白山市南山生活垃圾填埋场对地下水环境的影响分析

庞香多

吉林省水文地质调查所，吉林 长春 130103

0 引言

白山市南山生活垃圾填埋场在1993年初由白山市政府依据地势将该区域划定为指定城市垃圾场，收纳白山市城区生活与建筑垃圾。由于采取简易填埋方式，填埋坑底未采取防渗措施和渗沥液收集处理系统，导致垃圾渗沥液对下游水体造成不同程度的污染。2018年5月南山垃圾填埋场正式停止使用，已不再接收生活垃圾和建筑垃圾。本文利用建立指数函数模型、采用一维稳定流弥散方程的方法，选用渗滤液对包气带水的影响距离、时间、范围作为评价结果，预测了污染质的最大污染范围，为生活垃圾填埋场环境治理提供依据。

1 项目区概况

白山市南山垃圾填埋场位于吉林省白山市浑江区市区东南侧，隔303省道与市区距离约300 m，该区域为浑江向斜盆地南侧，地形特征为低山丘陵的山坡地段，东南高西北低。1993年初由白山市政府依据地势将该区域划定为指定城市垃圾场，收纳白山市城区生活与建筑垃圾。初期接收生活与建筑垃圾350 m3/d，后期达到1 300 m3/d，目前垃圾场占地约8 hm2，填埋深度1.0～36.0 m，垃圾贮存量132×104m3(1)何志茹.白山市南山垃圾场封场工程可行性研究报告[R].黑龙江省建科工程设计有限公司，2018.。2018年5月南山垃圾填埋场正式停止使用，已不再接收生活垃圾和建筑垃圾。截止到2018年7月，南山垃圾填埋场完成了南山垃圾填埋场渗滤液收集处理工程(一期应急)建设，并投入使用。

2 场区地质及水文地质条件

本区地层由新元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界侏罗系、白垩系和新生界第四系组成。上部堆积了第四系粉质黏土，厚度3.00～10.00 m和1.60～2.00 m的砾石层；向下为中生界侏罗系岩层，由灰绿色砂岩、砾岩、凝灰岩、角砾岩、安山岩、砂质页岩等组成。场区地下水以基岩裂隙水为主。经水文地质物探勘查，在垃圾场中呈北东向发育有一条断裂构造，走向北东，倾角较陡。受各构造运动的作用和深大断裂构造的影响，岩石裂隙较发育，据区内水源井抽水试验可知，水位降深20 m，单井涌水量280.16 m3/d，地下水位埋深6.50～10.12 m(2)庞香多.白山市南山生活垃圾填埋场水文地质勘察报告[R].吉林省水文地质调查所,2019.。

3 环境污染现状

白山市南山生活垃圾填埋场由于采取简易填埋方式，填埋坑底未采取防渗措施和渗沥液收集处理系统，缺乏填埋气导排及处理设施、雨污分流系统且填埋作业方式不规范，导致垃圾渗沥液对下游水体造成不同程度的污染。根据垃圾场区内J1-J5号水源井水质化验资料和《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)[1]分析，地下水总硬度1 550 mg/L，超标倍数为3.44；溶解性总固体2 520 mg/L，超标倍数2.52；氯化物质量浓度815 mg/L，超标倍数3.26；耗氧量质量浓度10.80 mg/L，超标倍数3.6。因此白山市南山垃圾场已遭受不同程度的污染。

4 地下水环境影响预测

4.1 污染预测模型

根据2018年10月18日和2019年4月13日(取样日期)两次化验结果选择有代表性的超标项目高锰酸盐指数(COD)值，采用指数函数模型进行污染质预测[2]。

计算模型：

C=C0e-αt0

式中：

C—污.废水运移预测质量浓度(mg/L)；

C0—污.废水主要污染质源强质量浓度(mg/L)；

α—污染质在含水层中的衰减系数(1/d)；

t0— 预测时间(d)；

Q0—第一次耗氧量(COD)质量浓度(mg/L)；

Ql—第二次耗氧量(COD)质量浓度(mg/L)；

t—间隔时间(d)。

预测结果见表1。

表1 地下水耗氧量(COD)预测结果表

从表1预测可知：场区地下水1年耗氧量为5.56 mg/L、2年耗氧量为2.86 mg/L，根据《地下水水质标准》(GB14848-2017)，耗氧量标准值是3.00 mg/L ，因此2年后场区地下水耗氧量达到Ⅲ类标准。

4.2 预测影响时间及距离

根据场区的水文地质条件，采用如下公式计算总硬度影响的时间与距离。

计算公式：u=KI/n当K<5时，n=0.059

L=ut

式中：

u—地下水实际流速(m/d)；0.33

K—渗透系数(m/d)(K=1.95 m/d)；

I—水力坡度(根据现场调查选用上游下游两个水井之间的距离和水位之差的比值为0.011)；

n—孔隙度(含水层给水度均值0.065)；

L-影响距离(m)。

计算结果见表2。

表2 预测影响时间及距离表

预测结果表明，污染质运移1年时浓度是5.56 mg/L，下游最大运移距离是120.45 m；2年时浓度是2.86 mg/L，运移最大距离是240.90 m(已达Ⅲ类水质标准)。

4.3 对地下水污染程度预测

本垃圾填埋场垃圾堆放在第四系坡积亚黏土之上，场地内未见基岩出露，因此在预测计算过程中采用包气带的水文地质参数。预测采用化学需氧量(COD)748 mg/L为源强,采用一维稳定流弥散方程，以含量相对较高的化学需氧量做为代表因子进行污染预测[3]。

4.3.1 预测模型

式中：

x—距污染质注入点距离(m)；

t—时间(d)；

C(x，t)—t时刻x处的污染物质量浓度(mg/L)；

m—污染质质量(kg)；

w—影响范围内垂直地下水流向的横截面积(m2)；

u—地下水实际流速(m/d)；

n—包气带有效孔隙度；

DL—地下水流场纵向弥散系数(m2/d)。

根据同类水文地质条件的对比，本区地下水主流方向由南东向北西，污染质在地下水流场运移的纵向方向与此一致，纵向弥散度5～10 m2/d，为了预测风险性，计算中纵向弥散系数选用10 m2/d，源强选择化学需氧量(COD)748 mg/L，渗滤液形成320 m3/d，则进入含水层的泄漏质量为239.36 kg/d。横截面积以垃圾堆的宽度(267 m)乘以含水层厚度(7.00 m)确定，工作区地下水实际速u=kI/n计算[4]。孔隙度选用《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ610-2016)标准中的相同岩性的经验值[5]。

4.3.2 计算结果

按上述公式计算了不同时间、不同距离污染物质量浓度，计算结果见表3。

从表3可知，COD浓度在地下水中相同距离不同时间、相同时间不同距离的变化均呈现由小→大→小的规律。这种变化规律与污染物的扩散运移变化基本吻合。因此表3计算结果较符合实际。

5 地下水环境风险性评价

白山市南山垃圾填埋场位于亚黏土层之上，经封场和对垃圾堆处理后，预测其影响范围按垃圾场下游边界延伸300 m，宽度以垃圾场两侧各外扩50 m(宽376 m) ，影响面积为0.28 km2。影响时间为20年(图1)。

6 结论

根据上述污染物对地下水影响的评价结果，包气带水污染的时间较长，距离较远；基岩裂隙水污染的时间较短，距离较近。因此选用渗滤液对包气带水的影响距离、时间、范围作为评价结果。即影响时间为20年、影响距离为300 m、影响范围为0.28 km2。

表3 地下水纵向弥散不同时间距离的质量浓度变化表

图1 污染质COD污染范围预测图