川东红层区非正规垃圾填埋场地下水污染风险评估研究

2022-04-22屈冰双

广东水利水电 2022年4期

屈冰双

(成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059)

1 概述

四川盆地是我国红层分布广泛、连续的典型盆地[1]。红层主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩等组成，空隙发育较少，地下水储存量少，对水资源的涵养能力有限，富水性相对较弱，红层中赋存的地下水是当地居民重要的饮用水来源[2-3]。红层区内有多个非正规垃圾填埋场，多分布于乡镇区域。这些非正规垃圾填埋场均已投入使用10余a，填埋场底部大多未进行任何防渗或仅做简单覆土防渗。垃圾堆存过程中渗沥液等污染物极有可能随着地下水向周围扩散迁移，对当地的饮用水及其他用水安全有重大威胁。

非正规垃圾填埋场大多已废弃不用，但垃圾堆体带来的地下水污染隐患一直未得到有效排查。目前关于红层区非正规垃圾填埋场的工作研究基础薄弱，对非正规垃圾填埋场认识不够，污染特征不清楚，地下水水质不了解。本文通过对苍溪县45个非正规垃圾填埋场进行水文地质勘察、水样采集评价其地下水污染现状，总结其污染特征，结合新建立的风险模型评估其地下水污染风险，划分其风险等级。评估结果可为红层区非正规垃圾填埋场的地下水污染防治提供科学依据。

2 研究区概况

苍溪县属四川红层盆地北缘低山丘陵区，为亚热带季风气候，多年平均气温为16.9 ℃，多年平均降雨量为1 046.7 mm[4]。县域内总体地势由北向南倾斜，无断裂构造经过，以北东或北东东向的宽缓褶皱为主，主要有：新场向斜、新观背斜、九龙山背斜、苍溪向斜，构造较为简单。主要出露地层包括侏罗系上统蓬莱镇组、白垩系下统苍溪组、白龙组、七曲寺组的中生代陆相碎屑沉积岩以及第四系全新统、上更新统的松散堆积层。主要地下水类型分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水两大类[5-8](见图1)。

图1 地理位置示意

3 研究方法

3.1 样品采集与测试

通过实地勘察、访问获取苍溪县45个非正规垃圾填埋场的工程概况、水文地质条件等基本信息。

地下水水样采集时遵循2项原则：

① 每个填埋场的地下水样品个数≥1；

② 采集填埋场下游方向50 m以内且距离最近的地下水样品。

此次调查共计采集水样50个，水样的采集、保存、运输、处理、化学分析均严格按照相关标准执行。

3.2 水质现状评价方法

综合考虑研究区地质背景、垃圾类型，选取pH、总硬度、溶解性固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、铝、耗氧量、氨氮、硫化物、钠、亚硝酸盐、硝酸盐、氟化物、汞、砷、铅共20项评价指标进行水质评价。本文采用《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中的Ⅲ类标准作为评价地下水样品是否受到污染的依据。

分别采用单因子指数法、内梅洛指数法对地下水水样进行分析和评价。单因子评价法是评价指标实测值与标准值的比值，按照评价指标中最差的等级确定水样的等级。内梅罗指数法是在得出单因子分指数的基础上，求取指数平均值，最后考虑最大分指数和指数平均值的综合方法[9]。其分级标准见表1所示，计算公式如下：

表1 内梅罗指数分级

(1)

(2)

(3)

式中：

Ip——内梅罗指数；

Ii——第i项评价因子污染指数；

Ci——第i项评价因子的实测值，mg/L；

Csi——第i项评价因子Ⅲ类水质标准值。

3.3 地下水污染风险评估

综合考虑收集到的填埋场工程概况、水文地质信息，根据源—径—受体的思想，甄选内梅洛指数、填埋场年龄、垃圾填埋量、防渗措施、地下水埋深、年降水量、周边区域地下水用途、到居民区的距离、到最近水源地的距离作为评估因素[10-11]。本次赋分采用5分制，参照文献并根据实际收集到的数据对单项评估因素分级，并对不同等级赋予相应分值(见表2～表4)。将源、径、受体各自包含的3个评估因素的得分结果相加，分别得出源、径、受体的分值，对该分值进行分级并赋1～5分不等(见表5)。将源、径、受体所赋分值按照公式(4)计算地下水风险综合分值：

表2 源特性风险评分

表3 径特性风险评分

表4 受体特性风险评分

表5 源、径、受体分级赋分

地下水风险综合分值=源×径×受体

(4)

