湛江馮村垃圾場對中深層承壓水污染的可能性及其防治

梁 靖

(廣東省地質局水文工程地質一大隊,廣東湛江 524049)

湛江馮村垃圾場對中深層承壓水污染的可能性及其防治

梁 靖

(廣東省地質局水文工程地質一大隊,廣東湛江 524049)

根據湛江馮村垃圾場所處的原生及次生地質環境條件,采用水文地質學及地下水動力學的理論與方法,對馮村垃圾場潛在污染中深層承壓水的可能性、危害性及防治對策進行初步探討。結果表明:馮村垃圾場建于地下水循環系統的補給區,地形切割強烈,包氣帶自凈能力差,淺層潛水與中深層承壓水之間的水頭差較大,存在污染中深層承壓水的可能性。建議貫徹以防為主、防治結合的原則,禁止在馮村一帶再建垃圾填埋場,并設立防治分區,建立動態監測網絡系統及地下水管理模型。

垃圾場;承壓水;地下水;水污染防治

廣東省湛江馮村垃圾場位于湛江市區的西南側,地處湛江市地下水循環系統的補給區,肩負著存放湛江市區100多萬居民生活垃圾的重任,每天都有約600t生活垃圾排放其中。隨著其覆蓋面積及垃圾填埋量的不斷增加,垃圾浸出液的排放量也與日俱增,其周邊的淺層潛水已受到一定程度的污染,存在污染中深層承壓水、引發地下水大面積污染的可能,導致湛江市水質性缺水的嚴重后果。

1 地質環境條件概況

1.1 原生地質環境條件

1.1.1 地形地貌與地層巖性

馮村垃圾場位于湛江斷陷西南部,地形總體上南高北低,自南向北傾斜,即向湛江市區傾斜;地貌以侵蝕剝蝕臺地、火山巖臺地及湖積平原為主,地形起伏變化較大。地表出露地層主要為第四系湛江組、北海組、湖光巖組等,巖性主要為黏土、粉質黏土、礫砂、中粗砂互層及玄武巖。

1.1.2 水文地質特征

馮村垃圾場及周邊地下水類型主要為松散巖類孔隙水和火山巖孔洞裂隙水兩大類。松散巖類孔隙水又分為淺層潛水(埋深小于30m)、中層承壓水(埋深30～200m)和深層承壓水(埋深大于200m)。其中淺層潛水富水性較差,地下水位變化較大,水位埋深20～38m(圖1),接受大氣降雨及地表水入滲補給;中、深層承壓水富水性好,接受淺層潛水越流補給及側向補給,水量豐富,是湛江市地下水的主要開采層位,受湛江市區大規模開采地下水影響,中、深層承壓水普遍向市區一側徑流;火山巖孔洞裂隙水富水性差異較大,水量中等-貧乏,透水性較好。

1.2 次生地質環境條件

1.2.1 污染源概況

馮村垃圾場自1999年竣工使用以來,已進行了二期建設,填埋垃圾已達 150萬m3,現準備進行第三期擴建。所填垃圾以生活垃圾為主,化學成分多為重金屬及易腐有機物,其中重金屬主要有汞、砷、鉻、鎘及鉛,為垃圾場附近地下水的主要污染源。此外,周邊農村生活區的人畜排泄物、生活垃圾的隨意排放及農藥、化肥的廣泛施用等也對地下水構成一定的污染,是不可忽視的污染源之一。

圖1 馮村垃圾場水文地質平面及剖面簡圖

1.2.2 中、深層承壓水區域降落漏斗的形成

湛江市區具有集中供水價值的為中深層承壓水,占城市供水的80%,且以每年平均供水量8%的速度遞增。由于長期集中式大量開采地下水,早在20世紀60年代就形成了以主要開采地段為中心的區域水位降落漏斗,隨著開采量的增加,漏斗中心水位降深不斷加大,漏斗面積逐年擴展。至2008年,中層承壓水漏斗中心水位降深已達34.32m,水位標高-25.91m,大于10m降深面積達1184km2,大于16m降深的面積為460km2;深層承壓水漏斗中心最大降深為27.40m,水位標高23.16m,大于16m降深的面積為526 km2。區域水位降落漏斗的形成和擴展,加快了地下水的滲流速度,使其污染組分的水動力彌散速度加快[1]。

