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(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

紅層區(qū)某生活垃圾臨時填埋場對地下水環(huán)境影響研究

王承俊，左蔚，楊在文

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

紅層是廣泛分布于我國形成于三疊系至第三紀的以紅色為主色調(diào)的陸相碎屑巖沉積地層，在這些地區(qū)仍存在一些不規(guī)范的垃圾填埋場或堆場，本文以某生活垃圾臨時填埋場為例，通過水文地質(zhì)勘察、水質(zhì)分析和三維數(shù)值模擬等手段，綜合研究其對地下水環(huán)境的影響現(xiàn)狀，預(yù)測不同工況下對地下水環(huán)境的影響。 為類似工作提供經(jīng)驗。

紅層；垃圾填埋場；地下水；數(shù)值模擬

我國的紅層形成于三疊紀至第三紀的漫長歷史時期，主要分布于西南、華中、華南和西北地區(qū)。在西南地區(qū),四川盆地中部及盆地邊緣地區(qū)、黔北、黔西、滇中、滇北地區(qū)都有紅層廣泛分布[1]。在這些地區(qū)仍存在一些不規(guī)范的垃圾填埋場或堆場，這些填埋場或堆場由于沒有采取有效的防滲措施，其垃圾滲濾液將對所在區(qū)域的紅層地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，為有效整治該類填埋場或堆場，本文以某生活垃圾臨時填埋場為例，通過水文地質(zhì)勘察、水質(zhì)分析和三維數(shù)值模擬等手段，綜合研究其對地下水環(huán)境的影響范圍和程度，為紅層區(qū)類似工作提供經(jīng)驗。

1 工程概況

該填埋場填埋場接收垃圾時間起于2014年2月，止于

2015年5月，共計16個月(研究期為2017年6月)。填埋垃圾類型為附近城市生活垃圾，中間封場單元匯水面積6 000 m2，接收垃圾總量約4萬噸。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該填埋場主要存在的問題有：(1)垃圾體底部無防滲措施；(2)堆體表面的無合乎規(guī)范的封場措施，不能有效隔離降雨入滲；(3)上游截水溝、兩側(cè)排污溝不夠完善和系統(tǒng)，對地表水的攔截、防治下滲的作用有限，不能實現(xiàn)雨污分流；(4)填埋場無臨時調(diào)節(jié)池及對滲濾液的收集轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致滲濾液完全向下游溝谷內(nèi)排放而造成環(huán)境污染。

垃圾滲濾液主要成分見表1，化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、揮發(fā)酚和總氮均超過地表水質(zhì)量三級標準，為其特征污染物，其中氨氮超標指數(shù)達到97.5。

表1 滲濾液成分表 mg/L

填埋場現(xiàn)狀滲濾液采用經(jīng)驗公式法(浸出系數(shù)法)[2]進行估算，目前垃圾填埋場中間覆蓋采取表層覆土及土工膜壓蓋，且土工膜已基本腐爛，經(jīng)綜合考慮滲出系數(shù)取值為0.5，就地封場后取值0.15；填埋場底部為粉質(zhì)粘土，厚度1～2 m，參考《供水水文地質(zhì)手冊》(第二冊)入滲系數(shù)經(jīng)驗取0.02。滲濾液計算見(1)～(4)，不同工況下該填埋場滲濾液源強詳見表2。

(1)封場前滲濾液產(chǎn)生量：

Q滲1=A×I×C/1 000=5×104×1 095÷365×0.5÷1 000=75 m3/d；

(2)封場前滲濾液下滲量：

Q下滲1= Q滲1×α=75×0.02=1.5 m3/d

(3)封場后滲濾液產(chǎn)生量：

Q滲2= A×I×C/1 000=6×103×1 095/365×0.15÷1 000=2.7 m3/d；

(4)封場后滲濾液下滲量：

Q下滲2=Q滲2×α=2.7×0.02=0.054 m3/d

表2 不同工況下滲濾液源強匯總表 m3/d

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)環(huán)境

填埋場處于一溝谷上游，地勢北高南低，區(qū)內(nèi)海拔由溝谷上游500 m緩降至下游溝口300 m左右。年平均降雨量1 095 mm，豐水期為5-9月，占全年降雨的71%，平水期為11月至來年3月，占全年降雨的12.5%。

