营口市某工业固废处置场对地下水的污染预测
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摘 要：本文以营口市某工业固废处理场为研究对象，通过现场踏勘，在探明区域地质及水文地质条件的基础上确定了研究区范围，结合导则要求，运用GMS数值模拟软件建立了模拟区的地下水流场和溶质运移模型。根据工程分析确定建设项目运营期的污染源强，对典型污染物进入地下水的迁移扩散情况进行预测。结果表明，在项目运行期间，预测因子CODcr、氨氮、石油类及汞出现一定程度的超标。按照规范要求采取防渗措施后，可有效降低项目运行期间对地下水产生环境的影响，能够基本满足国家相关标准要求。
关键词：填埋场；地下水；数值模拟
中图分类号：X820.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0007-02
1 工程概况
处置场工程位于营口大石桥市北部，占地面积37856m2，处理规模15万m3。本工程按功能划分为三大区域，即危险废物填埋区、管理区及辅助区。危险废物填埋区占地11675m2，库区东西向长约159m，南北向长约88m，按作业顺序可分为2个区（即填埋一区、填埋二区），处置对象为无法利用的污水处理中和渣，年处置量4705吨。中和渣在原厂区完成预处理达到《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598-2001）中填埋物入场要求后进入本项目危险废物填埋场进行填埋。本工程人工合成材料衬层采用渗透系数不大于10-10cm/s，高密度聚乙烯（HDPE）作为防渗的主要材料，其中上人工合成衬层厚度为2.0mm，下人工合成衬层厚度为2.0mm。渗滤液收集系统由级配砾石层（场底）、复合土工排水网（边坡）、渗滤液收集盲沟和渗滤液排出管组成。渗滤液通过废物空隙、收集导流层汇集到盲沟内，盲沟内设渗滤液导排花管。
场地所处地貌类型为低山丘陵地貌。该场地现为一采石场，已形成三面环山一面出口的“簸箕”形，且场地内早期因乱挖碎石土致使地形起伏较大，有多个采石坑及巷洞，整体地势呈北高南低之势，勘察区地面绝对标高最大值151.88m，标高最小值106.66m，最大高差达45.22米。
根据工程地质勘察，厂区勘查深度内钻探揭露地层岩性及水文地质条件可分为三层，现简述如下：
（1）素填土：杂色，湿，松散，主要由碎石土组成，分布很不均匀。层底埋深为0.30～7.00米，层底标高106.14～145.87米，层厚0.30～7.00米。
（2）含砾粉质粘土：红棕色，饱和，稍有光泽。含有角砾，含量15-20%，向下含量逐渐增多，仅在辅助区的箱变及管理区的办公用房一带分布。层底埋深为2.2～4.50米，层底标高112.86～116.90米，层厚0.80～4.50米。
（3）中风化大理岩：灰白色，中风化状态，中粒变晶结构，层状构造，结构部分被破坏，矿物成分主要为菱镁矿、白云石，含量在90%以上，其次为石英、方解石，裂隙较发育，局部夹有软弱的滑石蚀变带，宽度0.2-0.5米。岩石的坚硬程度为较软岩-较硬岩，完整程度为较完整。层底埋深大于20.0米，厚度大于13.0米，本次勘察未能穿透此层。
按含水层岩性特征及赋存条件、水力性质及富水性，将评价区地下水类型划分为中、上更新统残坡积、坡洪积孔隙水、全新统洪冲积孔隙水和辽河群基岩风化裂隙水三个含水层组。厂区地下水类型主要为基岩风化裂隙水，含水层主要岩性为辽河群大石桥组三段大理岩。由于厂区地势较高，地下水位埋深较大，根据周边地下水位统测，推测厂区地下水水位埋深大于55m，水位标高约在60m左右，地下水矿化度为629.95-716.72mg/L，水化学类型为重碳酸硫酸钙镁型。主要接受大气降水垂直入渗和上游基岩风化裂隙水侧向径流补给，以向下游径流方式排泄。据企业提供的岩土勘察资料显示，20m深度内未揭露地下水位，这说明厂区地下水埋深大，但包气带透水性好，防污性差。因此，在项目建设时，要按相关规定采取有效防渗措施，保护地下水环境。
2 数值模拟
2.1 水文地质概念模型
本次数值模拟评价区位于张官右岸的山前冲洪积扇一带，浅层地下水类型主要以第四系全新统冲积、冲洪积松散岩类孔隙潜水以及大理岩全强风化基岩裂隙水为主。评价区含水层系统，包气带岩性为素填土及含砾石粉质粘土，厚度在1.0～5.0m，上部含水层岩性由砂砾石组成，厚度3～10m，下部含水层由全强风化的大理岩组成，厚度在0.2～0.5m。由于大理岩含水层裂隙较为发育，渗透系数较大，与砂砾石层相似，厚度较薄，因此将两含水层概化为一层，即为本次地下水数值模拟评价的目的含水层。模拟区西北及东南两侧处于山脊部位，为天然分水岭，因此将其概化为二类零流量边界；西南侧淤泥河为季节性河流，将其概化为一类水头边界；西侧、北侧及东侧边界存在多口水井，将其概化为二类流量边界。
