基于modflow对某简易垃圾填埋场地下水污染预测研究

2018-06-20

地下水 2018年3期

(广东省水文地质大队，广东广州 510510)

目前，垃圾填埋是我国应用较广的垃圾处理技术。垃圾填埋场按照工程措施是否齐全、环保标准能否满足等条件可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三种类型，其中简易填埋场是没有任何工程防护措施，不能满足环保标准或技术规范，对周围环境污染也最大，已有研究表明简易垃圾填埋场排放没有采取相关处理措施的渗滤液，会对地表水和土壤产生污染，并且会下渗污染地下水。

1 研究区概况

研究区垃圾场的建设采用简易的填埋方式，且由于近年来生活垃圾产量不断增加，该简易垃圾填埋场长时间以来一直处于超负荷运行状态。现状垃圾堆体顶部高程约10 m，底部高程约-2.5 m，由于采用不规范的填埋作业方式，垃圾堆体周边形成了垃圾陡坎，且相当松散，易发生垃圾垮塌，在垃圾堆体边界处存在积存有垃圾渗滤液的水坑。

本简易垃圾填埋场地貌单元属三角洲及河口平原，原始地形平坦，地势低洼，周边地表水十分发育，池塘密布。

研究区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，赋存在于第四系砂层(中砂和粗砂)中，以承压水为主，据钻孔抽水试验，按含水层最大降深计算其单井涌水量在235～398.5 m3/d之间，单位涌水量0.412～0.765 L /s·m，富水性中等。

2 地下水环境影响预测与评价

2.1 垃圾渗漏液产生量及浓度

根据多年观测统计资料，采用经验公式法计算场区的渗滤液产生量，具体计算公式如下：

Q=1 000-1×I (C1A1+C2A2+C3A3)

式中：Q为渗滤液产生量，(m3/d)；I为多年平均日降雨量，(mm/d)，研究区年平均降水量1 635.5 mm左右，雨季多集中在4～9月，24 h最大降雨量历史记录为340.1 mm；A1为填埋作业单元汇水面积，(m2)；A2为中间覆盖单元汇水面积，(m2)；A3为终场覆盖单元汇水面积，(m2)；C1为作业单元渗出系数，根据本场的填埋工艺和环境条件，取其标准值为0.6。C2为中间覆盖单元渗出系数，取其值为0.3。C3为终场覆盖单元渗出系数，取其值为0.1。

简易填埋工程未进行中间覆盖及封场，分别对应的正在作业区域A1取1×A，已经进行中间覆盖的区域A2取0×A，封场后的区域A3取0×A；(A为填埋区面积88 596 m2)。由此公式计算：Q=1 000-1×I(C1A1+C2A2+C3A3)=1 000-1×1 635.5×0.6×88 596=86 939.25 m3/a=238.19 m3/d。

表1 现有垃圾填埋场渗滤液产排情况统计表

2.2 水文地质概念模型

根据水文地质勘察钻探揭露，在勘探深度40m范围内的岩土地层主要为素填土层、淤泥层、中砂层、粉质粘土层和砂质粘性土层。地下水埋深约为0.1～0.93 m，将模拟范围内地下水层概化为上中下两层，上层为淤泥和粉质粘土层(相对隔水层)，中间为中砂层(相对含水层)，下层为粉质粘土层和砂质粘性土层(相对隔水层)，地下水为承压水，其中每层为各项同性，三层的水文地质参数不同，底部埋深40 m。

图1 模拟平面网格剖分图图2 模型校正后流场图

2.3 地下水流场模拟

2.3.1 空间离散

建模过程中，垂向上将模拟区概化为三层结构模型。平面上将模型剖分为20×20 m，污染羽附近加密为10×10 m的网格对污染物迁移过程进行精细刻画(见图1)。

2.3.2 源汇项的处理

评价区的源汇项主要包括补给项和排泄项。大气降雨和河流池塘地表水为主要补给来源，现状条件下，模拟区内地下水的主要排泄方式有蒸发和侧向径流排泄两种方式。

2.3.3 边界条件

本次模拟地下水流向整体为自南向北方向，南和北方向根据流场处理为定水头边界，其他两侧垂直于等水位线的方向处理为隔水边界，模型上边界为降水入渗补给、河流补给和蒸发边界，评价区多年平均年降水量在1 635.5 mm左右(降雨入渗系数ɑ=0.1)。

2.3.4 含水层参数

综合评价区水文地质抽水实验以及经验参数，并通过计算水位和实际水位拟合分析，反复调整参数，最终得到了含水层参数。参数如表2所示。

表2 各层参数选取表

2.4 模型识别

模拟区参数取值主要参考经验数据作为模型水文地质参数的初始值，然后用试错法调参识别，拟合模拟区上、下游的等水位线验证模型的准确性。由于参数分区和参数初值的选取较客观的反映了模拟区的实际水文地质条件，加之细致的调参拟合，模型识别取得了较为理想的效果，模拟后的流场见图2。

2.5 地下水溶质运移模拟

2.5.1 溶质运移参数

参考前人的研究成果，本次评价区范围对应的弥散度应介于1～10之间，按照偏保守的评价原则，本次模拟弥散度参数值见表3。

表3 地下水中溶质运移的模型参数 m

2.5.2 模型条件的概化

本次模型将上述情形的污染源以面源形式设定浓度边界，污染源位置按实际设计概化。在模拟污染物扩散时，不考虑吸附作用、化学反应等因素，重点考虑了对流、弥散作用。

为了分析填埋区内由于在泄漏点不同的泄漏污染物随地下水的运移对周边地下水环境造成的影响，利用校正过的水流模型，结合上述事故情景设置，对各类污染物进入地下水进行预测。

2.5.3 污染物溶质运移结果

根据本项目特点，选取CODMn与氨氮为预测因子。CODMn浓度设定为6 000 mg/L，氨氮浓度为1 200 mg/L。以《地下水环境质量标准》Ⅲ类标准限值作为CODMnn与氨氮污染控制标准，分别为3.0 mg/L与0.2 mg/L，由于在模拟污染物扩散时未考虑吸附作用、化学反应等因素，在其他条件(水动力条件、泄漏量及弥散等)相同的情况下，污染物的扩散主要取决于污染物的初始浓度。

预测结果：污染源输入模型，模拟预测发生渗漏事故后365 d、1 825 d、3 650 d和7 300 d污染羽的变化情况。污染羽范围如图3、图4所示。预测结果详见表4。

在污水泄漏过程中，污染物在水动力条件下不断近北向南方向运移，泄漏第7 300 d后，氨氮限制浓度0.2 mg/L运移至场区北部约150 m，泄漏第7 300 d后，CODMn限制浓度3 mg/L运移至场区北部约50 m，因此，如果发生泄露，渗漏的污水会对下游的地下水水质造成一定影响。