山谷型垃圾填埋场地下水污染预测与环境风险评价研究

周 娟，崔 逢，彭 鹏

（山东海纳环境工程有限公司，山东 青岛 266000）

引言

近年来，随着国民经济的发展，我国愈发注重环境保护工作，并坚定不移地走出一条生态文明建设的中国特色道路。在开采石油、搭建垃圾填埋场等项目建设中，地下水污染是最为典型、最为严重的问题。导致地下水污染问题的主要原因在于环保措施落实不到位，复杂的水文地质条件忽视了潜在的污染通道，如工业和生活废水直接排放至地表、河沟，工业废渣、生活垃圾、矿山尾矿、落地油等固体废物直接在地面堆砌，相关管理人员所选择的防水、防渗措施不合格，各类污染物历经雨水淋滤、溶解等作用，在防渗措施失效的情况下，污染物会渗到地下含水层，造成地下水污染。地下水的污染具有隐蔽性、滞后性、难恢复性，因此，要注重预防，做好预防工作和加强预测工作。目前，地下水污染的预测方法主要有解析法、数值法及类比预测法，在实际应用的过程中各有优缺点。

1 垃圾填埋场地下水污染风险的相关内容

1.1 垃圾填埋场地下水污染风险评价的定义

依据产生、运移、控制、阻断、扩散垃圾渗滤液的一系列过程，结合渗滤液中具体的污染物与其作用对象之间存在的密切联系，可以将垃圾填埋场中的地下水污染风险做出概念界定，即在外部环境条件下，堆积、存放的垃圾量过多，会产生多种多样的污染问题，其在经过多次的运移和消纳以后，渗滤液不断渗透最终直接污染地下含水层，对人类的生存与发展造成严重的负面影响。其中，最为直观的影响包括人类的身体健康情况、社会经济效益、生态环境发展等。

在地下水污染风险中，最为典型的代表便是山谷型的垃圾填埋场，其存在的风险如下。

首先，脆弱性。山谷型垃圾填埋场受到地理环境等的影响，在通过工程措施、水文措施等进行消纳、运移的处理进程中，垃圾渗滤液能够不断的向地下含水层渗透，导致地下水系统自身所具备的污染物清洁、消纳能力减弱。

其次，特殊性。在气候环境的影响下，山谷型垃圾填埋场中的垃圾能够产生一定数量的渗滤液，导致其污染源的具体污染强度能够以更直观的形式显现出来。

最后，地下水最终的污染后果。即大自然对污染物实际的接纳程度，能够表明被污染的地下含水层对人类生存环境、经济环境及人的身体状况的具体影响。

1.2 山谷型垃圾填埋场中地下水污染评价的指标与内容

结合现阶段山谷型垃圾填埋场地下水污染风险的概念，可以明确垃圾填埋场地下水污染风险的指标与具体内容。其中，山谷型垃圾填埋场的特殊脆弱性评价内容主要涵盖填埋场自身、植被、气候等内容；垃圾填埋场的本质脆弱性评价涵盖包气带、土壤、含水层等；垃圾填埋场地下水遭受污染之后的评价内容涵盖身体状况、生态环境、社会经济等多方面损失[1]。

1.3 垃圾填埋场地下水污染风险的综合评价

本文的研究内容主要针对地下水的脆弱性，并以山谷型垃圾填埋场地下水的污染风险概念为前提，确定相应的评价内容与指标，通过科学的方式完成相关内容计算，并利用层次分析法将权重内容确定，采用矩阵分级方式划分风险等级。

2 山谷型垃圾填埋场的情况分析

2.1 地理位置

本文所研究的山谷型垃圾填埋场位于较为狭长的山沟之中，地形特征为低山丘陵地貌，其中主沟的走向为北西方向280°，整体形状呈现“V”字状，而地形的切割深度大约在40～60 m，垃圾场主坝和调节池附近整体呈现“U”型，沟底部纵向坡度大概为10°，山谷型垃圾场的两侧坡度均在30°到50°之间，植被发育较好。此外，该山谷型垃圾场的东部、东南部、东北部均拥有较高地势，其他各个地段的地势相对较低[2]。该区域的最低海拔高度为503 m，最高海拔高度为653 m，二者之间相差150 m。

