川東紅層區非正規垃圾填埋場地下水污染風險評估研究

屈冰雙

(成都理工大學 環境與土木工程學院， 成都 610059)

1 概述

四川盆地是我國紅層分布廣泛、連續的典型盆地[1]。紅層主要由砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖等組成，空隙發育較少，地下水儲存量少，對水資源的涵養能力有限，富水性相對較弱，紅層中賦存的地下水是當地居民重要的飲用水來源[2-3]。紅層區內有多個非正規垃圾填埋場，多分布于鄉鎮區域。這些非正規垃圾填埋場均已投入使用10余a，填埋場底部大多未進行任何防滲或僅做簡單覆土防滲。垃圾堆存過程中滲瀝液等污染物極有可能隨著地下水向周圍擴散遷移，對當地的飲用水及其他用水安全有重大威脅。

非正規垃圾填埋場大多已廢棄不用，但垃圾堆體帶來的地下水污染隱患一直未得到有效排查。目前關于紅層區非正規垃圾填埋場的工作研究基礎薄弱，對非正規垃圾填埋場認識不夠，污染特征不清楚，地下水水質不了解。本文通過對蒼溪縣45個非正規垃圾填埋場進行水文地質勘察、水樣采集評價其地下水污染現狀，總結其污染特征，結合新建立的風險模型評估其地下水污染風險，劃分其風險等級。評估結果可為紅層區非正規垃圾填埋場的地下水污染防治提供科學依據。

2 研究區概況

蒼溪縣屬四川紅層盆地北緣低山丘陵區，為亞熱帶季風氣候，多年平均氣溫為16.9 ℃，多年平均降雨量為1 046.7 mm[4]。縣域內總體地勢由北向南傾斜，無斷裂構造經過，以北東或北東東向的寬緩褶皺為主，主要有：新場向斜、新觀背斜、九龍山背斜、蒼溪向斜，構造較為簡單。主要出露地層包括侏羅系上統蓬萊鎮組、白堊系下統蒼溪組、白龍組、七曲寺組的中生代陸相碎屑沉積巖以及第四系全新統、上更新統的松散堆積層。主要地下水類型分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水兩大類[5-8](見圖1)。

圖1 地理位置示意

3 研究方法

3.1 樣品采集與測試

通過實地勘察、訪問獲取蒼溪縣45個非正規垃圾填埋場的工程概況、水文地質條件等基本信息。

地下水水樣采集時遵循2項原則：

① 每個填埋場的地下水樣品個數≥1；

② 采集填埋場下游方向50 m以內且距離最近的地下水樣品。

此次調查共計采集水樣50個，水樣的采集、保存、運輸、處理、化學分析均嚴格按照相關標準執行。

3.2 水質現狀評價方法

綜合考慮研究區地質背景、垃圾類型，選取pH、總硬度、溶解性固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、鋁、耗氧量、氨氮、硫化物、鈉、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氟化物、汞、砷、鉛共20項評價指標進行水質評價。本文采用《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)中的Ⅲ類標準作為評價地下水樣品是否受到污染的依據。

分別采用單因子指數法、內梅洛指數法對地下水水樣進行分析和評價。單因子評價法是評價指標實測值與標準值的比值，按照評價指標中最差的等級確定水樣的等級。內梅羅指數法是在得出單因子分指數的基礎上，求取指數平均值，最后考慮最大分指數和指數平均值的綜合方法[9]。其分級標準見表1所示，計算公式如下：

表1 內梅羅指數分級

(1)

(2)

(3)

式中：

Ip——內梅羅指數；

Ii——第i項評價因子污染指數；

Ci——第i項評價因子的實測值，mg/L；

Csi——第i項評價因子Ⅲ類水質標準值。

3.3 地下水污染風險評估

綜合考慮收集到的填埋場工程概況、水文地質信息，根據源—徑—受體的思想，甄選內梅洛指數、填埋場年齡、垃圾填埋量、防滲措施、地下水埋深、年降水量、周邊區域地下水用途、到居民區的距離、到最近水源地的距離作為評估因素[10-11]。本次賦分采用5分制，參照文獻并根據實際收集到的數據對單項評估因素分級，并對不同等級賦予相應分值(見表2～表4)。將源、徑、受體各自包含的3個評估因素的得分結果相加，分別得出源、徑、受體的分值，對該分值進行分級并賦1～5分不等(見表5)。將源、徑、受體所賦分值按照公式(4)計算地下水風險綜合分值：

表2 源特性風險評分

表3 徑特性風險評分

表4 受體特性風險評分

表5 源、徑、受體分級賦分

地下水風險綜合分值=源×徑×受體

(4)

根據計算得到的地下水風險綜合分值，劃分為低、較低、中等、較高、高5個等級(見表6)，以此評估填埋場的地下水污染風險。

表6 填埋場風險等級劃分

3.3.1源

根據內梅洛指數法對填埋場周邊水質的評價結果Ip，將其納入風險評價體系進行賦分，Ip越大，分值越高。若填埋場中水樣個數≥1，以Ip值最大的水樣為準。填埋場地的使用年齡反映了場地對地下水構成威脅的時間長短，時間越長，威脅越大，地下水污染風險越高[12]。填埋方量越大，在溫度和其他條件適宜的情況下，極易導致好氧條件的建立，從而更快、更徹底的降解有機物，地下水污染風險越高。根據調查到的情況，將Ip、填埋場年齡、填埋方量分為5級。

