某柔性安全填埋場水文地質環境分析及地下水污染風險控制

關鍵詞：柔性填埋場；水文地質條件；地下水污染

柔性安全填埋場是危險廢物集中處置及環境風險控制的重要設施，因具有處理量大、建設和運行成本低、操作便捷等優勢而被廣泛建設使用。但填埋場引發的地下水污染問題也逐漸凸顯，已成為重要的人為地下水污染源之一[1]。研究表明[2][3]，填埋場自身的水文地質環境是控制污染擴散的重要因素，如包氣帶滲透系數及厚度、潛水層滲透系數及厚度、泉眼、地下水埋深、水單元特征等。本文以四川省某危險廢物柔性安全填埋場為研究對象，深入分析了該填埋場周邊約5.75km²面積的低山丘陵區水文地質環境，并進一步探討了其對地下水環境可能產生的影響。基于研究結果，該填埋場針對性地采取了綜合的地下水污染防控措施，運行10多年效果良好，對于同類項目的選址與設計等具有重要借鑒意義。

1項目概況

四川省某危險廢物柔性安全填埋場位于成都市龍泉驛區龍泉山構造帶中段，屬剝蝕淺切脊狀低山地貌，四周高中間低，可分為山地、坡地、谷地3個地貌單元。填埋場面積約7.1 萬m²，總庫容約70.2萬m³，庫底標高613～622m，邊坡標高621～646m，封場標高650m，最大填埋高度約30m，如圖1、圖2所示。該項目建設分兩期實施，一期于2013年建成使用，二期于2019年建成使用，目前還在填埋中。

2地質環境分析

２.1調查區背景

調查區范圍如圖3所示，以項目區溝谷為中心，下游南側500m 為界，四周至地表分水嶺，構成一個含項目區在內的具有補、徑、排條件且邊界完整的水文地質單元，面積約5.75km²，按地貌劃分為2個大區，Ⅰ區（溝底）面積0.27km²；Ⅱ區（坡地）面積5.48km²。項目區處于相對獨立的水文地質單元，單元面積0.54km²，其中Ⅲ區（溝底）面積0.052km²，Ⅳ（坡地）面積0.488 km²。

2.2項目區地質

項目區位于龍泉山中段，主要為侏羅系上統蓬萊鎮組（J₃p）上段的砂、泥巖互層結構，部分區域分布有第四系松散堆積層。侏羅系上統蓬萊鎮組（J₃p）包括全風化泥巖、強風化泥巖、強風化砂巖、中等風化泥巖、中等風化砂巖；第四系松散堆積層包括回填土、素填土、可塑粉質粘土、軟塑粉質粘土、粘土，厚度1～9m。項目區的土、巖特性參數值見表1。

全風化、強風化巖石層在深度6.0～13.0m出現溶蝕孔洞，分布厚度12～17m，溶孔直徑1～15mm（以5～10mm 居多），無充填，呈星點或順層分布，含風化孔隙裂隙水。溶蝕孔洞分布以溝谷部為主，有大量出現；谷坡有少量零星出現。如果項目的防滲系統出現滲漏或擊穿，那么溝谷區域的溶蝕孔洞就容易積聚污染物，造成深層影響。

2.3水文地質

2.3.1地下水類型

根據調查區含水介質的性質和空間展布特征，可知地下水類型主要為風化帶孔隙裂隙水，構造裂隙水和白堊系夾關組紅層承壓水次之。

2.3.1.1風化帶孔隙裂隙水

風化帶孔隙裂隙水分布在四方山斷層以東大部分地區，是調查區主要的地下水類型，發育深度一般在26.38m 以上，8.59～26.38m 是地下水強烈交替循環帶。地下水將石膏溶蝕、攜走，從而形成溶孔、溶隙，并與風化裂隙構成裂隙孔隙網絡，為地下水的儲集、運移創造了有利條件。地下水主要賦存在溝谷地帶，縱向水力坡度（15.55‰）較小，由于被第四系粘性土覆蓋而具微承壓性，使得地下水在從丘坡到溝谷的過程中，由潛水轉化為微承壓水。

2.3.1.2構造裂隙水

構造裂隙水主要賦存在龍泉山斷裂與四方山斷裂之間的區域，受2條斷層影響，該區域地層由東向西逐漸變陡，傾角由10°變至44°，區域內構造裂隙較為發育，連通性好，為地下水提供了良好的導、儲水空間。由于巖層單斜，傾角由緩至陡，因此有利于地下水遠程順層補給。構造裂隙水接受補給后順著裂隙和層面不斷向埋藏區徑流，在溝谷切割形成的陡坎下或低洼地形成泉水流出地表。

