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安全填埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)情景優(yōu)化設(shè)置

文檔作者：楊志勇胡勇一陸垂裕于贏東文檔來源： 1．中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2．東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年04月13日
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第12卷第2期 中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào) v。1．12 No．2
2014~ 6月 Journal of China Institute 0f Water Resources and Hydropower Research June,2014
文章編號(hào)：1672—3031(2014)02—0176—09
安全填埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)情景優(yōu)化設(shè)置
楊志勇 ，胡 勇 一，陸垂裕 ，于贏東
(1．中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；
2．東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海201620)
摘要：在安全填埋場的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，污染途徑、邊界條件、控制方程等均存在不確定性。本文首先對(duì)
這些造成環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果不確定性的來源進(jìn)行了定性識(shí)別。隨后以某安全填埋場為例，采用多參數(shù)序列表達(dá)不
確定性來源及程度，通過構(gòu)建多套模擬情景，采用MODFLOW和MT3DMs進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)以垂
向運(yùn)動(dòng)為主的地下水系統(tǒng)，豐、平、枯等地下水流場對(duì)地下水中污染物的濃度增量、空間分布范圍影響較小，地
下水流場情景設(shè)置可簡化，僅設(shè)豐、平兩組；污染負(fù)荷是控制地下水污染物濃度的關(guān)鍵因素，其中地下水中有機(jī)
物受污染范圍由滲濾液負(fù)荷范圍決定，且受污染物吸附一降解特性等反應(yīng)項(xiàng)參數(shù)影響，滲濾液中重金屬的影響范
圍由水力彌散度等彌散項(xiàng)參數(shù)決定。
關(guān)鍵詞：情景設(shè)置；地下水；影響評(píng)價(jià)；危險(xiǎn)固廢；安全填埋場
中圖分類號(hào)：X705；X828 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10．13244~．cnki．jiwhr．2014．02．010
1 研究背景
當(dāng)前，我國危險(xiǎn)固體廢物處于快速新增和歷史貯存的重合期，急需規(guī)劃、新建一批填埋處置設(shè)施
來解決不能循環(huán)利用和焚燒處置的危險(xiǎn)固體廢物 。盡管集中、安全填埋有利于防治環(huán)境污染，但是
營運(yùn)和封場期間的安全填埋場是重要的地下水污染源和風(fēng)險(xiǎn)源之一 。因此，在建設(shè)前需要詳細(xì)論證
安全填埋場的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)來源、準(zhǔn)確模擬和評(píng)價(jià)其對(duì)地下水影響，以規(guī)避其潛在不良影響。由于數(shù)值方
法能高效求解復(fù)雜的地下水控制方程、處理靈活的邊界條件等優(yōu)勢，基于其建立通用地下水模型(如
MODFLOW)或?qū)Ｓ锰盥駡瞿Ｐ?如HELP、EPACMTP)等在地下水模擬預(yù)測中得到廣泛應(yīng)用 。同時(shí)，
環(huán)境影響評(píng)價(jià)具有預(yù)測屬性，難以準(zhǔn)確預(yù)估地下水流場及污染物遷移轉(zhuǎn)化及分布，即地下水環(huán)境影
響評(píng)價(jià)具有不確定性，影響評(píng)價(jià)結(jié)論的有效性和應(yīng)對(duì)措施的合理性。梁婕等 總結(jié)地下水環(huán)境系統(tǒng)的
不確定性，采用高斯隨機(jī)場描述滲透系數(shù)空間變異性，并建立基于隨機(jī)模擬的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)模糊
評(píng)價(jià)模型，方法復(fù)雜，難以直接應(yīng)用于生產(chǎn)性項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)。多情景分析是環(huán)境影響評(píng)價(jià)的基
本方法之一，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略或規(guī)劃環(huán)評(píng) ?，用于評(píng)估在不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景實(shí)施戰(zhàn)略或規(guī)劃的可能
影響，即以表征系統(tǒng)可能的邊界條件的不確定性為主。張巖松等? 采用MODFLOW和MT3D定量模擬