根据计算得到的地下水风险综合分值，划分为低、较低、中等、较高、高5个等级(见表6)，以此评估填埋场的地下水污染风险。

表6 填埋场风险等级划分

3.3.1源

根据内梅洛指数法对填埋场周边水质的评价结果Ip，将其纳入风险评价体系进行赋分，Ip越大，分值越高。若填埋场中水样个数≥1，以Ip值最大的水样为准。填埋场地的使用年龄反映了场地对地下水构成威胁的时间长短，时间越长，威胁越大，地下水污染风险越高[12]。填埋方量越大，在温度和其他条件适宜的情况下，极易导致好氧条件的建立，从而更快、更彻底的降解有机物，地下水污染风险越高。根据调查到的情况，将Ip、填埋场年龄、填埋方量分为5级。

3.3.2径

地下水埋深是地下水含水层的埋藏深度，地下水埋藏越深，污染物到达含水层的时间越长，在包气带发生水文地球化学反应、物理化学反应越充分，最终地下水污染风险越小[13]。

降水是影响垃圾填埋场渗滤液量的重要因素，降水量越大，垃圾淋滤程度越高，污染物迁移转化行为越显著，地下水污染风险越大[14]。垃圾填埋场的防渗措施决定了污染物在降水的驱动下，能否无障碍穿越包气带运送至含水层。根据调查到的情况，将地下水埋深、年降水量、防渗措施分为以下5种情况。

3.3.3受体

受体是在与风险源的接触暴露关系中，易受污染的敏感目标。选取填埋场周边地下水用途、到居民区的距离、到水源地的距离3项评估指标，根据收集的资料，分别将其分级赋分。

4 结果与讨论

4.1 地下水污染现状

50件地下水样品中，共检测到15项超标因子，各个因子超标率统计结果见图2。其中，超标率大于20%以上的指标有硝酸盐(34%)、铁(32%)、铝(32%)、耗氧量(28%)、锰(20%)，钠(2%)、氯化物(2%)、氟化物(2%)、溶解性固体(2%)仅在个别水样中超标。

图2 评价指标超标率柱状示意

4.2 地下水质量评价

分别采取单因子指数法及内梅洛指数法对地下水样品进行评价(见表7)。从表7中可知单个水样超标因子个数相同时，同等水质类别情况下，最大单因子指数越高，Ip值越大，地下水受污染越严重。

对表7中经单因子评价法得出的地下水样品水质类别进行统计(见表8)，结果表明78%的水样超越Ⅲ类水上限值，Ⅳ类水、Ⅴ类水分别占比为36%、42%。

表7 水质评价结果

表8 单因子指数评价结果统计

对表7中经内梅洛指数法评价得出的地下水样品水质等级进行统计(见表9)，结果表明64%的水样已经受到不同程度的污染，轻污染、中等污染、重污染、严重污染分别占比为28%、14%、12%、10%。

表9 内梅洛指数评价结果统计

根据表7中的评价结果，可以发现单因子评价结果为相同水质类别的水样(Ⅳ和Ⅴ)，在使用内梅洛指数法进行评价时，其结果出现了分属不同水质等级的情况(见图3)。水质类别为Ⅳ的水样总共18个，其中水质清洁为7个、轻污染为6个、中等污染为1个、重污染为3个、严重污染为1个。水质类别为Ⅴ的水样总共21个，其中水质轻污染为8个、中等污染为6个、重污染为3个、严重污染为4个。引起这种结果的主要原因是水样中超标因子个数不同及其超标倍数不同。

图3 水质类别堆积柱状示意

根据获取的水质数据，综合2种方法评价结果，认为当填埋场中的至少1个水样的评价结果同时满足Ⅳ或Ⅴ类水且Ip≥1时，填埋场产生污染，经过统计，71.1%的填埋场已经产生污染。

4.3 地下水污染风险评估

4.3.1源—径—受体特性

通过对调研的非正规垃圾填埋场源、径、受体特性的统计分析，超过50%的非正规垃圾填埋场具有以下特性：地下水内梅洛指数Ip≥1(71.1%)；填埋场年龄在5—10 a(71.1%)；垃圾方量在10 000 m3以下(82.2%)；填埋场未做任何防渗措施(62.2%)；年降水量在800～1 000 mm(66.7%)；地下水埋深在 3～20 m(73.4%)；周边地下水用于灌溉(71.1%)；到居民区距离在300～600 m(55.6%)；到水源地的距离在800～2 000 m(77.8%)(见表10)。