1(71.1%)；填埋場(chǎng)年齡在5—10 a(71.1%)；垃圾方量在10 000 m3以下(82.2%)；填埋場(chǎng)未做任何防滲措施(62.2%)；年降水量在800～1 000 mm(66.7%)；地下水埋深在 3～20 m(73.4%)；周邊地下水用于灌溉(71.1%)；到居民區(qū)距離在300～600 m(55.6%)；到水源地的距離在800～2 000 m(77.8%)(見(jiàn)表10)。

表10 源—徑—受體特性統(tǒng)計(jì)分析

4.3.2評(píng)估結(jié)果

應(yīng)用2.3節(jié)所述地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)45個(gè)填埋場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，有18個(gè)填埋場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)分值≤50，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低或較低，分別占比為17.8%、22.2%；風(fēng)險(xiǎn)分值>50的填埋場(chǎng)有27個(gè)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等或較高，其中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的占比為26.7%(見(jiàn)表11)。

表11 填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本文從源—徑—受體角度出發(fā)，通過(guò)水樣分析、水質(zhì)評(píng)價(jià)以及填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,建立了非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)45個(gè)填埋場(chǎng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到了以下結(jié)論：

1) 通過(guò)水樣檢測(cè)結(jié)果可知:50件水樣共檢測(cè)到15項(xiàng)超標(biāo)因子，超標(biāo)率大于20%以上的指標(biāo)有硝酸鹽、鐵、鋁、耗氧量、錳。

2) 根據(jù)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果，78%的水樣超越Ⅲ類(lèi)水上限值，Ⅳ類(lèi)水、Ⅴ類(lèi)水分別占比為36%、42%；根據(jù)內(nèi)梅洛指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，64%的水樣已經(jīng)受到不同程度的污染，輕污染、中等污染、重污染、嚴(yán)重污染分別占比為28%、14%、12%、10%。綜合2種水樣評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析，71.1%的填埋場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生污染。

3) 通過(guò)計(jì)算地下水風(fēng)險(xiǎn)綜合分值，45個(gè)填埋場(chǎng)中，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低、較低、中等、較高分別占比為17.8%、22.2%、33.3%、26.7%。

4) 基于源—徑—受體思想，對(duì)選取的評(píng)估因素分級(jí)并賦分，建立一個(gè)可用于填埋場(chǎng)優(yōu)先關(guān)閉和修復(fù)簡(jiǎn)易模型，在資金有限的情況下，該模型將更加適用。建議對(duì)現(xiàn)存的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，未來(lái)可考慮將更多與污染遷移有關(guān)的因素納入模型中。