張建鋒，謝玉華，劉見(jiàn)寶,3，路德萍

(1.河南工程學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.鄭州市礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 451191；3.煤礦環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 451191；4.河南工程學(xué)院 圖書館，河南 鄭州 451191)

?

電法在垃圾填埋場(chǎng)滲漏監(jiān)測(cè)研究中的應(yīng)用

張建鋒1,2,3，謝玉華1，劉見(jiàn)寶1,3，路德萍4

(1.河南工程學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.鄭州市礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 451191；3.煤礦環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 451191；4.河南工程學(xué)院 圖書館，河南 鄭州 451191)

地下環(huán)境污染一直是生態(tài)環(huán)境治理的重點(diǎn)，地球物理的方法作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的監(jiān)測(cè)手段具有明顯優(yōu)勢(shì).利用電法結(jié)合該區(qū)的水文地質(zhì)特點(diǎn)，研究了鄭州市某垃圾填埋場(chǎng)對(duì)地下環(huán)境的影響并對(duì)電法剖面進(jìn)行了反演.結(jié)果表明，研究區(qū)所有電法剖面中約30 Ω·m可以作為判斷污染的界限.在地下流場(chǎng)的下游，受到污染的區(qū)域大于上游，在偏離流場(chǎng)的方向污染區(qū)域呈現(xiàn)縮小趨勢(shì)，該結(jié)果與區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特征吻合.

垃圾填埋場(chǎng)；地下污染；電法；水文地質(zhì)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，城市人口也快速增加，城市生活垃圾劇增.我國(guó)每年產(chǎn)生的生活垃圾約為7億t，目前已累積了約66億t生活垃圾和70億t工業(yè)垃圾，并且正以每年8%～10%的速度增長(zhǎng)[1].當(dāng)前，城市垃圾基本都通過(guò)填埋方式來(lái)處理，這種方式往往使垃圾填埋場(chǎng)地存在滲濾液滲漏的問(wèn)題.

垃圾填埋場(chǎng)的濾液中通常含有氨、磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽和多種金屬及離子，且普遍含有大量菌類物質(zhì)甚至有毒害的物質(zhì)，勢(shì)必造成土壤和地下水的污染，對(duì)生產(chǎn)生活環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)面影響[2-3]，所以監(jiān)測(cè)就成為預(yù)防和治理的前提.

盡管能夠通過(guò)鉆孔取樣的方法來(lái)分析土壤和地下水是否受到了污染，但在實(shí)際操作時(shí)，該方法需要耗費(fèi)大量的財(cái)力且效率不高[4].地球物理勘探方法作為新興的非侵入性檢測(cè)方法，具有經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確、檢測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)污染場(chǎng)地的檢測(cè)具有很強(qiáng)的可行性和推廣價(jià)值[5].但現(xiàn)有文獻(xiàn)大多從地球物理參數(shù)及化學(xué)分析的角度來(lái)研究垃圾填埋場(chǎng)的濾液滲漏問(wèn)題，與水文地質(zhì)特點(diǎn)結(jié)合較少[6-7].本課題試圖綜合研究區(qū)的地球物理參數(shù)與水文地質(zhì)特點(diǎn)，從地球物理場(chǎng)和地下水流場(chǎng)兩個(gè)角度來(lái)研究物探方法在該領(lǐng)域的探測(cè)效果.由于垃圾滲漏液含有大量的鈉、鈣、鐵、氨、氯和硫酸根等離子，具有良好的導(dǎo)電性，故研究中使用電阻率法具有良好的物理基礎(chǔ).

1　研究區(qū)概況

鄭州市某垃圾填埋場(chǎng)位于鄭州市西南部，以生活垃圾的填埋為主，也接收部分建筑垃圾.該場(chǎng)地位于丘陵地區(qū)，地勢(shì)復(fù)雜多樣，屬切割堆積地形；自然地勢(shì)由西南傾向東北，同時(shí)溝壑縱橫，地形起伏較大；西南部的水土流失比較嚴(yán)重，覆蓋土層較淺，地下水位埋藏較深.該區(qū)淺地層(70 m內(nèi))的地質(zhì)年代有第四系全新統(tǒng)(Q4)、上更新統(tǒng)(Q3)和中更新統(tǒng)(Q2)，巖性較簡(jiǎn)單，主要為第四系沖洪積黃褐色或棕黃色粉土和棕黃色或棕紅色粉質(zhì)黏土，地層水平延伸穩(wěn)定，見(jiàn)圖1.淺部含水層的單井涌水量為100～1 000 m3/d，滲透系數(shù)為6.76～17.86 m/d.該區(qū)地下水水位分布與地形相似，地下水自西南向東北方向流動(dòng)，地下水位埋深約50 m，見(jiàn)圖2.考慮到垃圾填埋場(chǎng)濾液主要會(huì)對(duì)地下流場(chǎng)的下游區(qū)域產(chǎn)生影響，所以物探剖面主要分布在垃圾填埋場(chǎng)東北方向，同時(shí)在上游區(qū)域布置1條測(cè)線.

