典型安全填埋场地下水环境影响评价

　　摘要：以杭州湾某安全填埋场为例，在探明水文地质条件的基础上确定研究区范围，并建立研究区水文地质概念模型，使用ＭＯＤＦＬＯＷ构建研究区地下水流场和溶质运移模型。结合工程分析结果，确定营运、封场等时段污染源强，并以铬作为特征污染物，运用ＭＴ３ＤＭＳ模拟填埋场渗滤液渗漏增加的地下水铬浓度，采用标准指数法评价模拟结果。结果表明：在局部库区范围内，由填埋场渗滤液渗漏增加的地下水中铬浓度超过水质标准，但不会造成大面积铬浓度超标；填埋场渗滤液渗漏影响地下水是持久的，封场后应尽可能杜绝渗滤液产生，在水力梯度较大的下方向区域可采用工程防污措施减缓对库区外环境的影响。

　　关键词：安全填埋场；地下水；环境影响评价；数值模拟；ＭＯＤＦＬＯＷ；ＭＴ３ＤＭＳ

　　随着社会经济快速发展，造成我国危险工业固体废物（ＨａｚａｒｄｏｕｓＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｏｌｉｄＷａｓｔｅ，ＨＩＳＷ）年新增量和历史贮存量迅猛增加。作为ＨＩＳＷ最终处置方式，安全填埋是降低ＨＩＳＷ环境风险、防控环境污染的重要举措。安全填埋场的选址要综合考虑社会、经济、环境、生态、地质条件等，适合建设安全填埋场的城市用地资源有限。对平原型安全填埋场来说，可将其抽象为施工期人工挖掘土方、营运期置换为包裹着危险废物的过程，并人为切断危险废物和环境间水力联系；但是，危险废物和原土方在容重、组分、稳定化程度等方面的差异，使得安全填埋场并不安全，存在危险废物施工作业粉尘、稳定化过程产气产水及工程稳定性等问题，且对地下水环境影响最为关键。马志飞等以ＶｉｓｕａｌＭＯＤＦＬＯＷ建立危险废物填埋场地下水流场和溶质运移耦合模型为基础，分析防渗墙、地表硬化、排水沟及组合方案控污作用。Ｇüｎｅｓ等建立二维地下水溶质迁移扩散模型，分析土耳其Ｈａｒｍａｎｄａｌｌ危险废物填埋场的地下水溶质迁移。

　　环境影响评价（以下简称环评）概念首次出现在１９６４年国际环境质量大会，１９７０年美国立法《国家环境政策法》正式确立了环评制度；我国于１９７９年试行的《环境保护法》也引入了环评制度，并于２００２年颁布实施《环境影响评价法》，环保部于２０１１年发布了《环境影响评价技术导则地下水环境》。《环境影响评价技术导则地下水环境》中明确规定危险废物填埋场需要按照一级评价要求开展地下水环评，指出环境影响主要包括固体废物对土壤的影响、渗滤液对地下水环境的影响。

　　笔者以某典型平原型安全填埋场为例，开展工程地下水环境影响评价工作，以期为危险废物安全填埋场地下水环境影响评价工作提供案例支撑。

　　１、研究区概况

　　拟建ＨＩＳＷ安全填埋项目位于杭州湾南岸，区域构造体系属于北东向火山环状断裂控制的平原掩盖区，断裂构造不发育，为地震较稳定区域。基岩埋深约为８０ｍ，表土为第四系沉积层。主体工程（以下简称库区）拟分西区、东区两期建设，面积分别为２．２０万、１．４４万ｍ２，营运期分别为６、４ａ。库底在围涂冲填土构筑的台地上，北侧和西侧为新近围筑的海涂，地形较低，区域地下水流向以北向杭州湾为主。

　　结合工程勘探结果，可将工程区土壤分为３层：表层为冲填土，为近年来围涂形成；第２层为黏质／沙质黏土层，为主要潜水含水层；第３层为淤泥质黏土层，渗透系数极低。库底设计高程略低于平均地下水位，以厚约１ｍ压实黏土层为隔水层，辅之以地下水导排层和收集系统排泄底部汇集的地下水，采用双层ＨＤＰＥ防渗膜强化防渗并及时经渗滤液收集系统收集处置。

