山谷型垃圾填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

周 娟，崔 逢，彭 鵬

（山東海納環(huán)境工程有限公司，山東 青島 266000）

引言

近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)愈發(fā)注重環(huán)境保護(hù)工作，并堅(jiān)定不移地走出一條生態(tài)文明建設(shè)的中國(guó)特色道路。在開采石油、搭建垃圾填埋場(chǎng)等項(xiàng)目建設(shè)中，地下水污染是最為典型、最為嚴(yán)重的問題。導(dǎo)致地下水污染問題的主要原因在于環(huán)保措施落實(shí)不到位，復(fù)雜的水文地質(zhì)條件忽視了潛在的污染通道，如工業(yè)和生活廢水直接排放至地表、河溝，工業(yè)廢渣、生活垃圾、礦山尾礦、落地油等固體廢物直接在地面堆砌，相關(guān)管理人員所選擇的防水、防滲措施不合格，各類污染物歷經(jīng)雨水淋濾、溶解等作用，在防滲措施失效的情況下，污染物會(huì)滲到地下含水層，造成地下水污染。地下水的污染具有隱蔽性、滯后性、難恢復(fù)性，因此，要注重預(yù)防，做好預(yù)防工作和加強(qiáng)預(yù)測(cè)工作。目前，地下水污染的預(yù)測(cè)方法主要有解析法、數(shù)值法及類比預(yù)測(cè)法，在實(shí)際應(yīng)用的過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1 垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定義

依據(jù)產(chǎn)生、運(yùn)移、控制、阻斷、擴(kuò)散垃圾滲濾液的一系列過程，結(jié)合滲濾液中具體的污染物與其作用對(duì)象之間存在的密切聯(lián)系，可以將垃圾填埋場(chǎng)中的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)做出概念界定，即在外部環(huán)境條件下，堆積、存放的垃圾量過多，會(huì)產(chǎn)生多種多樣的污染問題，其在經(jīng)過多次的運(yùn)移和消納以后，滲濾液不斷滲透最終直接污染地下含水層，對(duì)人類的生存與發(fā)展造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。其中，最為直觀的影響包括人類的身體健康情況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境發(fā)展等。

在地下水污染風(fēng)險(xiǎn)中，最為典型的代表便是山谷型的垃圾填埋場(chǎng)，其存在的風(fēng)險(xiǎn)如下。

首先，脆弱性。山谷型垃圾填埋場(chǎng)受到地理環(huán)境等的影響，在通過工程措施、水文措施等進(jìn)行消納、運(yùn)移的處理進(jìn)程中，垃圾滲濾液能夠不斷的向地下含水層滲透，導(dǎo)致地下水系統(tǒng)自身所具備的污染物清潔、消納能力減弱。

其次，特殊性。在氣候環(huán)境的影響下，山谷型垃圾填埋場(chǎng)中的垃圾能夠產(chǎn)生一定數(shù)量的滲濾液，導(dǎo)致其污染源的具體污染強(qiáng)度能夠以更直觀的形式顯現(xiàn)出來。

最后，地下水最終的污染后果。即大自然對(duì)污染物實(shí)際的接納程度，能夠表明被污染的地下含水層對(duì)人類生存環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境及人的身體狀況的具體影響。

1.2 山谷型垃圾填埋場(chǎng)中地下水污染評(píng)價(jià)的指標(biāo)與內(nèi)容

結(jié)合現(xiàn)階段山谷型垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的概念，可以明確垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)與具體內(nèi)容。其中，山谷型垃圾填埋場(chǎng)的特殊脆弱性評(píng)價(jià)內(nèi)容主要涵蓋填埋場(chǎng)自身、植被、氣候等內(nèi)容；垃圾填埋場(chǎng)的本質(zhì)脆弱性評(píng)價(jià)涵蓋包氣帶、土壤、含水層等；垃圾填埋場(chǎng)地下水遭受污染之后的評(píng)價(jià)內(nèi)容涵蓋身體狀況、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多方面損失[1]。

1.3 垃圾填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)

本文的研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)地下水的脆弱性，并以山谷型垃圾填埋場(chǎng)地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)概念為前提，確定相應(yīng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容與指標(biāo)，通過科學(xué)的方式完成相關(guān)內(nèi)容計(jì)算，并利用層次分析法將權(quán)重內(nèi)容確定，采用矩陣分級(jí)方式劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 山谷型垃圾填埋場(chǎng)的情況分析