2 對中深層承壓水污染的可能性探究

2.1 原生地質環境對中深層承壓水污染的可能性

a.自凈能力較差的包氣帶為中深層承壓水的污染提供了有利的水環境條件。馮村垃圾場位于湛江市地下水循環系統的補給區,其包氣帶巖性多為透水性較好的徐聞組(Qxw)含砂黏性土、粉質黏土及湛江組(Qz)中粗砂,包氣帶吸附和降解污染物質的能力較弱,防污性能較差,故該區也是湛江市地下水系統的脆弱區,長期堆放于此的大量生活垃圾便會成為極具威脅性的潛在污染源,湛江市地下水系統很易受馮村垃圾場污染。

b.強烈切割的地形地貌為中深層承壓水的污染提供了良好的補給通道。受地殼差異性升降運動影響,馮村垃圾場附近一帶臺地區升幅較大,地勢較高。在地表水流侵蝕作用下,地形切割較強烈,沖溝發育,地形破碎,透水性極好的湛江組砂礫層直接暴露于地表,部分地段的中層承壓水第一含水層組也已被切割出露地表,直接接受大氣降雨和地表水補給,是湛江市地下水水源地的重要補給區之一,同時也是湛江市地下水系統的脆弱區。長期堆放于此的大量生活垃圾便會成為湛江市地下水系統極具威脅性的潛在污染源[2]。大量排放的垃圾滲濾液很易通過出露的含水砂層污染中深層承壓水。

2.2 次生地質環境潛在加速中深層承壓水污染

a.區域水位降落漏斗的形成和擴展加速了中深層承壓水的污染。由于大量開采中深層承壓水,湛江市已形成了以主要開采地段為中心的中深層地下水區域水位降落漏斗,且漏斗中心有不斷加深之勢。區域水位降落漏斗的形成和擴展,加大了淺層水與中深層承壓水之間的水力坡度,從而加快了地下水的滲流速度,使地下水污染組分的水動力彌散速度加快。隨著時間的推移,存在著污染湛江市中深層承壓水系統的危險。

b.淺層潛水與中深層承壓水之間較大的水頭差,為中深層承壓水的污染提供了水動力條件。據有關調查資料,馮村一帶中層承壓水的地下水位標高約為10.20m左右,深層承壓水的地下水位標高約為 10.70 m,而這一帶的淺層地下水位標高為26.75～37.63m,其淺層地下水位標高較中深層地下水位標高高出17.75～27.63m,馮村一帶淺層地下水與中深層承壓水的水頭差很大。根據越流補給量的計算公式:

式中:Q越為越流補給量,萬m3/a;F為補給面積,km2;ΔH為兩含水層的水頭差,m;K′為隔水層(弱透水層)的垂直平均滲透系數,cm/s;m′為隔水層厚度,m;K′/m′為越流系數。

由式(1)可知,淺層地下水補給中深層承壓水的越流補給量與其水頭高度成正比,在較大的水頭差作用下,已污染的淺層地下水很容易通過弱隔水層或隔水天窗進入中深層承壓含水層。

綜上所述,馮村垃圾場一帶地形切割強烈、包氣帶自凈能力較差、淺層潛水與中深層承壓水之間的水頭差及水力坡度均較大,潛在污染中深層承壓水的可能性。

3 水污染引發的危害性及防治對策初探

3.1 危害性

根據有關研究資料,馮村垃圾填埋場附近的淺層地下水已受到一定程度的污染,且潛在污染中深層地下水的危險,若不盡早采取措施,嚴加防范,勢必引發湛江市地下水大面積污染、水質惡化,導致湛江市水質性缺水的嚴重后果。地下水資源一旦受到污染,要清除污染是相當困難的,需要花費昂貴的代價,特別是以開采地下水作為主要供水水源的湛江市,如果其中深層承壓水受到污染,將直接影響湛江市生產、生活用水,影響湛江市社會的穩定及經濟的可持續發展。可見,馮村垃圾填埋場污染地下水問題應引起各方面的足夠重視。

3.2 防治對策探討

為了保護好湛江市地下水水源地,使其地下水免受馮村垃圾場人為污染,對馮村垃圾場污染湛江中深層承壓水的防治對策作初步探究。

3.2.1 禁止在馮村一帶建設垃圾填埋場

馮村垃圾場及周邊地處湛江市地下水循環系統的補給區,也是湛江市地下水系統的脆弱區,湛江市地下水系統很容易受到污染,這一帶地區不合適建設垃圾填埋場,已建的垃圾填埋場,在條件許可的情況下應盡快搬遷。

3.2.2 設立地下水污染防治分區,建立地下水動態監測網絡系統

地下水污染防治分區的目的是保護地下水資源,為制定和實施地下水污染防治規劃提供依據。在綜合分析污染現狀、地下水資源開發利用的基礎上,進行地下水污染防治分區,可分重點防治區、次重點防治區及一般防治區3個區段。根據不同的分區,建立地下水動態監測網絡系統,對其地下水水質、水位動態進行定期監測[3-4]:水位動態每半個月觀測1次,水質動態在每年豐、平及枯水期各取水質全分析樣1次[5],以進一步查明地下水流向及污染情況。

