紅層區(qū)某生活垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)對(duì)地下水環(huán)境影響研究

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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(shí)填埋場(chǎng)對(duì)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(guó)形成于三疊系至第三紀(jì)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(chǎng)或堆場(chǎng)，本文以某生活垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)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(duì)地下水環(huán)境的影響現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)不同工況下對(duì)地下水環(huán)境的影響。 為類似工作提供經(jīng)驗(yàn)。

紅層；垃圾填埋場(chǎng)；地下水；數(shù)值模擬

我國(guó)的紅層形成于三疊紀(jì)至第三紀(jì)的漫長(zhǎng)歷史時(shí)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(chǎng)或堆場(chǎng)，這些填埋場(chǎng)或堆場(chǎng)由于沒有采取有效的防滲措施，其垃圾滲濾液將對(duì)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(chǎng)或堆場(chǎng)，本文以某生活垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)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(duì)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(yàn)。

1 工程概況

該填埋場(chǎng)填埋場(chǎng)接收垃圾時(shí)間起于2014年2月，止于

2015年5月，共計(jì)16個(gè)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(chǎng)單元匯水面積6 000 m2，接收垃圾總量約4萬(wàn)噸。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該填埋場(chǎng)主要存在的問題有：(1)垃圾體底部無(wú)防滲措施；(2)堆體表面的無(wú)合乎規(guī)范的封場(chǎng)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(duì)地表水的攔截、防治下滲的作用有限，不能實(shí)現(xiàn)雨污分流；(4)填埋場(chǎng)無(wú)臨時(shí)調(diào)節(jié)池及對(duì)滲濾液的收集轉(zhuǎn)運(yùn)，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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為其特征污染物，其中氨氮超標(biāo)指數(shù)達(dá)到97.5。

表1 滲濾液成分表 mg/L

填埋場(chǎng)現(xiàn)狀滲濾液采用經(jīng)驗(yàn)公式法(浸出系數(shù)法)[2]進(jìn)行估算，目前垃圾填埋場(chǎng)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(chǎng)后取值0.15；填埋場(chǎng)底部為粉質(zhì)粘土，厚度1～2 m，參考《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》(第二冊(cè))入滲系數(shù)經(jīng)驗(yàn)取0.02。滲濾液計(jì)算見(1)～(4)，不同工況下該填埋場(chǎng)滲濾液源強(qiáng)詳見表2。

(1)封場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(qiáng)匯總表 m3/d

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)環(huán)境

填埋場(chǎng)處于一溝谷上游，地勢(shì)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(lái)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(jiǎn)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(chǎng)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(bǔ)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(wú)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(bǔ)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(duì)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(yàn)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(cè)

于填埋場(chǎng)附近共布設(shè)5口監(jiān)測(cè)井對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)(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(yuǎn)污染范圍；JC05的目的在于控制地下水敏感點(diǎn)的水質(zhì)。

圖2 監(jiān)測(cè)孔示意圖

m

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果(表4)：JC02號(hào)監(jiān)測(cè)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(biāo)的影響，單指標(biāo)污染指數(shù)分別為1.73和1.30，其次為氯化物指標(biāo)污染的影響，其單指標(biāo)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(chǎng)下游40 m。

表4 地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)單指標(biāo)污染評(píng)價(jià)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(qiáng)及預(yù)測(cè)參數(shù)，建立以Visual MODFLOW數(shù)值計(jì)算的水量和水質(zhì)預(yù)測(cè)模型，針對(duì)垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)在保持現(xiàn)狀和就地封場(chǎng)兩種工況下可能對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。填埋場(chǎng)所在溝谷及相關(guān)河流均作為定流量邊界處理；填埋場(chǎng)四周分水嶺設(shè)為零流量邊界，滲透系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(cè)因子。

4.2 初始流場(chǎng)

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

圖3 計(jì)算水頭與觀測(cè)水頭對(duì)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(chǎng)措施2種工況。預(yù)測(cè)時(shí)段分為污染物遷移校核及預(yù)測(cè)分析兩個(gè)階段：第一階段為2014年2月(垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)開始運(yùn)行)至2017年6月(調(diào)查期)為止，共40個(gè)月(1 200 d)；第二階段為2017年6月～2034年2月(填埋場(chǎng)運(yùn)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(shí)

圖5 就地封場(chǎng)7 300 d(2034年2月)時(shí)

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(lái)看：至2017年6月，垃圾臨時(shí)填埋場(chǎng)滲濾液下滲已使COD最遠(yuǎn)遷移至填埋場(chǎng)下游約50 m，且下游15 m范圍內(nèi)出現(xiàn)超標(biāo)(20 mg/L)；使NH4-N最遠(yuǎn)遷移至填埋場(chǎng)下游約90 m，且下游50 m范圍內(nèi)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象(0.2 mg/L)。與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。

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

(3)就地封場(chǎng)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(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)就地封場(chǎng)后，污染羽濃度中心至填埋場(chǎng)向下游移動(dòng)，下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物濃度隨著時(shí)間的推移將出現(xiàn)先逐漸升高，達(dá)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(cè)結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

此次研究主要針對(duì)紅層區(qū)未作防滲處理的生活垃圾填埋場(chǎng)對(duì)地下水環(huán)境的影響。工作中通過資料收集、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)污染物源強(qiáng)和水文地質(zhì)條件；通過水質(zhì)監(jiān)測(cè)初步確定地下水污染范圍為填埋場(chǎng)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(chǎng)下游50 m，并預(yù)測(cè)填埋場(chǎng)在不做處理和就地封場(chǎng)兩種工況下未來(lái)20 a對(duì)地下水環(huán)境的影響，可以為填埋場(chǎng)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(chǎng)滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:環(huán)境保護(hù)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(guó)敏，陳崇希. 空隙介質(zhì)水動(dòng)力彌散尺度效應(yīng)的分形特征及彌散度初步估計(jì).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(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)及環(huán)境工程方面工作。