　　２、地下水环境模型构建

　　２．１水文地质概化

　　库区南、西南和东南侧为河流，北和东北侧为排水沟，西北侧为道路（显著高于两侧滩涂），近似以上述物理单元为边界构成的水文地质单元为有效模拟区域，选择包含该区域的２０８０ｍ×１５００ｍ矩形区域为模拟区。仅台地表层土壤为冲填土，库底和地下水位处在第２层土壤中，同时第３层淤泥质含水层渗透系数远低于第２层土壤，故将含水层垂向概化为黏质／沙质黏土等单层结构，且以淤泥质黏土层顶板作为潜水含水层底板。此外，由土壤分层属性统计结果可知，土壤物理属性标准差均较小，因此可将每一层土壤概化为均质同向介质进行模拟计算。

　　北道河水位受人工控制，可将其抽象为定水头边界，概化为ＭＯＤＦＬＯＷ模型中的河流边界；排水沟视为定水头边界，采用排水沟边界进行表达；西北侧道路抽象为隔水边界，即零流量边界。上边界条件主要包括降水入渗补给和蒸发排泄；研究区面积较小，近似认为雨强和极限蒸发速率在研究区内均有空间同质性，并以邻近气象站点———慈溪站气象观测资料来计算降水入渗补给量和极限蒸发速率。其中，降水入渗补给速率以雨强和降水入渗补给系数的乘积来计算，极限蒸发速率计算以Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式计算的潜在蒸散发速率来表示。由于淤泥质黏土层渗透系数极低，因此下边界可概化为隔水边界。

　　２．２地下水流场模型

　　以水文地质概念模型为基础，采用ＭＯＤＦＬＯＷ模拟地下水流场。水平向划分为１０ｍ×１０ｍ的网格，东区、西区分别包含２２０、１４４个单元格；垂向以地表、淤泥质黏土层顶来表示潜水含水层顶板、底板。以２００２—２０１２年为率定和验证时段，并以８口监测井２０１２年实测水位数据来率定和验证模型参数。同时，基于Ｐｅｒｓｏｎ－Ⅲ曲线来确定平水年，并以该年实际降水、蒸发数据作为确立影响评价模型上下边界条件的依据，河流定水头边界以北道河人工控制水位为准，设为２．５ｍ。地下水流场模型求解采用收敛快、稳定性好的ＷＨＳ解法。

　　２．３溶质运移模拟

　　受地下水水质长期观测数据缺乏的限制，工程项目地下水环境影响评价经常难以直接率定和验证水质模型所需参数，需要以相似工程的参数或土壤属性特征参数来表达。马志飞等研究华东地区某危险废物处置中心的地下水环境影响时，率定和验证了孔隙潜水含水层的横向／纵向弥散度比率、垂向／纵向弥散度比率分别为０．１０、０．０１。弥散度参数具有显著尺度效应，以模拟空间尺度选择相应弥散度，其中最大值、平均值分别为９０．０、２６．７ｍ，分别以之计算一般影响面积和潜在影响面积。同时，由于难以明确降水、河流等污染物源汇项强度，因此假设这些源汇项均为零，且由于地下水中污染物的初始浓度空间分布不详，因此这里只研究由填埋场渗滤液造成的地下水污染物浓度增量情况。由于分期建设和营运东、西两个库区，且封场作业后渗滤液量显著减少，因此水质运移模型中污染负荷以二期工程和封场为界，划分为３个时段。

　　３、影响评价

　　３．１工程分析

　　依据入场危险废物的全成分分析结果和污染物的毒理特征，选择铬作为特征污染物进行模拟评价。污染负荷量采用污染物浓度和渗滤液水量乘积计算：渗滤液中铬浓度采用危险废物填埋场入场标准值估计；采用式（１）计算渗滤液水量，其中破损小孔面积以每４０４７ｍ２防渗膜有１～３０个面积为０．１ｃｍ２的孔洞估计，以１５个０．１ｃｍ２孔洞／４０４７ｍ２防渗膜计，以卫生填埋渗滤液壅高控制限值０．３ｍ作为渗滤液深度ｈ，压实黏土渗透系数ｋ以《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》限值１×１０－７ｍ／ｓ计。封场后，污染负荷强度以营运期的２０％计。