區(qū)內(nèi)下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)砂泥巖地層；覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層(Q4el+dl)含礫石粉質(zhì)粘土，主要分布于低山丘陵緩坡之上，厚度0.5～2.0 m；另在溝谷平緩區(qū)域分布第四系全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)粉質(zhì)粘土，厚度2～5 m。附近地質(zhì)構(gòu)造簡單，形態(tài)單一，褶皺寬緩，斷裂不發(fā)育，地層傾角一般1°～5°。此次研究的垃圾體直接堆積于第四系全新統(tǒng)殘坡積層之上(見圖1)。

圖1 填埋場水文地質(zhì)剖面

2.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水類型分為第四系松散巖類孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水兩類。

(1)第四系松散巖類孔隙水：主要賦存于溝谷第四系全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)中。該類地下水具潛水性質(zhì)，水位埋深較淺，一般0.5～2.0 m。其主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，就近排泄于溝水。

(2)基巖風(fēng)化裂隙水：廣泛分布于研究區(qū)侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)基巖的淺部風(fēng)化帶內(nèi)，是研究區(qū)內(nèi)主要的地下水類型，也是該地區(qū)分散農(nóng)戶日常生活和生產(chǎn)用水的主要水源。該類地下水上部無直接隔水層，具有潛水性質(zhì)。根據(jù)此次調(diào)查，水位埋深為3.0～17.5 m，一般在丘谷處水位埋深較淺，斜坡處埋深較大。其主要接受大氣降水補給，就近排泄于溝水。此次研究通過水文地質(zhì)鉆探獲知，地下水位埋深為6.3 m，相對隔水層底板埋深為23.4 m，含水層厚度為17.1 m。通過抽水試驗獲取含水層滲透系數(shù)為0.074 m/d。

3 地下水水質(zhì)監(jiān)測

于填埋場附近共布設(shè)5口監(jiān)測井對地下水水質(zhì)進行監(jiān)測(圖2、表3)。JC01的目的在于獲取地下水背景值；JC02、JC03的目的在于分析地下水側(cè)向污染范圍，JC04的目的在于分析地下水最遠污染范圍；JC05的目的在于控制地下水敏感點的水質(zhì)。

圖2 監(jiān)測孔示意圖

m

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果(表4)：JC02號監(jiān)測井地下水出現(xiàn)污染狀況，主要受高錳酸鹽指數(shù)和氯氨氮指標的影響，單指標污染指數(shù)分別為1.73和1.30，其次為氯化物指標污染的影響，其單指標污染指數(shù)為0.54。其余JC01、JC03、JC04、JC05四口井未出現(xiàn)污染狀況。初步確定地下水污染范圍為填埋場下游40 m。

表4 地下水監(jiān)測點單指標污染評價結(jié)果 mg/L

4 數(shù)值模擬

4.1 模擬方法

此次根據(jù)工程分析確定各工況下的污染源強及預(yù)測參數(shù)，建立以Visual MODFLOW數(shù)值計算的水量和水質(zhì)預(yù)測模型，針對垃圾臨時填埋場在保持現(xiàn)狀和就地封場兩種工況下可能對地下水環(huán)境產(chǎn)生的影響進行預(yù)測。填埋場所在溝谷及相關(guān)河流均作為定流量邊界處理；填埋場四周分水嶺設(shè)為零流量邊界，滲透系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗取值，縱向彌散系數(shù)為10 m2/d，橫向彌散系數(shù)為1.0 m2/d[3-4]。選取CODCr、NH4-N為預(yù)測因子。