2.2 水文地质环境

文中所研究的山谷型垃圾场中，内部的地表水大多为附近的溪水和小支流，且拥有较长的延伸沟谷。内部水洗大多数是常年流水沟谷，受到地形的影响和约束作用，地表水会沿着沟谷向下流流动。又因为沟谷内部较为零散化，区域内部的地下水分水岭与地表水分水岭大多相同，山谷型垃圾填埋场可被看作为独立的水文地质单元，通过大气降水的方式完成补给，并通过泉水流淌的方式不断地排到低洼区域，水交替现象强烈而明显，但是能够提供给整体循环的深度不足，且场地之下为凝灰熔岩，可以被看作为隔水层[3]。除此之外，在对地下水进行类别划分的过程中，可以以埋藏条件、水理性质为依据将其划分为基岩裂隙水、风化带网状孔隙水及第四系孔隙水。

2.3 识别风险

结合现场调研和社会环境、自然环境、建设工程情况等多项因素能够了解到山谷型垃圾填埋场主要存在的风险物质包括填埋气体、垃圾渗滤液等，潜在的风险事故如表1所示。

表1 山谷型垃圾场潜在风险事故分析

3 山谷型垃圾填埋场地下水污染预测与环境风险评价研究

3.1 敏感目标和预测范围

研究中以山谷型垃圾填埋场主坝之下约1 200 m的鱼虾养殖基地为敏感目标，该基地的占地面积在12 000 m2左右，深度约在2 m左右，内部共有六个养殖厂，主要用水来源为地表水、地下水，生活在该区域的人们日常所用的水资源主要是泉水，一旦山谷型垃圾填埋场出现渗滤液渗漏的问题，会对生活用水产生直接污染与影响[4]。

3.2 筛选垃圾渗滤液污染因子

一般来说，垃圾渗滤液中含有的污染物浓度极高，而且其中的成分复杂多样，能够呈现出容易变化且性质不稳定的特点，可以被归属为具备较高浓度的有机废水。以年龄为区分点，可以将山谷型垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液分为两种不同的类别，即较为“年轻”的渗滤液和较为“年老”的渗滤液。其中，“年轻”的渗滤液填埋时间不足五年，实际产生的渗滤液拥有较高浓度的BOD5和CODCr，整体的pH值较低；而另一种则是填埋时间超过五年的“年老”渗滤液，其实际产生的渗滤液拥有较低浓度的BOD5和CODCr及较高浓度的NH3-N，pH值接近中性[5]。结合以往的资料及周遭建设项目的特征、排污的种类与去向等内容能够明确本次研究中污染地下水的预测因子。

3.3 渗滤液渗漏量

在进行渗滤液的渗漏量的计算工作时，可以利用达西定律进行：

在该公式中，K代表土体的渗透系统，（h2-h1）为上下游水流差，L为渗流路径长度，A代表渗漏面积，其中场地的渗漏液水头能够直接影响水力梯度，场地的渗漏液水头与时间之间存在函数关系，可以得出，渗漏液平均每天的渗漏量大概是：

在该公式中，t1指代的是产出渗滤液的具体时间。

本次研究中的山谷型垃圾填埋场黏土层的渗透系统可达到2×10-5m/d，厚度可达到3 m左右，渗滤液的整体渗漏面积能够达到5×104m2，平均每天可产渗滤液的总量为300 m3/d。通过一系列的计算可得，该垃圾填埋场在风险状况下所产生的渗滤液每天能够达到6.48 m3/d[5]。

3.4 含水层中污染物的质量浓度

渗漏液中的污染物质的释放与渗漏作用是长期且持续的，污染物会在时间流逝中与非饱和土层形成相对饱和的存在形式。鉴于此，在忽略包气带对于渗漏液所产生的作用的进出上，可以确定山谷型垃圾填埋场中地下含水层污染物质量浓度的预测公式为

在该公式中，Pj中的j指代的是地下含水层对污染物的预测质量浓度，Wj指代的是污染物每天的排放数量，Qt指的是对地下水天然资源量进行的预测结果，B指的是沟谷的平均宽度，I指的是水力的坡度，K指的是预测区域地下水的渗透系数，H指的是含水层的整体厚度。

