城市垃圾及排污溝渠對擬建水源地地下水水質(zhì)的影響研究

李淑玲，田 英 ，陳穎春

(1.遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽110003;2.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局，遼寧 朝陽122000)

隨著人民群眾生活水平的不斷提高，需要建設(shè)生活飲用水源地，在建設(shè)初期就必須對影響水源地地下水質(zhì)的污染源進(jìn)行綜合分析評價(jià)，確保從源頭上防治飲用水源地污染，保證水質(zhì)安全。本文以遼寧省境內(nèi)某飲用水源地為例來進(jìn)行分析，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，可能影響水源地地下水質(zhì)的主要污染源為附近的垃圾堆放場和排污溝渠，其他污染源對水源地水質(zhì)影響較小，不予論述。

1 地下水源地污染分析

通過對水源地的水質(zhì)監(jiān)測及水質(zhì)評價(jià)，可以確定水源地地下水中主要污染物為:高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、鐵、錳，部分地下水井點(diǎn)出現(xiàn)硝酸鹽氮、總硬度的超標(biāo)。除鐵、錳含量和地區(qū)的原生地球化學(xué)環(huán)境有關(guān)外，影響地下水質(zhì)量水平的主要污染源為城市垃圾堆放場及城市污水排放干渠。

目前垃圾場的垃圾在經(jīng)過雨水的淋濾、浸泡后，已經(jīng)污染了附近的淺層地下水，通過勘察期間對垃圾場地下水取樣分析可知，垃圾場附近的地下水中的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮指標(biāo)均高于其它地方。由此可見垃圾場附近地下水的主要污染途徑為降水對工業(yè)和生活固體廢物的淋濾，按照水力學(xué)的特點(diǎn)分類屬于間歇入滲型。

由本次所建立的地下水與地表水聯(lián)測斷面資料分析可知排污干渠水位明顯高于沿岸的地下水水位，排污干渠由于接納了城市工業(yè)廢水和生活污水，因此產(chǎn)生排污干渠污水垂直滲漏到地下水中，然后污染物在地下水中發(fā)生擴(kuò)散和彌散，使得沿岸受到了不同程度的污染，表現(xiàn)為以排污干渠為中心向兩岸濃度逐漸減少，其污染帶寬度不足100 m，這主要是由于包氣帶厚度大，巖性顆粒較細(xì)，并且在含水層頂部存在著弱透水層等因素影響。排污干渠附近地下水的主要污染途徑為渠道的污水滲漏，按照水力學(xué)的特點(diǎn)分類屬于連續(xù)入滲型。

2 污染源的概化及模擬污染因子的確定

本次評價(jià)分析將水源地地下水主要污染源確定為垃圾廠和污水排放干渠，垃圾廠污染源概化為條狀源，排污干渠概化為線狀污染源。

根據(jù)污染指標(biāo)在地下水遷移過程中的自身的穩(wěn)定情況及污染源附近地下水的監(jiān)測結(jié)果，模擬污染因子選擇高錳酸鹽指數(shù)。

3 水質(zhì)預(yù)測模型建立及求解

3.1 地下水水質(zhì)模擬模型的建立

水源地區(qū)內(nèi)地下水含水層概化為，由具有滲流速度為V的穩(wěn)定態(tài)均勻流的無限長、均質(zhì)和各向同性的孔隙介質(zhì)組成。

則區(qū)內(nèi)二維平面擴(kuò)散模型可寫成:

式中:DL為縱向擴(kuò)散系數(shù);DT為橫向擴(kuò)散系數(shù);C為污染質(zhì)濃度;V為滲流的平均流速;R為阻滯系數(shù);a為長條形污染源的一半長度;C0為污染源模擬因子濃度;λ為放射性衰變系數(shù)。

3.2 地下水水質(zhì)模擬模型的求解

上述模型采用解析法來求解，其解析解可表述為:

3.3 地下水水質(zhì)模擬模型中有關(guān)數(shù)據(jù)的處理

A.污染源模擬因子濃度C0，采用垃圾排放場實(shí)測濃度。B.背景模擬因子濃度C00，采用水源地全區(qū)監(jiān)測的濃度平均值。C.縱向擴(kuò)散系數(shù)DL，橫向擴(kuò)散系數(shù)DT采用地質(zhì)條件類似地區(qū)的彌散試驗(yàn)數(shù)據(jù)。D.阻滯系數(shù)R:取1。E.源的衰變系數(shù)和放射性衰變系數(shù)不考慮。F.地下水流速V，由V=KI確定，式中:I=dh/dx，由地下水等水位線上求出。