3.3.2徑

地下水埋深是地下水含水層的埋藏深度，地下水埋藏越深，污染物到達含水層的時間越長，在包氣帶發生水文地球化學反應、物理化學反應越充分，最終地下水污染風險越小[13]。

降水是影響垃圾填埋場滲濾液量的重要因素，降水量越大，垃圾淋濾程度越高，污染物遷移轉化行為越顯著，地下水污染風險越大[14]。垃圾填埋場的防滲措施決定了污染物在降水的驅動下，能否無障礙穿越包氣帶運送至含水層。根據調查到的情況，將地下水埋深、年降水量、防滲措施分為以下5種情況。

3.3.3受體

受體是在與風險源的接觸暴露關系中，易受污染的敏感目標。選取填埋場周邊地下水用途、到居民區的距離、到水源地的距離3項評估指標，根據收集的資料，分別將其分級賦分。

4 結果與討論

4.1 地下水污染現狀

50件地下水樣品中，共檢測到15項超標因子，各個因子超標率統計結果見圖2。其中，超標率大于20%以上的指標有硝酸鹽(34%)、鐵(32%)、鋁(32%)、耗氧量(28%)、錳(20%)，鈉(2%)、氯化物(2%)、氟化物(2%)、溶解性固體(2%)僅在個別水樣中超標。

圖2 評價指標超標率柱狀示意

4.2 地下水質量評價

分別采取單因子指數法及內梅洛指數法對地下水樣品進行評價(見表7)。從表7中可知單個水樣超標因子個數相同時，同等水質類別情況下，最大單因子指數越高，Ip值越大，地下水受污染越嚴重。

對表7中經單因子評價法得出的地下水樣品水質類別進行統計(見表8)，結果表明78%的水樣超越Ⅲ類水上限值，Ⅳ類水、Ⅴ類水分別占比為36%、42%。

表7 水質評價結果

表8 單因子指數評價結果統計

對表7中經內梅洛指數法評價得出的地下水樣品水質等級進行統計(見表9)，結果表明64%的水樣已經受到不同程度的污染，輕污染、中等污染、重污染、嚴重污染分別占比為28%、14%、12%、10%。

表9 內梅洛指數評價結果統計

根據表7中的評價結果，可以發現單因子評價結果為相同水質類別的水樣(Ⅳ和Ⅴ)，在使用內梅洛指數法進行評價時，其結果出現了分屬不同水質等級的情況(見圖3)。水質類別為Ⅳ的水樣總共18個，其中水質清潔為7個、輕污染為6個、中等污染為1個、重污染為3個、嚴重污染為1個。水質類別為Ⅴ的水樣總共21個，其中水質輕污染為8個、中等污染為6個、重污染為3個、嚴重污染為4個。引起這種結果的主要原因是水樣中超標因子個數不同及其超標倍數不同。

圖3 水質類別堆積柱狀示意

根據獲取的水質數據，綜合2種方法評價結果，認為當填埋場中的至少1個水樣的評價結果同時滿足Ⅳ或Ⅴ類水且Ip≥1時，填埋場產生污染，經過統計，71.1%的填埋場已經產生污染。

4.3 地下水污染風險評估

4.3.1源—徑—受體特性

通過對調研的非正規垃圾填埋場源、徑、受體特性的統計分析，超過50%的非正規垃圾填埋場具有以下特性：地下水內梅洛指數Ip≥1(71.1%)；填埋場年齡在5—10 a(71.1%)；垃圾方量在10 000 m3以下(82.2%)；填埋場未做任何防滲措施(62.2%)；年降水量在800～1 000 mm(66.7%)；地下水埋深在 3～20 m(73.4%)；周邊地下水用于灌溉(71.1%)；到居民區距離在300～600 m(55.6%)；到水源地的距離在800～2 000 m(77.8%)(見表10)。

表10 源—徑—受體特性統計分析

4.3.2評估結果

應用2.3節所述地下水污染風險評估方法對45個填埋場進行風險評估，有18個填埋場的風險分值≤50，風險等級低或較低，分別占比為17.8%、22.2%；風險分值>50的填埋場有27個，風險等級為中等或較高，其中風險等級較高的占比為26.7%(見表11)。

表11 填埋場地下水污染風險評價結果

5 結語

本文從源—徑—受體角度出發，通過水樣分析、水質評價以及填埋場現場調研,建立了非正規垃圾填埋場地下水污染風險評估模型，對45個填埋場進行了風險評估，得到了以下結論：

1) 通過水樣檢測結果可知:50件水樣共檢測到15項超標因子，超標率大于20%以上的指標有硝酸鹽、鐵、鋁、耗氧量、錳。

2) 根據單因子評價結果，78%的水樣超越Ⅲ類水上限值，Ⅳ類水、Ⅴ類水分別占比為36%、42%；根據內梅洛指數法評價結果，64%的水樣已經受到不同程度的污染，輕污染、中等污染、重污染、嚴重污染分別占比為28%、14%、12%、10%。綜合2種水樣評價方法進行分析，71.1%的填埋場已經產生污染。

3) 通過計算地下水風險綜合分值，45個填埋場中，風險等級低、較低、中等、較高分別占比為17.8%、22.2%、33.3%、26.7%。

4) 基于源—徑—受體思想，對選取的評估因素分級并賦分，建立一個可用于填埋場優先關閉和修復簡易模型，在資金有限的情況下，該模型將更加適用。建議對現存的不同風險等級的非正規垃圾填埋場采取風險管控措施，未來可考慮將更多與污染遷移有關的因素納入模型中。