3.5 预测污染因子介绍

本研究中的山谷型垃圾填埋场具备该类垃圾填埋场的典型特征，即库区中的水分主要来自于大气降水、地下水、覆盖材料的水分、地表径流、垃圾中的水分、垃圾中有机物降解过程中产生的水分等。该部分的水在逐步形成垃圾渗滤液之后，会先通过管道流入渗滤液处理站，处理并达到环保要求后流入到污水处理场，不再向外排放[6]。但是，即便垃圾填埋场对此进行了严格的防渗、防漏等措施，如果出现意外，导致填埋区的防渗层破裂，污水管道渗漏、渗滤液处理站、调节池等构筑物出现渗漏等问题，就会直接流入到地下水含水层中，导致地下水污染现象[7]。本次研究中，主要以上述内容中筛选过后的污染预测因子为例，通过一系列的手段预测分析NH3-N、高锰酸钾等物质指数。根据最初对本项目中水文地质报告内容的结果可以了解到，强风化岩层的渗透系数为9.50×10-4cm/s，透水状况为中等。中风化岩渗透系数为1.38×10-5～9.57×10-5cm/s，透水率约为2.42～7.32 Lu，微风化岩渗透系数为2.01×10-5～2.65×10-5cm/s，透水率大概为1.54～2.42 Lu，二者的透水性都较弱。因此，可以得出结论，渗滤液在渗漏之后，其污染物将会沿着谷底中的中风化和强风化的基岩运移，最终对地下水造成污染。

3.6 污染评价

根据本文的整体研究和分析可知，预测的地下水污染之中，渗滤液出现稳定且持续的渗漏现象时，应该以最恶劣的条件考量，直接导致污染现象出现的最主要的因子NH3-N、高锰酸盐等，在对下水对流后产生弥散作用，在后续的三年之内，不会对敏感目标产生污染，可以见得渗滤液在发生泄漏现象之后，通过下渗、地下径流等作用，能够缓慢的影响地下水。但是，结合现阶段国内外发展中现存的山谷型垃圾填埋场的实际运行状况可知，地下水一旦遭受污染，则造成的后果是持续的且难以在短时间内恢复，故而，相关单位与工作人员应该坚决杜绝垃圾渗滤液渗漏事故的发生。

4 生态系统的恢复策略分析

在对山谷型垃圾填埋场落实生态封场处理之后的较长一段时间中，其整个区域依然会不断出现沉降现象，此时，不适合在该处设计大量的景观绿化，最大限度地缩减对覆盖层的破坏程度。

此外，在山谷型垃圾填埋场的顶部平台可以将景观突出设计，并选择丰富的植物种类形成综合植物覆盖效果，并将最初的植物选择为能够一年生的禾本科植物，在短时间内快速的还给自然以生机和活力；透过植被中根部的微生物对土壤进行全面的改良，并在发展中逐步架构成具备多层植物共生发展的立体化生态系统，将乔灌草、落叶阔叶植物、针叶常绿植物等进行科学的结合发展，促使该区域能够重新发展成为四季常绿的植被景观。

5 结论

首先，由于本次研究中的山谷型垃圾填埋场位于较为狭长的山沟之中，其整体的场址区属于丘陵低山环境，且具备独立的水文地质单元边界，符合研究典型的特征，研究结果具备一定的可比性与代表性。

其次，本文通过多种方式研究并计算了对地下水的污染预测，了解到现阶段地下径流与下渗对于地下水的整体影响是极为缓慢的，但是，结合国内外目前已经存在的大量垃圾填埋场的实际状况，可以明确地下水一旦遭受污染，则其影响是深远且难以恢复的。在后续发展中应该重视环境保护，切实做好预防和跟踪监测双重措施，防止污染渗漏事故的发生，降低地下水污染的风险概率。

最后，环境保护工作直接影响着人类的生存与发展，在未来的研究中，垃圾填埋场管理单位应加强垃圾填埋场的维护管理和跟踪监测。此外，在大数据时代，相关管理人员可以建设地下水基础资料数据库，从而有效推进地下水数值模拟研究的快速发展，并得出更加合理化、科学化的预测结果，为地球生命的健康发展保驾护航。