營口市某工業固廢處置場對地下水的污染預測

孫曼曼 張佳寧

摘 要：本文以營口市某工業固廢處理場為研究對象，通過現場踏勘，在探明區域地質及水文地質條件的基礎上確定了研究區范圍，結合導則要求，運用GMS數值模擬軟件建立了模擬區的地下水流場和溶質運移模型。根據工程分析確定建設項目運營期的污染源強，對典型污染物進入地下水的遷移擴散情況進行預測。結果表明，在項目運行期間，預測因子CODcr、氨氮、石油類及汞出現一定程度的超標。按照規范要求采取防滲措施后，可有效降低項目運行期間對地下水產生環境的影響，能夠基本滿足國家相關標準要求。

關鍵詞：填埋場；地下水；數值模擬

中圖分類號：X820.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0007-02

1 工程概況

處置場工程位于營口大石橋市北部，占地面積37856m2，處理規模15萬m3。本工程按功能劃分為三大區域，即危險廢物填埋區、管理區及輔助區。危險廢物填埋區占地11675m2，庫區東西向長約159m，南北向長約88m，按作業順序可分為2個區（即填埋一區、填埋二區），處置對象為無法利用的污水處理中和渣，年處置量4705噸。中和渣在原廠區完成預處理達到《危險廢物填埋污染控制標準》（GB18598-2001）中填埋物入場要求后進入本項目危險廢物填埋場進行填埋。本工程人工合成材料襯層采用滲透系數不大于10-10cm/s，高密度聚乙烯（HDPE）作為防滲的主要材料，其中上人工合成襯層厚度為2.0mm，下人工合成襯層厚度為2.0mm。滲濾液收集系統由級配礫石層（場底）、復合土工排水網（邊坡）、滲濾液收集盲溝和滲濾液排出管組成。滲濾液通過廢物空隙、收集導流層匯集到盲溝內，盲溝內設滲濾液導排花管。

場地所處地貌類型為低山丘陵地貌。該場地現為一采石場，已形成三面環山一面出口的“簸箕”形，且場地內早期因亂挖碎石土致使地形起伏較大，有多個采石坑及巷洞，整體地勢呈北高南低之勢，勘察區地面絕對標高最大值151.88m，標高最小值106.66m，最大高差達45.22米。

根據工程地質勘察，廠區勘查深度內鉆探揭露地層巖性及水文地質條件可分為三層，現簡述如下：

（1）素填土：雜色，濕，松散，主要由碎石土組成，分布很不均勻。層底埋深為0.30～7.00米，層底標高106.14～145.87米，層厚0.30～7.00米。

（2）含礫粉質粘土：紅棕色，飽和，稍有光澤。含有角礫，含量15-20%，向下含量逐漸增多，僅在輔助區的箱變及管理區的辦公用房一帶分布。層底埋深為2.2～4.50米，層底標高112.86～116.90米，層厚0.80～4.50米。

（3）中風化大理巖：灰白色，中風化狀態，中粒變晶結構，層狀構造，結構部分被破壞，礦物成分主要為菱鎂礦、白云石，含量在90%以上，其次為石英、方解石，裂隙較發育，局部夾有軟弱的滑石蝕變帶，寬度0.2-0.5米。巖石的堅硬程度為較軟巖-較硬巖，完整程度為較完整。層底埋深大于20.0米，厚度大于13.0米，本次勘察未能穿透此層。

按含水層巖性特征及賦存條件、水力性質及富水性，將評價區地下水類型劃分為中、上更新統殘坡積、坡洪積孔隙水、全新統洪沖積孔隙水和遼河群基巖風化裂隙水三個含水層組。廠區地下水類型主要為基巖風化裂隙水，含水層主要巖性為遼河群大石橋組三段大理巖。由于廠區地勢較高，地下水位埋深較大，根據周邊地下水位統測，推測廠區地下水水位埋深大于55m，水位標高約在60m左右，地下水礦化度為629.95-716.72mg/L，水化學類型為重碳酸硫酸鈣鎂型。主要接受大氣降水垂直入滲和上游基巖風化裂隙水側向徑流補給，以向下游徑流方式排泄。據企業提供的巖土勘察資料顯示，20m深度內未揭露地下水位，這說明廠區地下水埋深大，但包氣帶透水性好，防污性差。因此，在項目建設時，要按相關規定采取有效防滲措施，保護地下水環境。

2 數值模擬

2.1 水文地質概念模型

本次數值模擬評價區位于張官右岸的山前沖洪積扇一帶，淺層地下水類型主要以第四系全新統沖積、沖洪積松散巖類孔隙潛水以及大理巖全強風化基巖裂隙水為主。評價區含水層系統，包氣帶巖性為素填土及含礫石粉質粘土，厚度在1.0～5.0m，上部含水層巖性由砂礫石組成，厚度3～10m，下部含水層由全強風化的大理巖組成，厚度在0.2～0.5m。由于大理巖含水層裂隙較為發育，滲透系數較大，與砂礫石層相似，厚度較薄，因此將兩含水層概化為一層，即為本次地下水數值模擬評價的目的含水層。模擬區西北及東南兩側處于山脊部位，為天然分水嶺，因此將其概化為二類零流量邊界；西南側淤泥河為季節性河流，將其概化為一類水頭邊界；西側、北側及東側邊界存在多口水井，將其概化為二類流量邊界。

