山谷型垃圾填埋場地下水污染預測與環境風險評價研究

周 娟，崔 逢，彭 鵬

（山東海納環境工程有限公司，山東 青島 266000）

引言

近年來，隨著國民經濟的發展，我國愈發注重環境保護工作，并堅定不移地走出一條生態文明建設的中國特色道路。在開采石油、搭建垃圾填埋場等項目建設中，地下水污染是最為典型、最為嚴重的問題。導致地下水污染問題的主要原因在于環保措施落實不到位，復雜的水文地質條件忽視了潛在的污染通道，如工業和生活廢水直接排放至地表、河溝，工業廢渣、生活垃圾、礦山尾礦、落地油等固體廢物直接在地面堆砌，相關管理人員所選擇的防水、防滲措施不合格，各類污染物歷經雨水淋濾、溶解等作用，在防滲措施失效的情況下，污染物會滲到地下含水層，造成地下水污染。地下水的污染具有隱蔽性、滯后性、難恢復性，因此，要注重預防，做好預防工作和加強預測工作。目前，地下水污染的預測方法主要有解析法、數值法及類比預測法，在實際應用的過程中各有優缺點。

1 垃圾填埋場地下水污染風險的相關內容

1.1 垃圾填埋場地下水污染風險評價的定義

依據產生、運移、控制、阻斷、擴散垃圾滲濾液的一系列過程，結合滲濾液中具體的污染物與其作用對象之間存在的密切聯系，可以將垃圾填埋場中的地下水污染風險做出概念界定，即在外部環境條件下，堆積、存放的垃圾量過多，會產生多種多樣的污染問題，其在經過多次的運移和消納以后，滲濾液不斷滲透最終直接污染地下含水層，對人類的生存與發展造成嚴重的負面影響。其中，最為直觀的影響包括人類的身體健康情況、社會經濟效益、生態環境發展等。

在地下水污染風險中，最為典型的代表便是山谷型的垃圾填埋場，其存在的風險如下。

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

其次，特殊性。在氣候環境的影響下，山谷型垃圾填埋場中的垃圾能夠產生一定數量的滲濾液，導致其污染源的具體污染強度能夠以更直觀的形式顯現出來。

最后，地下水最終的污染后果。即大自然對污染物實際的接納程度，能夠表明被污染的地下含水層對人類生存環境、經濟環境及人的身體狀況的具體影響。

1.2 山谷型垃圾填埋場中地下水污染評價的指標與內容

結合現階段山谷型垃圾填埋場地下水污染風險的概念，可以明確垃圾填埋場地下水污染風險的指標與具體內容。其中，山谷型垃圾填埋場的特殊脆弱性評價內容主要涵蓋填埋場自身、植被、氣候等內容；垃圾填埋場的本質脆弱性評價涵蓋包氣帶、土壤、含水層等；垃圾填埋場地下水遭受污染之后的評價內容涵蓋身體狀況、生態環境、社會經濟等多方面損失[1]。

1.3 垃圾填埋場地下水污染風險的綜合評價

本文的研究內容主要針對地下水的脆弱性，并以山谷型垃圾填埋場地下水的污染風險概念為前提，確定相應的評價內容與指標，通過科學的方式完成相關內容計算，并利用層次分析法將權重內容確定，采用矩陣分級方式劃分風險等級。

2 山谷型垃圾填埋場的情況分析

2.1 地理位置

本文所研究的山谷型垃圾填埋場位于較為狹長的山溝之中，地形特征為低山丘陵地貌，其中主溝的走向為北西方向280°，整體形狀呈現“V”字狀，而地形的切割深度大約在40～60 m，垃圾場主壩和調節池附近整體呈現“U”型，溝底部縱向坡度大概為10°，山谷型垃圾場的兩側坡度均在30°到50°之間，植被發育較好。此外，該山谷型垃圾場的東部、東南部、東北部均擁有較高地勢，其他各個地段的地勢相對較低[2]。該區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 水文地質環境

文中所研究的山谷型垃圾場中，內部的地表水大多為附近的溪水和小支流，且擁有較長的延伸溝谷。內部水洗大多數是常年流水溝谷，受到地形的影響和約束作用，地表水會沿著溝谷向下流流動。又因為溝谷內部較為零散化，區域內部的地下水分水嶺與地表水分水嶺大多相同，山谷型垃圾填埋場可被看作為獨立的水文地質單元，通過大氣降水的方式完成補給，并通過泉水流淌的方式不斷地排到低洼區域，水交替現象強烈而明顯，但是能夠提供給整體循環的深度不足，且場地之下為凝灰熔巖，可以被看作為隔水層[3]。除此之外，在對地下水進行類別劃分的過程中，可以以埋藏條件、水理性質為依據將其劃分為基巖裂隙水、風化帶網狀孔隙水及第四系孔隙水。

2.3 識別風險

結合現場調研和社會環境、自然環境、建設工程情況等多項因素能夠了解到山谷型垃圾填埋場主要存在的風險物質包括填埋氣體、垃圾滲濾液等，潛在的風險事故如表1所示。

表1 山谷型垃圾場潛在風險事故分析

3 山谷型垃圾填埋場地下水污染預測與環境風險評價研究

3.1 敏感目標和預測范圍

研究中以山谷型垃圾填埋場主壩之下約1 200 m的魚蝦養殖基地為敏感目標，該基地的占地面積在12 000 m2左右，深度約在2 m左右，內部共有六個養殖廠，主要用水來源為地表水、地下水，生活在該區域的人們日常所用的水資源主要是泉水，一旦山谷型垃圾填埋場出現滲濾液滲漏的問題，會對生活用水產生直接污染與影響[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，而且其中的成分復雜多樣，能夠呈現出容易變化且性質不穩定的特點，可以被歸屬為具備較高濃度的有機廢水。以年齡為區分點，可以將山谷型垃圾填埋場產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”的滲濾液填埋時間不足五年，實際產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間超過五年的“年老”滲濾液，其實際產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]。結合以往的資料及周遭建設項目的特征、排污的種類與去向等內容能夠明確本次研究中污染地下水的預測因子。