　　Ｑ＝（０．２１～１．１５）ｈ０．９ａ０．１ｋ０．７４（１）式中０．２１、１．１５分别为土工膜与压实黏土层接触良好、不好情况下的系数，本研究采用均值０．６。

　　３．２污染物特征参数

　　地下水中溶质运移受到吸附、降解、挥发等地球生物化学循环过程影响，这里结合国内外相关研究建立特征污染物的降解、吸附、挥发等特征参数序列，并以序列中的中位值和最小值作为一般、潜在影响情景的相应参数值。

　　３．３地下水环境影响评价方法

　　采用构建的水质运移模型模拟填埋场渗滤液造成的地下水铬浓度增量。采用标准指数法（式（２））对铬进行评价。结合区域地下水功能定位，确定以Ⅲ类地下水水质限值进行评价，其中铬的限值为０．０５ｍｇ／Ｌ。

　　Ｓｉｊ＝Ｃｉｊ／Ｃｓｉ（２）式中：Ｓｉｊ为单项评价因子ｉ在ｊ点的标准指数；Ｃｉｊ为污染物ｉ在监测点ｊ的浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｃｓｉ为参数ｉ的水质标准，ｍｇ／Ｌ。

　　４、结果与讨论

　　采用ＭＴ３ＤＭＳ模拟由填埋场渗滤液渗漏造成的研究区地下水中铬浓度增加问题。将填埋场渗滤液渗漏增加地下水铬浓度的区域视为受影响区域，以该区域的面积和空间分布表示受影响面积及其空间范围。区域内铬浓度增加极大值被视为地下水介质中极大浓度增量，用于表征受影响区域的铬浓度是否超标和最大的超标倍数，结合超标面积进一步说明超标情况，同时采用受影响区域标准指数来评价影响区域内铬的影响程度。其中，一期工程营运中期（３ａ末）、一期工程营运末期（６ａ末）、二期工程营运末期（１０ａ末）、封场后５ａ（１５ａ末）及封场后３０ａ（４０ａ末）等典型时间节点的统计结果和空间分布。此外，统计模拟时段内１＃～５＃监测井的铬浓度增加的时间过程。

　　填埋场渗滤液渗漏造成地下水中铬浓度增加，在二期工程投入营运前已经造成局部库区地下水铬浓度超标，但在封场３０ａ后，超标区域仍限于库区范围。标准指数均小于１，说明填埋场渗滤液不会造成受影响区域大面积地下水铬浓度超标；标准指数以封场为界，呈现先增加后减小的变化过程，这与封场后污染负荷显著减小有关。影响区域以库区为主，并沿水流方向蔓延至库区周边地下水；对于研究区来说，容易受到库区渗滤液影响的地下水主要分布于北侧滩涂和南侧洼地，而南、北侧影响未波及到河流、排水沟；西侧滩地１＃和２＃监测井的地下水中铬浓度没有显著变化，且西侧滩地的３＃监测井中铬浓度低于４＃和５＃监测井的浓度值。在二期工程营运前，填埋场渗滤液渗漏已经影响到３＃～５＃监测井地下水；同时，伴随二期工程营运，地下水铬浓度增速加剧，封场３０ａ后，上述监测井的铬浓度仍未达稳定状态，说明填埋场渗滤液渗漏影响地下水是持久的。

　　安全填埋场南侧正新建一般工业固体废物填埋工程，可以不考虑该区域地下水受污染状况；对北侧滩涂来说，建议当４＃和５＃监测井检测到铬浓度异常后，在填埋场北侧道路北向设置排水沟或防渗墙等。

　　参考文献：

　　［1］马志飞，安达，姜永海，等．某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟［Ｊ］．环境科学，

　　［2］中华人民共和国环境保护部．环境影响评价技术导则：地下水环境［Ｓ］．北京：中国环境科学出版社，

　　［3］孟伟，郝英臣．固体废物安全填埋场环境影响评价技术［Ｍ］．北京：海洋出版社，