4 污染源對地下水水質(zhì)的影響預(yù)測結(jié)果

4.1 排污干渠對地下水水質(zhì)污染的影響分析

排污干渠對地下水的污染趨勢分析本次采用的是定性分析方法。因?yàn)閺臄M建水源投產(chǎn)后預(yù)測的地下水等水位線圖可以看出:水源投產(chǎn)后，排污干渠附近地下水流向基本上沒有改變，水位埋深變化也不大。并且水源投產(chǎn)后的影響范圍最近距離排污干渠還有1 000 m左右，因此，排污干渠對水源地地下水的污染幾乎不能產(chǎn)生影響。

另外，排污干渠接納城市的工業(yè)廢水和生活污水的排放已有多年的歷史，多年來排污干渠對其沿岸地下水的污染影響通過本次所建立的地下水與地表水聯(lián)測斷面資料分析可知，其對地下水的污染寬度在其右岸(靠近水源地側(cè))小于100 m。表明排污干渠的污染物在通過包氣帶的吸附后進(jìn)入地下水中所發(fā)生的擴(kuò)散和彌散速度不大。

4.2 垃圾堆放場對地下水污染趨勢的預(yù)測

垃圾堆放場作為區(qū)內(nèi)地下水的污染源之一，本次為了便于計(jì)算將其概化為長為400 m，寬為150 m的條狀污染源。并以垃圾場中心作為原點(diǎn)，以地下水流向?yàn)閄軸，垂直于地下水流向?yàn)?Y軸，在 X方向分別選擇距原點(diǎn)為200 m、500 m、800 m、1000 m、1 200 m、1 500 m、1 800 m、2 000 m、2 500 m、2 800 m、3 000 m;在 Y 方向分別選擇 0，±50 m、±100 m、±200 m、±500 m、±800 m、±1 000 m、±1 200 m、±1 500 m，以預(yù)測各個(gè)點(diǎn)不同時(shí)段的地下水中污染因子的變化情況。

DT和DL是依據(jù)遼河地區(qū)黃家水源勘察中所做彌散試驗(yàn)的有關(guān)數(shù)據(jù)，即DL=0.5055，DT=0.0475。地下水流速 V，由V=KI確定，式中:I=dh/dx，由水源投產(chǎn)后預(yù)測的地下水等水位線上求出，取0.03 m/d。本底濃度C00是根據(jù)勘察期間所采取的地下水樣檢測結(jié)果的平均值，取1.7 mg/L。污染源的初始濃度C0采用垃圾排放場地下水質(zhì)檢測結(jié)果，取8.1 mg/L。預(yù)測時(shí)間 T分別選擇了5年(1826.25天)、10年(3652.5 天)、20年(7305.5 天)。

對于上述模型，利用FORTRAN語言編寫了解析法的計(jì)算程序，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算，結(jié)果如下。

10年后在距離垃圾場100 m，±100 m處高錳酸鹽指數(shù)的預(yù)測濃度增加了 0.093 mg/L，即該處預(yù)測濃度為1.793 mg/L;在距離垃圾場200 m，±200 m處高錳酸鹽指數(shù)的預(yù)測濃度增加了 0.046 mg/L，即該處預(yù)測濃度為1.746 mg/L。20年后在距離垃圾場200 m，±100 m處高錳酸鹽指數(shù)的預(yù)測濃度增加了0.571 mg/L，即該處預(yù)測濃度為2.272 mg/L;在距離垃圾場200 m，±200 m處高錳酸鹽指數(shù)的預(yù)測濃度增加了 0.286 mg/L，即該處預(yù)測濃度為1.986 mg/L。

5 結(jié)論與建議

近年來，有關(guān)部門已對污染嚴(yán)重的幾家企業(yè)進(jìn)行整頓和改造，使排污干渠的污染有所減輕，今后隨著人們對環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，污染處理能力的提高，排污干渠的水質(zhì)將會(huì)有所改善。由此，可以推斷排污干渠對水源地水質(zhì)的影響不是很大。從垃圾廠對水源地的影響分析結(jié)果來看，區(qū)內(nèi)預(yù)測的污染物濃度擴(kuò)散的范圍并不大，并且污染物預(yù)測的濃度未超過地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，而且污染范圍距擬建水源還有1 250 m左右。因此，在目前情況下，擬建水源地水質(zhì)不會(huì)受到垃圾場的污染影響。

同時(shí)，也應(yīng)看到隨著水源地的投產(chǎn)運(yùn)行水質(zhì)及其污染程度上不會(huì)有明顯的變化。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移高錳酸鹽指數(shù)會(huì)有緩慢上升趨勢，但仍然能滿足地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類的要求，不會(huì)有污染現(xiàn)象。