3.2.3 建立地下水管理模型

地下水管理模型是地下水資源保護的重要內容,它是應用系統分析原理,為達到既定管理目標所建立的優化決策數字模型、水質管理模型,為合理開發利用地下水提供優化方案[6]。通過優化模型的耦合,建立地下水水力管理模型、水質管理模型,對其地下水水位、水量、水質運移規律及變化特點進行預報。通過對地下水水質管理模型的深入研究,采用最優化模型法求得環境對不同污染物質的自凈化能力,制定出相應的污染物排放標準[7]。

3.2.4 貫徹以防為主、防治結合的原則

目前,馮村垃圾場附近的淺層地下水已受到污染,為防止其進一步污染中深層承壓水,可采用防治結合的原則進行處理,并從源頭入手,采取預防措施。

a.處理措施。對一些已受污染的重要地下水供水地段,可采取抽出被污染的地下水,回灌地表水來加速地下水循環,在地下水補徑排及土壤吸附、降解及稀釋等環境的自凈作用下,以加快稀釋地下水的方法凈化地下水。針對馮村垃圾場附近地下水總鐵濃度偏高,氨氮、亞硝酸鹽氮濃度超標,pH值偏低的情況,可采取曝氣→接觸催化→過濾等工藝流程,對地下水進行除鐵處理,使水中總鐵的濃度達到標準。

同時,在曝氣過程中,可以加適量的石灰,使pH值提高到飲用水標準范圍;另外,水中的氨氮和亞硝酸鹽氮又可以被氧化降解為硝酸鹽氮[8]。

b.預防措施。①實施污染物排放總量控制,對垃圾滲濾液進行凈化處理,凈化后的滲濾液要做到達標排放[9],并開辟新的垃圾處理場,以減少馮村垃圾場污染物的排放量;②保護開采層位,防止供水井開采層位被上部或附近水質不良的地下水或地表水混入,為此在施工建井過程中,須用黏土球或快速凝固的水泥砂漿進行嚴格止水。

4 結 語

馮村垃圾場位于湛江市地下水循環系統的補給區,其附近地形切割強烈、包氣帶自凈能力差、淺層潛水與中深層承壓水之間的水頭差較大,潛在污染中深層承壓水的可能,是湛江市地下水系統的脆弱區,其周邊淺層潛水已受到一定程度的污染,且有污染中深層承壓水的危險。建議有關部門高度重視,采取有效措施,做好馮村垃圾場污染地下水的防護工作,保護好湛江市的地下水資源。

[1]梁靖,鄭王瓊.廣東湛江馮村垃圾場對淺層地下水污染評價與防治對策[J].地質災害與環境保護,2009(3):63-64.

[2]梁靖.廣東湛江馮村垃圾場對湛江市地下水資源污染防治對策初步研究[J].地下水,2007(5):88.

[3]張宗祜,李烈榮.中國地下水資源:綜合卷[M].北京:中國地圖出版社,2004:276-289.

[4]水利部水資源管理司,水利部水資源管理中心.建設項目水資源論證[M].北京:中國水利水電出版社,2005:149.

[5]中華人民共和國地質礦產部.地下水動態監測規程[S].北京:中國標準出版社,1995.

[6]林學鈺,廖資生.地下水管理[M].北京:地質出版社,1995:138-143.

[7]殷昌平.地下水資源勘查與評價[M].北京:地質出版社,1993:78-131.

[8]潘青,喬光建.飲用水源中氮類污染物處理的研究進展[J].水資源保護,2006,22(S1),16-19.

[9]李尉卿.環境評價[M].北京:教材出版社,2003:38-48.

Possibility and control measures of confined water pollution in middle-deep layer of Fengcun landfill in Zhanjiang City

LIANG Jing
(First Hydrogeology and Engineering Geology Brigade,Bureau of Geology of Guangdong Province,Zhanjiang524049,China)

Based on the primary and secondary geological environment conditions of the Fengcun landfill in Zhanjiang,the theory of hydrogeology and dynamics of groundwater were used to study the potential possibility and harmfulness of the confined water pollution in the middle-deep layer of the landfill and its control strategies.The results showed that the Fengcun landfill was built in the recharge areas of groundwater circulatory systems,the terrain alongside was cut significantly,and the self-purification capacity of the aeration zone was poor.Moreover,the difference in hydrostatic head between the phreatic water in the shallow layer and the confined water in the middle-deep layer was large.Therefore,there exists a possibility that the confined water in the middle-deep layer would be polluted.Prevention combined with treatment should be insisted upon.Some measures,such as forbidding building of the landfill in Fengcun,establishing control districts,the dynamic monitoring network system,and groundwater management models,must be taken.

landfill;confined water;groundwater;water pollution control

X523

A

1004-6933(2010)03-0030-03

廣東省地質勘查局2007年度科研基金(20070203)

梁靖(1964—),男,廣東信宜人,高級工程師,主要從事水文及環境地質研究工作。E-mail:gdzjlj@126.com

2009-09-13 編輯:徐 娟)