山谷型垃圾填埋場地下水污染預測與環境風險評價

郭小斌

（福建省地質測繪院，福州350011）

山谷型垃圾填埋場地下水污染預測與環境風險評價

郭小斌

（福建省地質測繪院，福州350011）

福建省是多丘陵地區，生活垃圾填埋場大多為山谷型，兩側分水嶺較寬厚，地形封閉條件良好，所在溝谷可視為獨立的水文地質單元，填埋區下伏基巖為塊狀巖體，其微風化裂隙不發育，巖體較完整，可視為相對隔水層。滲濾液滲漏后污染物主要沿溝谷底部第四系含水層及下伏強風化巖節理裂隙通道中呈線狀運移。論文通過將生活垃圾填埋場概化為一維穩定流動一維水動力彌散模型，采用解析法中一維半無限長多孔介質柱體，一端為定濃度邊界，預測滲濾液滲漏后對溝谷下游敏感目標的污染情況，并提出可行的防護措施。

垃圾填埋場；地下水；滲濾液；污染

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.093

1 引言

地下水污染是垃圾填埋場、化工、重金屬礦開采等建設項目中的突出問題。地下水污染主要為人類活動引起：生活和工業廢水直接排放進地表水，污染后的地表水下滲進入地下含水層；生活垃圾、工業廢渣、礦山尾礦等經雨水淋濾、溶解，其滲濾液下滲進入地下含水層。地下水污染預測方法主要有數值法、解析法和類比預測法[1]，目前垃圾填埋場地下水污染方面的資料比較少，單個建設項目很難取得完整的計算參數，而且缺乏代表性，可靠性較差，不能滿足數值法的資料要求。論文以德化縣山谷型垃圾填埋場為例，采用一維穩定流動一維水動力彌散模型對填埋場地下水污染進行預測，并提出較為可行的防護措施。

2 填埋場概況

2.1 自然地理環境填埋場位于一狹長的山溝中，屬低山、丘陵地貌，主溝走向北西約280°，多呈“V”谷，地形切割深度40～60m，垃圾主壩及調節池附近呈“U”型，溝谷縱坡坡度10°左右，兩側山坡坡度30°～50°，植被較發育。場址東北、東、東南部地勢較高，其余地段地勢較低，附近最高海拔653.8m，最低海拔503.5m，相對高差150.3 m。

2.2 水文地質條件

場址區地表水系為溪及其小支流，溝谷延伸較長，水系大部分為常年流水溝谷，地表水受地形約束，沿溝谷向下游流動。由于溝谷切割零碎，區內地下水分水嶺與地表水的分水嶺基本一致，垃圾填埋場所在溝谷可視為獨立的水文地質單元，主要受大氣降水補給，以泉水排泄于溪溝等低洼地帶，后沿溝谷向下游流動，水交替較強烈，循環深度不大，該場地下伏基巖為凝灰熔巖，其微風化裂隙不發育，巖體較完整，可視為相對隔水層[3]。

地下水按埋藏條件、水理性質等可分為第四系孔隙水、風化帶網狀孔隙裂隙水與基巖裂隙水3類。

3 地下水污染預測

3.1 敏感目標及預測范圍

敏感目標為垃圾填埋場主壩下游約1200m處有一魚蝦養殖場，面積約12000m2，共有6個養殖池，深1.5～2.0m，其用水為地表水與地下水的混合水，其生活用水為山間泉水，該垃圾填埋場滲濾液發生滲漏時，會對其生產生活用水產生污染。

預測范圍為垃圾主壩至下游魚蝦養殖場間的溝谷，見圖1。

3.2 垃圾滲濾液污染因子的篩選

圖1 敏感目標及預測范圍

垃圾滲濾液具有污染物濃度高，成分復雜，且變化極不穩定的特點，是一種高濃度有機廢水，而且其水量變化很大，水質成分也較為復雜。通常可根據填埋場的“年齡”分為2類：一類是“年輕”的滲濾液，其填埋時間在5年以下，所產生的滲濾液水質特點是pH值較低，C0DCr和B0D5濃度較高，且B0D5/C0DCr的比值較高，可生化性較好；另一類是“年老”的滲濾液，其填埋時間在5年以上，所產生的滲濾液的主要水質特點是pH值較接近中性，C0DCr和B0D5濃度較低，且B0D5/C0DCr的比值較低，可生化性較差，而NH3—N濃度較高。