圖1　研究區(qū)地質(zhì)鉆孔圖Fig.1　Drill bore column of study area

圖2　鄭州市淺層地下水水位等值線Fig.2　Groundwater level of shallow aquifer in Zhengzhou

圖3　高密度電法剖面位置圖Fig.3　A schematic map showing locations

2　施工方法

工作中使用的儀器是WDA-1超級(jí)數(shù)字直流電法儀.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，電極總數(shù)為40～60個(gè)，電極距為1.5 m或2 m，測(cè)線長(zhǎng)度為76～118 m.在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)及其附近實(shí)施了4條高密度電法剖面.其中，剖面1和剖面4為自東向西測(cè)量，剖面2和剖面3為自西向東測(cè)量，見(jiàn)圖3.野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后，通過(guò)Res2dinv軟件進(jìn)行二維反演，見(jiàn)圖4至圖7.

圖4　剖面1反演圖(極距為2 m，α排列，剖面自東向西測(cè)量)Fig.4　Inversion of section 1 (electrode spacing of 2 m,α array, west direction)

圖5　剖面2反演圖(極距為2 m，α排列，剖面自西向東測(cè)量)Fig.5　Inversion of section 2 (electrode spacing of 2 m,α array，east direction)

圖6　剖面3反演圖(極距為2 m，α排列，剖面自西向東測(cè)量)Fig.6　Inversion of section 3 (electrode spacing of 2 m,α array，east direction)

圖7　剖面4反演圖(極距為1.5 m，α排列，剖面自東向西測(cè)量)Fig.7　Inversion of section 4 (electrode spacing of 1.5 m,α array，west direction)

3　測(cè)量結(jié)果

以埋深10 m為界，剖面1表現(xiàn)出兩個(gè)電阻率不同的區(qū)域，深部電阻率明顯較低,小于30 Ω·m；淺部電阻率相對(duì)較高，普遍在60 Ω·m左右.此外，深部低阻區(qū)域自東向西(遠(yuǎn)離填埋場(chǎng)的方向)呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，表示填埋場(chǎng)濾液可能向地下空間擴(kuò)散.

剖面2中，約10 m的深度界線上把電阻率剖面劃分為2個(gè)電阻率截然不同的區(qū)域，低阻區(qū)域(小于30 Ω·m)出現(xiàn)在剖面的右下角，表示濾液的影響范圍，該低阻區(qū)位于地下潛水滲流的方向，與已知資料吻合較好[8].

剖面3中，依然在約10 m的埋深界線下方出現(xiàn)一個(gè)明顯低阻異常區(qū)，電阻率小于30 Ω·m.與剖面1類似，該低阻異常區(qū)自西向東(遠(yuǎn)離填埋場(chǎng)的方向)頂界面埋深逐漸增加，厚度減少.但與剖面1不同的是，剖面3的低阻區(qū)減少的趨勢(shì)小于剖面1.這是因?yàn)?，相?duì)于填埋場(chǎng)，剖面3處于地下水滲流的下游，而剖面1處于流場(chǎng)的上游，填埋場(chǎng)濾液對(duì)下游的補(bǔ)給強(qiáng)度要大于上游，該結(jié)果與研究區(qū)滲流場(chǎng)的特點(diǎn)也保持了高度的一致性.