2.3.1.3紅層承壓水

紅層承壓水（K ）分布于山前山麓地帶與平原臺之下，遠離項目區，且與風化帶孔隙裂隙水水力聯系不大。

2.3.2補、逕、排條件

如圖4所示，調查區為一個含項目區在內的具有獨立補、徑、排系統的水文地質單元，接受大氣降水補給，并順地勢向溝谷低洼處徑流，最終在谷底地帶形成地下水埋藏區。地下水除了在南側邊界處徑流排泄外，還會在S3號泉點處順裂隙和層理排泄。

2.3.3 S3號泉點成因

S3號泉位于項目區以西約1500m 的同安鎮萬家村2 社太平團溝谷側，水流量5～10L/s，現為萬家村2個社400余人的生活用水水源。該泉處于龍泉山斷裂與四方山斷裂之間，受構造影響，巖體裂隙較發育，泉口測得裂隙主要有2組。裂隙產狀一是傾向98°，傾角63°，為縱向裂隙；二是傾向163°，傾角75°，為橫向裂隙，泉水在裂隙交匯處出露，屬構造裂隙水。補給來源是大氣降水，補給區域除泉后山坡外，還有鄰谷區高于泉口高程的區域。泉后山嶺地帶是龍泉山箱狀背斜膝狀部位，巖層在此褶皺較強，巖體的縱向裂隙發育，十分有利于地下水的補給和賦存。大氣降水入滲補給地下水后，沿風化裂隙、構造裂隙和層間裂隙構成的導水系統由東向西往低勢能區運移，當導水通道被阻斷，地下水則溢出地表，如圖5所示。

2.4工程物探

為進一步查清含水層情況， 采用高密度電法、激發極化法和電測井相結合進行物探。①覆蓋層整體較薄，部分基巖出露，中段覆蓋層最厚達6m，為粉質粘土，電阻率12～18Ω·m，極化率0.6～0.8，不含水；②泥巖風化帶最厚段為中下段達8～10m，電阻率10～15Ω·m，極化率1.2～2.4，主要含水層；③上段完整泥巖最厚達30～40m，中、下段較薄，電阻率18～25Ω·m，極化率1.0～1.6，弱含水層；④泥巖下部為泥質粉砂巖，不含水；⑤含水層為泥巖風化帶，下部泥巖為弱含水層，含水層下部為咸水層具一定礦化度，含水層上部為淡水層。

3地下水影響分析

3.1含水層劃分及其影響

3.1.1含水層劃分

根據水文地質條件，將含水層劃分為包氣帶、潛水含水層、隔水層。

3.1.1.1包氣帶

以粉質黏土為主的第四系覆蓋層，透水性弱，形成山區溝谷中風化孔隙裂隙含水層（帶）的相對隔水頂板，厚度2～10m。

3.1.1.2潛水含水層

淺層風化帶孔隙裂隙水含水巖組，透水性強，巖性為泥巖夾粉砂巖、強風化砂巖，巖層產狀較為平緩，巖石風化裂隙發育，形成溶孔、溶隙，發育深度一般在26.38m 以上。

3.1.1.3隔水層

風化帶孔隙裂隙含水層（帶）底板以巖石完整和含脈狀石膏為特征而界定，其下伏隔水層頂板深度在13.00～26.38m。

3.1.2含水層影響

根據項目區的地下水污染特征得出，包氣帶、潛水含水層與地下水污染控制關聯緊密。包氣帶的粉質黏土層因滲透性弱而成為相對隔水頂板，但屬于軟土，承載力較差，需在保障其不被破壞的情況下才能形成天然防滲層，以及作為避免地下水深層污染的良好屏障。潛水含水層特點明顯，溝谷區域的全風化、強風化巖石層內有較多溶蝕孔洞，可能會造成深層污染問題，是項目設計中的一個關注重點。

3.2 S3號泉點影響

S3號泉雖然距離項目區邊界較遠，但補給區、通道與項目區存在間接聯系，且與力裕水庫有關聯。由于項目區谷底高程607～620m， 高于S3泉點高程（588m）19～32m，使得部分淺層風化孔隙裂隙水和大氣降水會下滲并沿巖層裂隙網絡徑流，且淺層風化孔隙裂隙水可能在局部范圍與構造裂隙水導通，因此存在越嶺補給S3號泉點的可能。如圖6 所示，S3號泉補給區東抵與項目區毗鄰的力裕水庫，水庫常年有水，最低水位標高608m，高于泉口20m，對S3號泉存在一定的補給作用，因而項目區對S3號泉和力裕水庫存在越嶺污染可能性，是項目設計中的又一個關注重點。

4地下水污染防治措施及效果

根據水文地質環境分析和環境影響評價，項目在技術上采取了綜合污染防治監控措施。如，下游隘口設擋渣壩；填埋場庫底設軟土地基處理及地下水導排協同系統；填埋場庫區內鋪設防滲系統；四周設截水系統、滲漏及地下水監測系統等。