根據場地前期水文地質調查報告，結合建設項目工程特征、排污種類、排污去向及周圍地區環境質量概況，采用等標污染負荷比計算獲得本項目地下水污染預測因子。

3.3 預測模型

該填埋場為典型的狹長溝谷形場地，大氣降水、地表徑流、地下水、垃圾中的水分、覆蓋材料中的水分、垃圾中有機物降解所產生的水分等直接匯集于庫區，形成的垃圾滲濾液通過預先埋設的管道排入滲濾液處理站處理達標后，最終排入德化縣污水處理廠，沒有外排。

徐進步一拍腦袋:“啊,想起來了,‘世上本無路’那一句,難怪聽著有印象。可就他,八成沒讀過魯迅的什么書吧?”

填埋區雖然進行了嚴格防滲，但是一旦發生填埋區防滲層破裂、調節池、滲濾液處理站各構筑物滲漏、污水管道滲漏等事故狀態，滲濾液泄漏進入地下水含水層，造成地下水污染。本次根據前述污染預測因子的篩選，對主要污染物NH3—N、高錳酸鹽指數采用解析法進行預測。

根據前期本項目水文地質調查報告及勘察報告結合地區經驗：強風化巖層滲透系數取9.50×10-4cm/s，屬中等透水；中風化巖滲透系數1.38×10-5～9.57×10-5cm/s，透水率2.42～7.37Lu，微風化巖滲透系數2.01×10-5～2.65×10-5cm/s，透水率1.54～2.42Lu，均屬于弱透水性。填埋區溝谷兩側分水嶺較寬厚，填埋區到壩下游魚蝦養殖場，均為溝谷地貌，地形封閉條件良好，滲濾液向鄰谷滲漏的可能性小。因此，滲濾液滲漏后污染物主要沿谷底強風化及中風化基巖上部中的節理裂隙通道呈線狀運移。

該次預測將污染物在填埋區及下游地下水中運移的水文地質預測模型概化為一維穩定流動一維水動力彌散問題，將垃圾滲濾液滲漏概化為通過垃圾壩軸線均勻下滲的一維半無限長多孔介質柱體，一端為定濃度邊界模型:

根據現場地形及實際情況，從垃圾主壩至下游魚蝦養殖場1200m的距離內，每隔100m預測一次。從環境安全的角度考慮，按最不利條件假定滲濾液滲漏是持續恒定的。

取強風化及中風化基巖上部的滲透系數K=9.5×10-4cm/s（0.8208m/d），填埋區至下游魚蝦養殖場的水力坡度J=0.015，有效孔隙度ne取0.015。根據達西定律：v=KJ，式中，v為地下水的滲透流速，得出地下水的實際流速為：

u=v/ne=KJ/ne=0.8208×0.015/0.015=0.8208m/d

彌散系數根據預測區的巖性特征和相關地層研究經驗，采用經驗公式aL=0.83×（lg L）2.414，式中，L為預測區的近似最大內徑（L=57.55m），經計算得出預測區強風化及中風化基巖上部的縱向彌散度：

如上所述：填埋區滲濾液一旦發生滲漏，滲濾液中主要污染物NH3—N，高錳酸鹽指數將在填埋區及其下游強—中風化巖層中運移，根據模型預測，運移結果見表1、表2。

該次預測執行《地下水質量標準》GB/T 14848—1993的Ⅲ類標準[2]，由表1、表2可見：滲濾液中污染物經過地下水的對流—彌散作用，離填埋區最近的魚蝦養殖場地下水中NH3—N、高錳酸鹽指數達到地下水Ⅲ類標準的時間分別為1119d、1158d，均大于3年。因此，在滲濾液發生泄漏時，考慮最不利條件，滲濾液中的主要污染物在3年內也不會對下游魚蝦養殖場的地下水水質產生明顯影響。