2.2 數學模型

評價區地下水流系統概化成非均質、各向異性的三維非穩定地下水流系統，用下列的數學模型[1]表述：

2.3 模型校正及參數選取

通過對模擬區水均衡及水文地質參數分析，將調整后的水文地質參數、源匯項及邊界條件代入模型生成地下水流場并進行擬合。驗證期末刻實測等水位線及計算等水位線擬合結果顯示，除個別地區擬合水位偏差較大外，整體擬合效果較好，基本達到模型精度要求，能夠較真實地反映區域地下水流的的水力特征，可利用識別后的模型進行溶質遷移轉化模擬預測[2]。

用于地下水流數值模擬的水文地質參數主要有兩類，一類是用于計算地下水補排量的參數；另一類是表征含水層特征的水文地質參數[3]。評價區山前堆積物以砂礫石為主，滲透系數75～100m/d，山腳以上以全強風化基巖為主，滲透系數10～50m/d，具體參數賦值情況見表1。

3 地下水環境影響預測

為體現滲濾液泄漏對周邊地下水環境可能造成的不利影響，本次預測確定污染情景根據填埋場環境風險識別給出“因防滲膜接合部未處理好而導致防滲層出現漏洞，造成滲濾液下滲進入地下含水層”[4]。假設滲漏探測系統發現破損到修復時間為24h，考慮最不利條件下的影響，豐水年七月滲濾液產生總量642.91m3，則滲濾液最大滲漏速率為20.74m3/d，污染源概化為瞬時源，地下水環境影響預測評價因子為：CODcr、氨氮、石油類、汞。

根據模擬計算結果，石油類瞬時滲漏180d后，0.01mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠距離為55m；汞瞬時滲漏1000d后，0.0002mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠距離為156m；CODcr瞬時滲漏1700d后，1mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠距離為478m；3000d后，0.02mg/L（檢出限）羽狀污染暈遷移的最遠距離為1271m。

4 廠區防滲分區劃分

本項目的地下水防滲分區及措施按照《危險廢物貯存污染控制標準》和《石油化工工程防滲技術規范》的規定，如表2所示劃分為重點防滲區、一般防滲區和簡單防滲區。

本工程人工合成材料襯層采用高密度聚乙烯作為主要防滲材料，上人工合成襯層厚度為2.0mm，下人工合成襯層厚度為2.0mm。為防止HDPE膜發生破損，本工程采用滲漏電學檢測系統進行實時監測，在滲漏產生時即報警，可以定位漏洞的位置，及時采取修補。固定式土工膜長期滲漏監測系統由以下部分組成：柔性檢測電極在土工膜下鋪設成格柵狀，電極間距一般為5-8m；電線連接每一個柔性檢測電極到一個電子監控箱；滲漏監測控制室可以實現電勢數據的采集；計算機分析電測數據，異常區域通過2D或者3D圖示出來；對于雙層防滲系統，柔性監測電極鋪設于兩層土工膜之間，兩層土工膜間需要一層導電土工布或者是導電土工復合排水網。

5 結語

本文進行了1種具有較大潛在污染情景的不同污染物的運移數值模擬，模擬結果顯示，在項目運行期間，預測因子CODcr、氨氮、石油類及汞出現一定程度的超標瞬時污染條件下污染物氨氮向下游運移3000天污染暈已到達下游居民點，此時污染物氨氮濃度已低于《地下水環境質量標準》（GB/T14848-93）中Ⅲ類限值。

根據項目地下水環境污染數值模擬預測結果，本項目在采取上述防滲措施后，其正常、非正常狀況下的污染物對地下水的影響均能滿足地下水環境的要求。具體防滲措施能夠達到保護地下水環境的目的，地下水防滲措施是可行的。

參考文獻

[1] 薛禹群，謝春紅.地下水數值模擬[M].北京：科學出版社，2007.

[2] 陳陸望，何建東，施小平等.松散承壓含水層水文地質參數分區及水流場數值模擬[J].現代地質，2015，29（4）：967-974.

[3] 柴雅彬，呂琳，李樹鑫.應用MODFLOW軟件建立天津市平原區地下水數值模擬模型[C].中國水利學會2008學術年會論文集（上冊）.北京：中國水利水電出版社，2008：545-549.

[4] 于可利，劉華峰，李金惠等.危險廢物填埋設施的環境風險分析[J].環境科學研究，2005，18（增刊）：43-47.