4.2 初始流場

按照前述建立的數(shù)值模型、邊界條件和計算參數(shù)，不考慮填埋場運行影響，以穩(wěn)定流方式運行模型。得到的水頭分布作為初始滲流場，由現(xiàn)場調(diào)查及現(xiàn)場水文地質(zhì)勘察鉆探資料，選擇與本項目關(guān)系最為密切的填埋場下游布設(shè)的3個水文地質(zhì)鉆孔JC2、JC3和JC4作為模型校驗鉆孔(圖3)。其中JC2實測水位489.88 m，模擬水位489.51 m；JC3實測水位488.60 m，模擬水位488.47 m；JC4實測水位488.75 m，模擬水位488.32 m，模型計算值偏差波動較小，利用模型計算所得流場作為初始滲流場基本合理。

圖3 計算水頭與觀測水頭對比

4.3 污染物遷移數(shù)值模擬

模擬工況分為保持現(xiàn)狀和就地封場措施2種工況。預(yù)測時段分為污染物遷移校核及預(yù)測分析兩個階段：第一階段為2014年2月(垃圾臨時填埋場開始運行)至2017年6月(調(diào)查期)為止，共40個月(1 200 d)；第二階段為2017年6月～2034年2月(填埋場運行起20 a)。模擬結(jié)果詳見圖4、圖5和表5。

圖4 保持現(xiàn)狀7 300 d(2034年2月)時

圖5 就地封場7 300 d(2034年2月)時

根據(jù)數(shù)值模擬可得出以下結(jié)論。

(1)從第一階段模擬結(jié)果來看：至2017年6月，垃圾臨時填埋場滲濾液下滲已使COD最遠遷移至填埋場下游約50 m，且下游15 m范圍內(nèi)出現(xiàn)超標(20 mg/L)；使NH4-N最遠遷移至填埋場下游約90 m，且下游50 m范圍內(nèi)出現(xiàn)超標現(xiàn)象(0.2 mg/L)。與監(jiān)測數(shù)據(jù)基本吻合。

(2)至2034年2月，在不做處理與就地封場兩總工況下，污染因子最遠遷移距離與污染物超標范圍均略微減小。封場后污染物遷移距離依然持續(xù)增大是因為此次模擬未考慮污染物的化學(xué)反應(yīng)、生物降解等因素，其最遠遷移距離與污染物超標范圍主要是由最早進入地下水的污染因子所決定的。

(3)就地封場后，地下水最大污染濃度將逐漸降低。至2034年2月，NH4-N最大污染濃度為4 mg/L，僅為不做處理工況下的1/24；COD最大污污染濃度為12 mg/L，滿足地下水三級指標標準。

(4)就地封場后，污染羽濃度中心至填埋場向下游移動，下游監(jiān)測點污染物濃度隨著時間的推移將出現(xiàn)先逐漸升高，達到峰值后再逐漸降低的情況。

表5 不同工況下地下水環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果對比

5 結(jié)語

此次研究主要針對紅層區(qū)未作防滲處理的生活垃圾填埋場對地下水環(huán)境的影響。工作中通過資料收集、現(xiàn)場調(diào)查、水文地質(zhì)鉆探和水文地質(zhì)鉆探等手段查明填埋場污染物源強和水文地質(zhì)條件；通過水質(zhì)監(jiān)測初步確定地下水污染范圍為填埋場下游40 m；最后采用數(shù)值模擬的方法確定污染范圍為填埋場下游50 m，并預(yù)測填埋場在不做處理和就地封場兩種工況下未來20 a對地下水環(huán)境的影響，可以為填埋場的整治決策提供依據(jù)。

[1]李小麗,敖天其,黎小東，等.四川紅層分布及工程環(huán)境特征研究.公路[J].2005.5(5):81-85.

[2]HJ/564-2010.生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:環(huán)境保護部.2010.

[3]Gelhar，L.W. A critical review of data on field-scale dispersion in aquifers.water source research[J].1992.28 (7) :1955–1974.

[4]李國敏，陳崇希. 空隙介質(zhì)水動力彌散尺度效應(yīng)的分形特征及彌散度初步估計.地球科學(xué)[J].1995(4):405-409.

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1004-1184(2017)05-0065-03

2017-05-26

王承俊(1977-)，男，海南儋州人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)及環(huán)境工程方面工作。