2.1 地理位置

本文所研究的山谷型垃圾填埋場(chǎng)位于較為狹長(zhǎng)的山溝之中，地形特征為低山丘陵地貌，其中主溝的走向?yàn)楸蔽鞣较?80°，整體形狀呈現(xiàn)“V”字狀，而地形的切割深度大約在40～60 m，垃圾場(chǎng)主壩和調(diào)節(jié)池附近整體呈現(xiàn)“U”型，溝底部縱向坡度大概為10°，山谷型垃圾場(chǎng)的兩側(cè)坡度均在30°到50°之間，植被發(fā)育較好。此外，該山谷型垃圾場(chǎng)的東部、東南部、東北部均擁有較高地勢(shì)，其他各個(gè)地段的地勢(shì)相對(duì)較低[2]。該區(qū)域的最低海拔高度為503 m，最高海拔高度為653 m，二者之間相差150 m。

2.2 水文地質(zhì)環(huán)境

文中所研究的山谷型垃圾場(chǎng)中，內(nèi)部的地表水大多為附近的溪水和小支流，且擁有較長(zhǎng)的延伸溝谷。內(nèi)部水洗大多數(shù)是常年流水溝谷，受到地形的影響和約束作用，地表水會(huì)沿著溝谷向下流流動(dòng)。又因?yàn)闇瞎葍?nèi)部較為零散化，區(qū)域內(nèi)部的地下水分水嶺與地表水分水嶺大多相同，山谷型垃圾填埋場(chǎng)可被看作為獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，通過大氣降水的方式完成補(bǔ)給，并通過泉水流淌的方式不斷地排到低洼區(qū)域，水交替現(xiàn)象強(qiáng)烈而明顯，但是能夠提供給整體循環(huán)的深度不足，且場(chǎng)地之下為凝灰熔巖，可以被看作為隔水層[3]。除此之外，在對(duì)地下水進(jìn)行類別劃分的過程中，可以以埋藏條件、水理性質(zhì)為依據(jù)將其劃分為基巖裂隙水、風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙水及第四系孔隙水。

2.3 識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境、建設(shè)工程情況等多項(xiàng)因素能夠了解到山谷型垃圾填埋場(chǎng)主要存在的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)包括填埋氣體、垃圾滲濾液等，潛在的風(fēng)險(xiǎn)事故如表1所示。

表1 山谷型垃圾場(chǎng)潛在風(fēng)險(xiǎn)事故分析

3 山谷型垃圾填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

3.1 敏感目標(biāo)和預(yù)測(cè)范圍

研究中以山谷型垃圾填埋場(chǎng)主壩之下約1 200 m的魚蝦養(yǎng)殖基地為敏感目標(biāo)，該基地的占地面積在12 000 m2左右，深度約在2 m左右，內(nèi)部共有六個(gè)養(yǎng)殖廠，主要用水來源為地表水、地下水，生活在該區(qū)域的人們?nèi)粘Ｋ玫乃Y源主要是泉水，一旦山谷型垃圾填埋場(chǎng)出現(xiàn)滲濾液滲漏的問題，會(huì)對(duì)生活用水產(chǎn)生直接污染與影響[4]。

3.2 篩選垃圾滲濾液污染因子

一般來說，垃圾滲濾液中含有的污染物濃度極高，而且其中的成分復(fù)雜多樣，能夠呈現(xiàn)出容易變化且性質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以被歸屬為具備較高濃度的有機(jī)廢水。以年齡為區(qū)分點(diǎn)，可以將山谷型垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的垃圾滲濾液分為兩種不同的類別，即較為“年輕”的滲濾液和較為“年老”的滲濾液。其中，“年輕”的滲濾液填埋時(shí)間不足五年，實(shí)際產(chǎn)生的滲濾液擁有較高濃度的BOD5和CODCr，整體的pH值較低；而另一種則是填埋時(shí)間超過五年的“年老”滲濾液，其實(shí)際產(chǎn)生的滲濾液擁有較低濃度的BOD5和CODCr及較高濃度的NH3-N，pH值接近中性[5]。結(jié)合以往的資料及周遭建設(shè)項(xiàng)目的特征、排污的種類與去向等內(nèi)容能夠明確本次研究中污染地下水的預(yù)測(cè)因子。

