红层区某生活垃圾临时填埋场对地下水环境影响研究

， ，

(四川省地质工程勘察院，四川 成都 610072)

红层区某生活垃圾临时填埋场对地下水环境影响研究

王承俊，左蔚，杨在文

(四川省地质工程勘察院，四川 成都 610072)

红层是广泛分布于我国形成于三叠系至第三纪的以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层，在这些地区仍存在一些不规范的垃圾填埋场或堆场，本文以某生活垃圾临时填埋场为例，通过水文地质勘察、水质分析和三维数值模拟等手段，综合研究其对地下水环境的影响现状，预测不同工况下对地下水环境的影响。 为类似工作提供经验。

红层；垃圾填埋场；地下水；数值模拟

我国的红层形成于三叠纪至第三纪的漫长历史时期，主要分布于西南、华中、华南和西北地区。在西南地区,四川盆地中部及盆地边缘地区、黔北、黔西、滇中、滇北地区都有红层广泛分布[1]。在这些地区仍存在一些不规范的垃圾填埋场或堆场，这些填埋场或堆场由于没有采取有效的防渗措施，其垃圾渗滤液将对所在区域的红层地下水环境产生影响，为有效整治该类填埋场或堆场，本文以某生活垃圾临时填埋场为例，通过水文地质勘察、水质分析和三维数值模拟等手段，综合研究其对地下水环境的影响范围和程度，为红层区类似工作提供经验。

1 工程概况

该填埋场填埋场接收垃圾时间起于2014年2月，止于

2015年5月，共计16个月(研究期为2017年6月)。填埋垃圾类型为附近城市生活垃圾，中间封场单元汇水面积6 000 m2，接收垃圾总量约4万吨。经现场调查，该填埋场主要存在的问题有：(1)垃圾体底部无防渗措施；(2)堆体表面的无合乎规范的封场措施，不能有效隔离降雨入渗；(3)上游截水沟、两侧排污沟不够完善和系统，对地表水的拦截、防治下渗的作用有限，不能实现雨污分流；(4)填埋场无临时调节池及对渗滤液的收集转运，导致渗滤液完全向下游沟谷内排放而造成环境污染。

垃圾渗滤液主要成分见表1，化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、挥发酚和总氮均超过地表水质量三级标准，为其特征污染物，其中氨氮超标指数达到97.5。

表1 渗滤液成分表 mg/L

填埋场现状渗滤液采用经验公式法(浸出系数法)[2]进行估算，目前垃圾填埋场中间覆盖采取表层覆土及土工膜压盖，且土工膜已基本腐烂，经综合考虑渗出系数取值为0.5，就地封场后取值0.15；填埋场底部为粉质粘土，厚度1～2 m，参考《供水水文地质手册》(第二册)入渗系数经验取0.02。渗滤液计算见(1)～(4)，不同工况下该填埋场渗滤液源强详见表2。

(1)封场前渗滤液产生量：

Q渗1=A×I×C/1 000=5×104×1 095÷365×0.5÷1 000=75 m3/d；

(2)封场前渗滤液下渗量：

Q下渗1= Q渗1×α=75×0.02=1.5 m3/d

(3)封场后渗滤液产生量：

Q渗2= A×I×C/1 000=6×103×1 095/365×0.15÷1 000=2.7 m3/d；

(4)封场后渗滤液下渗量：

Q下渗2=Q渗2×α=2.7×0.02=0.054 m3/d

表2 不同工况下渗滤液源强汇总表 m3/d

2 水文地质条件

2.1 地质环境

填埋场处于一沟谷上游，地势北高南低，区内海拔由沟谷上游500 m缓降至下游沟口300 m左右。年平均降雨量1 095 mm，丰水期为5-9月，占全年降雨的71%，平水期为11月至来年3月，占全年降雨的12.5%。

区内下伏基岩为侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)砂泥岩地层；覆盖层为第四系全新统残坡积层(Q4el+dl)含砾石粉质粘土，主要分布于低山丘陵缓坡之上，厚度0.5～2.0 m；另在沟谷平缓区域分布第四系全新统坡洪积层(Q4dl+pl)粉质粘土，厚度2～5 m。附近地质构造简单，形态单一，褶皱宽缓，断裂不发育，地层倾角一般1°～5°。此次研究的垃圾体直接堆积于第四系全新统残坡积层之上(见图1)。

图1 填埋场水文地质剖面

2.2 水文地质条件

研究区地下水类型分为第四系松散岩类孔隙水和基岩风化裂隙水两类。

(1)第四系松散岩类孔隙水：主要赋存于沟谷第四系全新统坡洪积层(Q4dl+pl)中。该类地下水具潜水性质，水位埋深较浅，一般0.5～2.0 m。其主要接受大气降水和侧向径流补给，就近排泄于沟水。

(2)基岩风化裂隙水：广泛分布于研究区侏罗系中统沙溪庙组(J2s)基岩的浅部风化带内，是研究区内主要的地下水类型，也是该地区分散农户日常生活和生产用水的主要水源。该类地下水上部无直接隔水层，具有潜水性质。根据此次调查，水位埋深为3.0～17.5 m，一般在丘谷处水位埋深较浅，斜坡处埋深较大。其主要接受大气降水补给，就近排泄于沟水。此次研究通过水文地质钻探获知，地下水位埋深为6.3 m，相对隔水层底板埋深为23.4 m，含水层厚度为17.1 m。通过抽水试验获取含水层渗透系数为0.074 m/d。