表1 NH3—N不同距離達到Ⅲ類標準的時間

表2 高錳酸鹽指數不同距離達到Ⅲ類標準的時間

3.4 污染評價

根據上述地下水污染預測，滲濾液發生持續恒定的滲漏時，按最不利條件考慮，其主要污染因子NH3—N、高錳酸鹽指數經過地下水的對流—彌散作用，3年內也不會污染垃圾主壩1200m的敏感目標魚蝦養殖場。可見滲濾液泄漏后通過下滲和地下徑流對地下水的影響是緩慢的。但根據國內外已有的填埋型垃圾場運行情況，地下水的污染是持久的和難以恢復的，因此必須杜絕滲漏事故發生[4]。

4 防護措施

在垃圾填埋前對填埋區進行防滲處理，滲濾液統一收集處理達標后接入城市污水處理管道，廢水水質應長期、定期監測，水質須達相應標準后方可排放。

5 結論

1）填埋場位于一狹長的山溝中，場址區屬低山、丘陵地貌，主溝走向北西約280°，填埋區呈北、西高，南、東低，構成獨立的水文地質單元邊界，是南方典型的山谷型垃圾填埋場，預測范圍具有代表性與可比性。

2）場址區下伏基巖為凝灰熔巖，其微風化裂隙不發育，巖體較完整，可視為相對隔水層。地下水按埋藏條件、水理性質等可分為第四系孔隙水、風化帶網狀孔隙裂隙水與基巖裂隙水3類。地下水主要受大氣降水補給，以泉水排泄于溪溝等低洼地帶，后沿溝谷向下游流動，水交替較強烈，循環深度不大。

3）通過解析法對本項目的地下水污染預測，滲濾液發生持續恒定的滲漏時，按最不利條件考慮，其主要污染因子NH3—N、高錳酸鹽指數經過地下水的對流—彌散作用，通過下滲和地下徑流對地下水的影響是緩慢的，但根據國內外已有的填埋型垃圾場運行情況，地下水的污染是持久的和難以恢復的，因此必須杜絕滲漏事故發生。

4）因該場地地形地質條件限制，現場無法找到具有代表性的場地做彌散試驗，而且即使做了也不具有代表性，解析法預測模型中彌散系數、彌散度的選取結合地區及相關研究經驗綜合取值。

5）論文所述方法可以為相似地形地質條件、水文地質條件的場地的地下水污染預測提供參考。

【1】HJ 610—2016環境影響評價技術導則——地下水環境[S].

【2】GB/T 14848—93.地下水質量標準[S].

【3】楚敬龍.解析法在山區地下水環境影響評價中的應用[J].有色金屬，2011(5):63-65.

【4】陳崇希.地下水動力學[M].武漢：中國地質大學出版社，2003.

The Prediction of Groundwater Pollution and Risk Assessment of Valley Type Landfill Site

GUO Xiao-bin
（Fujian Geological Surveying and Mapping Institute,Fuzhou350011,China）

Fujian province is rich in hills，and the landfill sites are usually of valley type.With wide and thick watersheds on both sides of the valley，the landfill site is closed well.So its valley can be considered as an independent hydro geological unit.The subterrane of the landfill area is tuff lava and its slight weathering crevasse doesn't develop.With relatively complete rock mass it can be seen as relative water-resisting layer.Pollutant from percolate leakage mainly migrates linearly along quaternary aquifer of bottom valley and the channels of the joints and fissures of the strong weathered rock.By generalizing the landfill site to one dimensional steady flow and one dimensional hydrodynamic dispersion model，the paper adopts analytic method of one dimensional semi-infinite porous medium cylinder，with one dimension to set concentration boundary layer，to predict pollution condition to the sensitive targets of the valley downstream after the percolate leakage,and formulates possible protection measures.

the landfill site;groundwater;percolate;pollution

X523;X820.4

A

1007-9467（2016）08-0170-02

2016-07-23

郭小斌（1979～），男，福建安溪人，高級工程師，從事地質測繪及工程勘察研究。