3.3 滲濾液滲漏量

在進行滲濾液的滲漏量的計算工作時，可以利用達西定律進行：

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

在該公式中，t1指代的是產出滲濾液的具體時間。

本次研究中的山谷型垃圾填埋場黏土層的滲透系統可達到2×10-5m/d，厚度可達到3 m左右，滲濾液的整體滲漏面積能夠達到5×104m2，平均每天可產滲濾液的總量為300 m3/d。通過一系列的計算可得，該垃圾填埋場在風險狀況下所產生的滲濾液每天能夠達到6.48 m3/d[5]。

3.4 含水層中污染物的質量濃度

滲漏液中的污染物質的釋放與滲漏作用是長期且持續的，污染物會在時間流逝中與非飽和土層形成相對飽和的存在形式。鑒于此，在忽略包氣帶對于滲漏液所產生的作用的進出上，可以確定山谷型垃圾填埋場中地下含水層污染物質量濃度的預測公式為

在該公式中，Pj中的j指代的是地下含水層對污染物的預測質量濃度，Wj指代的是污染物每天的排放數量，Qt指的是對地下水天然資源量進行的預測結果，B指的是溝谷的平均寬度，I指的是水力的坡度，K指的是預測區域地下水的滲透系數，H指的是含水層的整體厚度。

3.5 預測污染因子介紹

本研究中的山谷型垃圾填埋場具備該類垃圾填埋場的典型特征，即庫區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、垃圾中有機物降解過程中產生的水分等。該部分的水在逐步形成垃圾滲濾液之后，會先通過管道流入滲濾液處理站，處理并達到環保要求后流入到污水處理場，不再向外排放[6]。但是，即便垃圾填埋場對此進行了嚴格的防滲、防漏等措施，如果出現意外，導致填埋區的防滲層破裂，污水管道滲漏、滲濾液處理站、調節池等構筑物出現滲漏等問題，就會直接流入到地下水含水層中，導致地下水污染現象[7]。本次研究中，主要以上述內容中篩選過后的污染預測因子為例，通過一系列的手段預測分析NH3-N、高錳酸鉀等物質指數。根據最初對本項目中水文地質報告內容的結果可以了解到，強風化巖層的滲透系數為9.50×10-4cm/s，透水狀況為中等。中風化巖滲透系數為1.38×10-5～9.57×10-5cm/s，透水率約為2.42～7.32 Lu，微風化巖滲透系數為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，可以得出結論，滲濾液在滲漏之后，其污染物將會沿著谷底中的中風化和強風化的基巖運移，最終對地下水造成污染。

3.6 污染評價

根據本文的整體研究和分析可知，預測的地下水污染之中，滲濾液出現穩定且持續的滲漏現象時，應該以最惡劣的條件考量，直接導致污染現象出現的最主要的因子NH3-N、高錳酸鹽等，在對下水對流后產生彌散作用，在后續的三年之內，不會對敏感目標產生污染，可以見得滲濾液在發生泄漏現象之后，通過下滲、地下徑流等作用，能夠緩慢的影響地下水。但是，結合現階段國內外發展中現存的山谷型垃圾填埋場的實際運行狀況可知，地下水一旦遭受污染，則造成的后果是持續的且難以在短時間內恢復，故而，相關單位與工作人員應該堅決杜絕垃圾滲濾液滲漏事故的發生。

4 生態系統的恢復策略分析

在對山谷型垃圾填埋場落實生態封場處理之后的較長一段時間中，其整個區域依然會不斷出現沉降現象，此時，不適合在該處設計大量的景觀綠化，最大限度地縮減對覆蓋層的破壞程度。

此外，在山谷型垃圾填埋場的頂部平臺可以將景觀突出設計，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，在短時間內快速的還給自然以生機和活力；透過植被中根部的微生物對土壤進行全面的改良，并在發展中逐步架構成具備多層植物共生發展的立體化生態系統，將喬灌草、落葉闊葉植物、針葉常綠植物等進行科學的結合發展，促使該區域能夠重新發展成為四季常綠的植被景觀。

5 結論

首先，由于本次研究中的山谷型垃圾填埋場位于較為狹長的山溝之中，其整體的場址區屬于丘陵低山環境，且具備獨立的水文地質單元邊界，符合研究典型的特征，研究結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算了對地下水的污染預測，了解到現階段地下徑流與下滲對于地下水的整體影響是極為緩慢的，但是，結合國內外目前已經存在的大量垃圾填埋場的實際狀況，可以明確地下水一旦遭受污染，則其影響是深遠且難以恢復的。在后續發展中應該重視環境保護，切實做好預防和跟蹤監測雙重措施，防止污染滲漏事故的發生，降低地下水污染的風險概率。

最后，環境保護工作直接影響著人類的生存與發展，在未來的研究中，垃圾填埋場管理單位應加強垃圾填埋場的維護管理和跟蹤監測。此外，在大數據時代，相關管理人員可以建設地下水基礎資料數據庫，從而有效推進地下水數值模擬研究的快速發展，并得出更加合理化、科學化的預測結果，為地球生命的健康發展保駕護航。