4.1擋渣壩

擋渣壩設計參數為壩頂高程620m，壩基613m，壩高7m，采用加筋土工格柵黏土碾壓壩，壩體內側坡比1：1.0鋪設防滲系統，外側坡比1：1.5的方格形漿砌石截水骨架內鋪草皮護坡，壩基采用水泥攪拌樁對7～10m厚的可塑和軟塑狀粉質黏土層進行加固，提高了防滲性能和承載力，如圖7所示。

4.2軟土地基處理及地下水導排協同系統

根據水文地質特點，填埋場庫底深厚軟土地基處理方案與地下水導排系統協同考慮。軟土地基的處理采用塑料排水板堆載排水固結法[4]，其上設置地下水導排系統，利用塑料排水板、砂墊層、卵石層、導流盲溝和HDPE穿孔管等構成了立體排水系統。在填埋堆載的壓力下，土層越來越密實，庫底黏土層的防滲性能也有所提高。

4.3防滲系統

防滲是保障填埋場環境安全的關鍵措施，一方面可控制填埋場內滲濾液滲入地下水和土壤，另一方面也能防止因外水進入填埋廢物層而浸出大量污染物。經綜合考慮下伏土層厚度與飽和滲透系數、地下水與水位條件、安全需求等，將防滲系統設計為雙人工復合襯層系統[5]。由于填埋場場底是易受污染且擴散快速的區域，因此通過在平整基礎上先鋪設1m 壓實土再建設防滲系統的方式，實現了地下水導排系統與防滲系統的有效隔離及緩沖。

4.4截水系統

從填埋場庫區最高點645m 處沿東、西側設環庫截洪溝，匯水面積約0.6km²，東、西側截洪溝最大匯水流量分別為9.01m³/s、6.52m³/s。截水系統按100a 防洪標準考慮，包括截洪溝、跌水段、消能池及邊坡防護等。截洪溝應與錨固溝整體考慮，避免雨水沿坡腳縫隙下滲至庫區內；邊坡防護采用掛網噴漿硬面，坡腳與下方截洪溝有效鏈接。截水系統實現了對項目區降雨的有效收集導排，避免了越山嶺補給的可能性。

4.5滲漏及地下水監測系統

滲漏及地下水監測系統可及時發現填埋場作業過程中的環境問題。

4.5.1滲漏監測

對6.4mm 厚土工復合排水網格收集層和dn200HDPE 穿孔管及導排盲溝穿擋渣壩后，設滲漏收集井。

4.5.2地下水監測

根據地下水流向（由東北向西南），沿填埋場四周布置5 處地下水監測井/ 點，即①上游本底井1 口；②西、東側污染擴散井各1 口；③擋渣壩和調節池中間設污染監視井1 口；④調節池下游設污染監視井1 口；⑤地下水導排管出口。在填埋場運行及封場后管理期內，每季度檢測水質、水位、井深1 次。

4.6效果分析

采取措施前，地下徑流由南側邊界排泄出項目區，按式（1）所示的達西公式進行相關的計算。

采取措施后，地下水導排管監測的年流出水量在4134～2859m³之間，項目區地下水流出量減少了50% 以上，且正在逐年趨于穩定。

地下水監測井豐水期水位變化情況表2所示，采取上述措施后項目區地下水產生量大大減少，地下水水位也有所下降，水位距離防滲層底的間距更加明顯，防止污染擴散的能力得到增強。

根據2015年3月一期環保竣工驗收、2017年2月-12月二期擴建、2018年1月環評檢測、2021年3月二期環保竣工驗收，以及從2013年6月運行以來的每季度第三方檢測報告等監測數據可知，除了填埋場周邊力裕水庫和小溪溝現狀地表水水質受當地農業面源影響，導致CODCr（1.4 倍）和TP（4.66 倍）超標外，其他指標均可達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中III 類標準；地下水導排管出口及周邊監測井的地下水水質均可達到《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中Ⅲ類標準；填埋場周邊5 處和調節池下游100m 處監測采樣，土壤pH、陽離子交換量、鎘、汞、砷、鉛、六價鉻、鋅、鎳、銅等的監測數據滿足《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）中要求。

5結束語

綜上所述，四川省某危險廢物柔性安全填埋場項目建設，應根據項目區的水文地質環境采針對性的綜合技術措施。同時，建議地質條件復雜的填埋場引入新技術、新手段，如地質雷達、地球物理層成像技術，以查清軟土層厚度及分布、基巖節理和裂隙、溶洞、潛水、地下水分布等。另外，項目區臨近水文單元中的S3泉眼和力裕水庫受項目區影響，應在項目相關設計中重視鄰避環境效應；項目區下伏巖土含水層中包氣帶和潛水層是重要的水文層，同時也是污染防控技術措施針對的重點。總之，項目區地表水、地下水及周邊土壤等環境監測數據表明，針對性地構建的綜合防污屏障取得了良好效果。

作者簡介

李瑞華（1982—），男，漢族，山東菏澤人，高級工程師，碩士，主要從事固體廢棄物和水污染治理工程的咨詢設計工作。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-06-18