3.3 滲濾液滲漏量

在進(jìn)行滲濾液的滲漏量的計(jì)算工作時(shí)，可以利用達(dá)西定律進(jìn)行：

在該公式中，K代表土體的滲透系統(tǒng)，（h2-h1）為上下游水流差，L為滲流路徑長(zhǎng)度，A代表滲漏面積，其中場(chǎng)地的滲漏液水頭能夠直接影響水力梯度，場(chǎng)地的滲漏液水頭與時(shí)間之間存在函數(shù)關(guān)系，可以得出，滲漏液平均每天的滲漏量大概是：

在該公式中，t1指代的是產(chǎn)出滲濾液的具體時(shí)間。

本次研究中的山谷型垃圾填埋場(chǎng)黏土層的滲透系統(tǒng)可達(dá)到2×10-5m/d，厚度可達(dá)到3 m左右，滲濾液的整體滲漏面積能夠達(dá)到5×104m2，平均每天可產(chǎn)滲濾液的總量為300 m3/d。通過一系列的計(jì)算可得，該垃圾填埋場(chǎng)在風(fēng)險(xiǎn)狀況下所產(chǎn)生的滲濾液每天能夠達(dá)到6.48 m3/d[5]。

3.4 含水層中污染物的質(zhì)量濃度

滲漏液中的污染物質(zhì)的釋放與滲漏作用是長(zhǎng)期且持續(xù)的，污染物會(huì)在時(shí)間流逝中與非飽和土層形成相對(duì)飽和的存在形式。鑒于此，在忽略包氣帶對(duì)于滲漏液所產(chǎn)生的作用的進(jìn)出上，可以確定山谷型垃圾填埋場(chǎng)中地下含水層污染物質(zhì)量濃度的預(yù)測(cè)公式為

在該公式中，Pj中的j指代的是地下含水層對(duì)污染物的預(yù)測(cè)質(zhì)量濃度，Wj指代的是污染物每天的排放數(shù)量，Qt指的是對(duì)地下水天然資源量進(jìn)行的預(yù)測(cè)結(jié)果，B指的是溝谷的平均寬度，I指的是水力的坡度，K指的是預(yù)測(cè)區(qū)域地下水的滲透系數(shù)，H指的是含水層的整體厚度。

3.5 預(yù)測(cè)污染因子介紹

本研究中的山谷型垃圾填埋場(chǎng)具備該類垃圾填埋場(chǎng)的典型特征，即庫區(qū)中的水分主要來自于大氣降水、地下水、覆蓋材料的水分、地表徑流、垃圾中的水分、垃圾中有機(jī)物降解過程中產(chǎn)生的水分等。該部分的水在逐步形成垃圾滲濾液之后，會(huì)先通過管道流入滲濾液處理站，處理并達(dá)到環(huán)保要求后流入到污水處理場(chǎng)，不再向外排放[6]。但是，即便垃圾填埋場(chǎng)對(duì)此進(jìn)行了嚴(yán)格的防滲、防漏等措施，如果出現(xiàn)意外，導(dǎo)致填埋區(qū)的防滲層破裂，污水管道滲漏、滲濾液處理站、調(diào)節(jié)池等構(gòu)筑物出現(xiàn)滲漏等問題，就會(huì)直接流入到地下水含水層中，導(dǎo)致地下水污染現(xiàn)象[7]。本次研究中，主要以上述內(nèi)容中篩選過后的污染預(yù)測(cè)因子為例，通過一系列的手段預(yù)測(cè)分析NH3-N、高錳酸鉀等物質(zhì)指數(shù)。根據(jù)最初對(duì)本項(xiàng)目中水文地質(zhì)報(bào)告內(nèi)容的結(jié)果可以了解到，強(qiáng)風(fēng)化巖層的滲透系數(shù)為9.50×10-4cm/s，透水狀況為中等。中風(fēng)化巖滲透系數(shù)為1.38×10-5～9.57×10-5cm/s，透水率約為2.42～7.32 Lu，微風(fēng)化巖滲透系數(shù)為2.01×10-5～2.65×10-5cm/s，透水率大概為1.54～2.42 Lu，二者的透水性都較弱。因此，可以得出結(jié)論，滲濾液在滲漏之后，其污染物將會(huì)沿著谷底中的中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化的基巖運(yùn)移，最終對(duì)地下水造成污染。