2.2 数学模型
评价区地下水流系统概化成非均质、各向异性的三维非稳定地下水流系统，用下列的数学模型[1]表述：
2.3 模型校正及参数选取
通过对模拟区水均衡及水文地质参数分析，将调整后的水文地质参数、源汇项及边界条件代入模型生成地下水流场并进行拟合。验证期末刻实测等水位线及计算等水位线拟合结果显示，除个别地区拟合水位偏差较大外，整体拟合效果较好，基本达到模型精度要求，能够较真实地反映区域地下水流的的水力特征，可利用识别后的模型进行溶质迁移转化模拟预测[2]。
用于地下水流数值模拟的水文地质参数主要有两类，一类是用于计算地下水补排量的参数；另一类是表征含水层特征的水文地质参数[3]。评价区山前堆积物以砂砾石为主，渗透系数75～100m/d，山脚以上以全强风化基岩为主，渗透系数10～50m/d，具体参数赋值情况见表1。
3 地下水環境影响预测
为体现渗滤液泄漏对周边地下水环境可能造成的不利影响，本次预测确定污染情景根据填埋场环境风险识别给出“因防渗膜接合部未处理好而导致防渗层出现漏洞，造成渗滤液下渗进入地下含水层”[4]。假设渗漏探测系统发现破损到修复时间为24h，考虑最不利条件下的影响，丰水年七月渗滤液产生总量642.91m3，则渗滤液最大渗漏速率为20.74m3/d，污染源概化为瞬时源，地下水环境影响预测评价因子为：CODcr、氨氮、石油类、汞。 根据模拟计算结果，石油类瞬时渗漏180d后，0.01mg/L（检出限）羽状污染晕迁移的最远距离为55m；汞瞬时渗漏1000d后，0.0002mg/L（检出限）羽状污染晕迁移的最远距离为156m；CODcr瞬时渗漏1700d后，1mg/L（检出限）羽状污染晕迁移的最远距离为478m；3000d后，0.02mg/L（检出限）羽状污染晕迁移的最远距离为1271m。
4 厂区防渗分区划分
本项目的地下水防渗分区及措施按照《危险废物贮存污染控制标准》和《石油化工工程防渗技术规范》的规定，如表2所示划分为重点防渗区、一般防渗区和简单防渗区。
本工程人工合成材料衬层采用高密度聚乙烯作为主要防渗材料，上人工合成衬层厚度为2.0mm，下人工合成衬层厚度为2.0mm。为防止HDPE膜发生破损，本工程采用渗漏电学检测系统进行实时监测，在渗漏产生时即报警，可以定位漏洞的位置，及时采取修补。固定式土工膜长期渗漏监测系统由以下部分组成：柔性检测电极在土工膜下铺设成格栅状，电极间距一般为5-8m；电线连接每一个柔性检测电极到一个电子监控箱；渗漏监测控制室可以实现电势数据的采集；计算机分析电测数据，异常区域通过2D或者3D图示出来；对于双层防渗系统，柔性监测电极铺设于两层土工膜之间，两层土工膜间需要一层导电土工布或者是导电土工复合排水网。
5 结语
本文进行了1种具有較大潜在污染情景的不同污染物的运移数值模拟，模拟结果显示，在项目运行期间，预测因子CODcr、氨氮、石油类及汞出现一定程度的超标瞬时污染条件下污染物氨氮向下游运移3000天污染晕已到达下游居民点，此时污染物氨氮浓度已低于《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）中Ⅲ类限值。
根据项目地下水环境污染数值模拟预测结果，本项目在采取上述防渗措施后，其正常、非正常状况下的污染物对地下水的影响均能满足地下水环境的要求。具体防渗措施能够达到保护地下水环境的目的，地下水防渗措施是可行的。
参考文献
[1] 薛禹群，谢春红.地下水数值模拟[M].北京：科学出版社，2007.
[2] 陈陆望，何建东，施小平等.松散承压含水层水文地质参数分区及水流场数值模拟[J].现代地质，2015，29（4）：967-974.
[3] 柴雅彬，吕琳，李树鑫.应用MODFLOW软件建立天津市平原区地下水数值模拟模型[C].中国水利学会2008学术年会论文集（上册）.北京：中国水利水电出版社，2008：545-549.
[4] 于可利，刘华峰，李金惠等.危险废物填埋设施的环境风险分析[J].环境科学研究，2005，18（增刊）：43-47.
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