3 地下水水质监测

于填埋场附近共布设5口监测井对地下水水质进行监测(图2、表3)。JC01的目的在于获取地下水背景值；JC02、JC03的目的在于分析地下水侧向污染范围，JC04的目的在于分析地下水最远污染范围；JC05的目的在于控制地下水敏感点的水质。

图2 监测孔示意图

m

根据监测结果(表4)：JC02号监测井地下水出现污染状况，主要受高锰酸盐指数和氯氨氮指标的影响，单指标污染指数分别为1.73和1.30，其次为氯化物指标污染的影响，其单指标污染指数为0.54。其余JC01、JC03、JC04、JC05四口井未出现污染状况。初步确定地下水污染范围为填埋场下游40 m。

表4 地下水监测点单指标污染评价结果 mg/L

4 数值模拟

4.1 模拟方法

此次根据工程分析确定各工况下的污染源强及预测参数，建立以Visual MODFLOW数值计算的水量和水质预测模型，针对垃圾临时填埋场在保持现状和就地封场两种工况下可能对地下水环境产生的影响进行预测。填埋场所在沟谷及相关河流均作为定流量边界处理；填埋场四周分水岭设为零流量边界，渗透系数根据现场试验取值，纵向弥散系数为10 m2/d，横向弥散系数为1.0 m2/d[3-4]。选取CODCr、NH4-N为预测因子。

4.2 初始流场

按照前述建立的数值模型、边界条件和计算参数，不考虑填埋场运行影响，以稳定流方式运行模型。得到的水头分布作为初始渗流场，由现场调查及现场水文地质勘察钻探资料，选择与本项目关系最为密切的填埋场下游布设的3个水文地质钻孔JC2、JC3和JC4作为模型校验钻孔(图3)。其中JC2实测水位489.88 m，模拟水位489.51 m；JC3实测水位488.60 m，模拟水位488.47 m；JC4实测水位488.75 m，模拟水位488.32 m，模型计算值偏差波动较小，利用模型计算所得流场作为初始渗流场基本合理。

图3 计算水头与观测水头对比

4.3 污染物迁移数值模拟

模拟工况分为保持现状和就地封场措施2种工况。预测时段分为污染物迁移校核及预测分析两个阶段：第一阶段为2014年2月(垃圾临时填埋场开始运行)至2017年6月(调查期)为止，共40个月(1 200 d)；第二阶段为2017年6月～2034年2月(填埋场运行起20 a)。模拟结果详见图4、图5和表5。

图4 保持现状7 300 d(2034年2月)时

图5 就地封场7 300 d(2034年2月)时

根据数值模拟可得出以下结论。

(1)从第一阶段模拟结果来看：至2017年6月，垃圾临时填埋场渗滤液下渗已使COD最远迁移至填埋场下游约50 m，且下游15 m范围内出现超标(20 mg/L)；使NH4-N最远迁移至填埋场下游约90 m，且下游50 m范围内出现超标现象(0.2 mg/L)。与监测数据基本吻合。

(2)至2034年2月，在不做处理与就地封场两总工况下，污染因子最远迁移距离与污染物超标范围均略微减小。封场后污染物迁移距离依然持续增大是因为此次模拟未考虑污染物的化学反应、生物降解等因素，其最远迁移距离与污染物超标范围主要是由最早进入地下水的污染因子所决定的。

(3)就地封场后，地下水最大污染浓度将逐渐降低。至2034年2月，NH4-N最大污染浓度为4 mg/L，仅为不做处理工况下的1/24；COD最大污污染浓度为12 mg/L，满足地下水三级指标标准。

(4)就地封场后，污染羽浓度中心至填埋场向下游移动，下游监测点污染物浓度随着时间的推移将出现先逐渐升高，达到峰值后再逐渐降低的情况。

表5 不同工况下地下水环境影响预测结果对比

5 结语

此次研究主要针对红层区未作防渗处理的生活垃圾填埋场对地下水环境的影响。工作中通过资料收集、现场调查、水文地质钻探和水文地质钻探等手段查明填埋场污染物源强和水文地质条件；通过水质监测初步确定地下水污染范围为填埋场下游40 m；最后采用数值模拟的方法确定污染范围为填埋场下游50 m，并预测填埋场在不做处理和就地封场两种工况下未来20 a对地下水环境的影响，可以为填埋场的整治决策提供依据。

[1]李小丽,敖天其,黎小东，等.四川红层分布及工程环境特征研究.公路[J].2005.5(5):81-85.

[2]HJ/564-2010.生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范[S].北京:环境保护部.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]李国敏，陈崇希. 空隙介质水动力弥散尺度效应的分形特征及弥散度初步估计.地球科学[J].1995(4):405-409.

X523

A

1004-1184(2017)05-0065-03

2017-05-26

王承俊(1977-)，男，海南儋州人，高级工程师，主要从事水工环地质及环境工程方面工作。