3.6 污染評(píng)價(jià)

根據(jù)本文的整體研究和分析可知，預(yù)測(cè)的地下水污染之中，滲濾液出現(xiàn)穩(wěn)定且持續(xù)的滲漏現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)該以最惡劣的條件考量，直接導(dǎo)致污染現(xiàn)象出現(xiàn)的最主要的因子NH3-N、高錳酸鹽等，在對(duì)下水對(duì)流后產(chǎn)生彌散作用，在后續(xù)的三年之內(nèi)，不會(huì)對(duì)敏感目標(biāo)產(chǎn)生污染，可以見得滲濾液在發(fā)生泄漏現(xiàn)象之后，通過下滲、地下徑流等作用，能夠緩慢的影響地下水。但是，結(jié)合現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外發(fā)展中現(xiàn)存的山谷型垃圾填埋場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況可知，地下水一旦遭受污染，則造成的后果是持續(xù)的且難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，故而，相關(guān)單位與工作人員應(yīng)該堅(jiān)決杜絕垃圾滲濾液滲漏事故的發(fā)生。

4 生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)策略分析

在對(duì)山谷型垃圾填埋場(chǎng)落實(shí)生態(tài)封場(chǎng)處理之后的較長(zhǎng)一段時(shí)間中，其整個(gè)區(qū)域依然會(huì)不斷出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，此時(shí)，不適合在該處設(shè)計(jì)大量的景觀綠化，最大限度地縮減對(duì)覆蓋層的破壞程度。

此外，在山谷型垃圾填埋場(chǎng)的頂部平臺(tái)可以將景觀突出設(shè)計(jì)，并選擇豐富的植物種類形成綜合植物覆蓋效果，并將最初的植物選擇為能夠一年生的禾本科植物，在短時(shí)間內(nèi)快速的還給自然以生機(jī)和活力；透過植被中根部的微生物對(duì)土壤進(jìn)行全面的改良，并在發(fā)展中逐步架構(gòu)成具備多層植物共生發(fā)展的立體化生態(tài)系統(tǒng)，將喬灌草、落葉闊葉植物、針葉常綠植物等進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合發(fā)展，促使該區(qū)域能夠重新發(fā)展成為四季常綠的植被景觀。

5 結(jié)論

首先，由于本次研究中的山谷型垃圾填埋場(chǎng)位于較為狹長(zhǎng)的山溝之中，其整體的場(chǎng)址區(qū)屬于丘陵低山環(huán)境，且具備獨(dú)立的水文地質(zhì)單元邊界，符合研究典型的特征，研究結(jié)果具備一定的可比性與代表性。

其次，本文通過多種方式研究并計(jì)算了對(duì)地下水的污染預(yù)測(cè)，了解到現(xiàn)階段地下徑流與下滲對(duì)于地下水的整體影響是極為緩慢的，但是，結(jié)合國(guó)內(nèi)外目前已經(jīng)存在的大量垃圾填埋場(chǎng)的實(shí)際狀況，可以明確地下水一旦遭受污染，則其影響是深遠(yuǎn)且難以恢復(fù)的。在后續(xù)發(fā)展中應(yīng)該重視環(huán)境保護(hù)，切實(shí)做好預(yù)防和跟蹤監(jiān)測(cè)雙重措施，防止污染滲漏事故的發(fā)生，降低地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)概率。

最后，環(huán)境保護(hù)工作直接影響著人類的生存與發(fā)展，在未來的研究中，垃圾填埋場(chǎng)管理單位應(yīng)加強(qiáng)垃圾填埋場(chǎng)的維護(hù)管理和跟蹤監(jiān)測(cè)。此外，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，相關(guān)管理人員可以建設(shè)地下水基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，從而有效推進(jìn)地下水?dāng)?shù)值模擬研究的快速發(fā)展，并得出更加合理化、科學(xué)化的預(yù)測(cè)結(jié)果，為地球生命的健康發(fā)展保駕護(hù)航。