距離填埋場(chǎng)較遠(yuǎn)的剖面4表明，低阻區(qū)域(小于30 Ω·m)依然出現(xiàn)在深度約10 m的界線上且低阻區(qū)的埋深自東向西逐漸增大，表示濾液的影響范圍在縮小.這是因?yàn)椋撈拭娴姆较蚺c地下水的滲流方向大致相反，滲流場(chǎng)控制了濾液的擴(kuò)散趨勢(shì).另外，與其他幾個(gè)剖面不同的是，該低阻區(qū)貫穿了整個(gè)剖面，這與剖面相對(duì)填埋場(chǎng)的位置及地下水滲流場(chǎng)的特點(diǎn)密切相關(guān).

4　結(jié)論

針對(duì)鄭州市某垃圾填埋場(chǎng)，利用高密度電法研究了填埋場(chǎng)滲濾液對(duì)地下環(huán)境的影響.結(jié)果表明，該研究區(qū)內(nèi)電阻率約30 Ω·m，可作為受到滲濾液污染的界線，從而在電法剖面上圈定了污染的范圍和程度.同時(shí)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，物探的結(jié)果與該區(qū)的水文地質(zhì)特征具有高度一致性，佐證了探測(cè)結(jié)果的可靠性.該研究說(shuō)明，物探方法能夠很好地描述填埋場(chǎng)對(duì)地下環(huán)境的影響趨勢(shì)和范圍，可以作為一種非侵入性和快速高效的檢測(cè)手段.本次研究沒(méi)有對(duì)不同深度的巖土和地下水樣品進(jìn)行化學(xué)分析以對(duì)物探測(cè)量的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，這也是未來(lái)研究需要加強(qiáng)的地方.

[1]姜月華,沈加林,王愛(ài)華,等.城市垃圾發(fā)展現(xiàn)狀及其對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的影響[J].火山地質(zhì)與礦產(chǎn),2000,21(2):96-106.

[2]NENENKA M,BOZENA C,MARIJAN A,et al.Assessment of groundwater contamination in the vicinity of a mumicipal waste landfill[J].Water Science and Technology,1998,37(8):37-44.

[3]劉兆平,楊進(jìn),羅水余.地球物理方法對(duì)垃圾填埋場(chǎng)探測(cè)的有效性試驗(yàn)研究[J].地學(xué)前緣,2010,17(3):250-258.

[4]GRANATO G E，SMITH K P.Robowell:an automated process for monitoring groundwater quality using established sampling protocols[J].Ground Water Monitoring and Remediation,1999，19(4):81-89.

[5]MELLOUL A J，GOLDENBERG L C.Monitoring of seawater intrusion in coastal aquifers:basic and local concerns[J].Journal of Environmental Management,1997(51):73-86.

[6]程業(yè)勛,劉海生,趙章元.城市垃圾污染的地球物理調(diào)查[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2004(1):26-30.

[7]RADULESCU M,VALERIAN C,YANG J W.Time-lapse electrical resistivity anomalies due to contaminant transport around landfills[J].Annals of Geophysics,2007，50(3):453-468.

[8]宮輝力.鄭州市地下水滲流場(chǎng)的數(shù)值模擬和優(yōu)化管理[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998(6):121-129.

Application of resistivity method to monitoring leakage from landfill

ZHANG Jianfeng1,2,3, XIE Yuhua1, LIU Jianbao1,3, LU Deping4

(1.College of Resources and Environment, Henan University of Engineering, Zhengzhou 451191, China;2.ZhengzhouKeyLaboratoryofGeologicalHazardandPreventioninMining,Zhengzhou451191,China;3.TheCenterofEngineeringandTechnologyofHenanCollegeforCoalMine,Zhengzhou451191,China;4.Library,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China)

It' s a key work to control underground contamination for conservation and improvement of the ecological environment. As an economical and efficient means of monitoring on environment, geophysical methods have obvious advantages in the field. In the research, electrical way, with combination of hydrogeological characteristics, is utilized to analyze the probable underground contamination of landfill at one of landfill site in Zhengzhou city. An inversion of apparent resistivity is executed for electrical profiling. The results show that a limit of about 30 Ω·m of resistivity can be seen as contamination in all the electrical profiling. The polluted zone in the lower seepage flow is distinctly larger than that in the upper flow. And the zone will shrink with the deviation from landfill, which is consistent with the hydrogeology of the study area.

landfill; underground contamination; electrical method; hydrogeology

2016-03-30

張建鋒(1979-)，男，河南許昌人，副教授，博士，主要從事應(yīng)用地球物理和地下水資源評(píng)價(jià)方面的研究.

P641.8

A

1674-330X(2016)03-0051-03