不同引水情景下水庫對(duì)地下水環(huán)境影響。但是，多情景設(shè)置成倍地增加預(yù)測、模擬工作量，在保障
影響評(píng)價(jià)質(zhì)量的前提下，優(yōu)化設(shè)置情景是降低環(huán)評(píng)工作者工作負(fù)擔(dān)的重要途徑“ 。
本文從滲濾液滲漏到地下水的途徑人手，定性識(shí)別造成環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果不確定性的來源，并
以某安全填埋場為例，探索以參數(shù)序列來表示各來源的不確定性程度，結(jié)合MODFLOW 和MT3DMS
開展數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究，提出安全填埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的情景設(shè)置優(yōu)化方法， 以期為類似安全填
埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考。
收稿日期：2013—11—08
基金項(xiàng)目：創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)課題(2009IM020100，201IIM011000)
作者簡介：楊志勇(1979一)，男，湖南常德人，博士，高級(jí)工程師，主要從事氣候變化對(duì)水資源影響研究。
E—mail： yangzy@ iwhr．com
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路當(dāng)作是零通量邊界。上邊界為潛水面，受補(bǔ)排量控制，其補(bǔ)給和排泄方式分別以大氣降水、滲濾
液下滲和蒸發(fā)、向低洼地徑流等為主，下邊界以巨厚的淤泥質(zhì)土層頂為界，概化為隔水邊界。由于
設(shè)計(jì)庫底高程位于第二工程地質(zhì)層，且第三層為巨厚淤泥質(zhì)黏質(zhì)土壤，因此將含水層垂向簡化為一
層結(jié)構(gòu)。
以區(qū)域水文地質(zhì)報(bào)告及鉆孔勘測數(shù)據(jù)預(yù)估研究區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)，并以臺(tái)地周圍8口水位監(jiān)測井實(shí)
測水位數(shù)據(jù)(監(jiān)測頻率：次／5 d，時(shí)間范圍2012年全年)率定預(yù)估參數(shù)，模擬水位和實(shí)測水位的RMS
均小于5％，經(jīng)驗(yàn)證的水文地質(zhì)參數(shù)結(jié)果見表1。且水量平衡核算結(jié)果表明，研究區(qū)地下水以垂向入
滲補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄為主，河流側(cè)向補(bǔ)給、排泄及排水溝排泄量小，且水平向徑流速度小。
表1 主要水文地質(zhì)參數(shù)
3．3 典型情景設(shè)置
3_3．1 填埋場營運(yùn)對(duì)地下水流場的影響 安全填埋場設(shè)計(jì)服務(wù)年限為10年，與為參數(shù)驗(yàn)證構(gòu)建的基
準(zhǔn)情景(模擬時(shí)段為2002-2011年)時(shí)長相同。以基準(zhǔn)情景為基礎(chǔ)，根據(jù)施工圖修正庫區(qū)地表地形，
假設(shè)并設(shè)置蒸發(fā)速率、入滲補(bǔ)給通量等為0，用以表征填埋場對(duì)入滲和蒸發(fā)的極限阻隔作用，增加庫
底地下水人工排泄途徑，構(gòu)建安全填埋場施I／營運(yùn)期對(duì)地下水流場影響的模擬情景，稱為流場模擬
情景。對(duì)比基準(zhǔn)情景和流場模擬情景的研究區(qū)水位輸出結(jié)果，分析施工／營運(yùn)期的填埋場對(duì)地下水流
場影響。若流場模擬情景和基準(zhǔn)情景的地下水流場模擬結(jié)果差異較小，認(rèn)為污染途徑不確定性對(duì)評(píng)
價(jià)結(jié)果的影響較小。
3．3．2 典型不確定源定量表征 結(jié)合定性分析結(jié)果和MODFLOW、MT3DMS適用范圍，設(shè)置地下水
流場、污染負(fù)荷、污染物參數(shù)序列等三類不確定源數(shù)據(jù)序列，暫不考慮控制方程等不確定源。采用
正交模擬方法，由3組地下水流場、2組污染負(fù)荷、2組污染物參數(shù)等構(gòu)成12套情景。
在率定和驗(yàn)證研究區(qū)地下水系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用P一Ⅲ曲線擬合長系列實(shí)測降水頻率數(shù)據(jù)，
確定豐水年、平水年、枯水年等典型地下水流場情景 ，典型年降水入滲補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄等邊界條
件的結(jié)果見圖4，用以說明地下水流場情景對(duì)地下水中污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。
入滲補(bǔ)給
極限蒸散發(fā)
圖4 典型流場情景下的月人滲補(bǔ)給和蒸發(fā)速率
壽
一<
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在擬進(jìn)場處置廢物的廠家滿負(fù)荷和半停產(chǎn)等工況時(shí)，分別隨機(jī)取樣3份混合。根據(jù)擬進(jìn)場廢物
量進(jìn)行人工配比廢物，開展室內(nèi)淋溶試驗(yàn)。分析滲濾液成分和濃度，結(jié)合污染物生物毒性和化學(xué)毒
性水平 ，確定廢物中待模擬污染物種類，并以某種污染物極大濃度作為滲濾液濃度水平。對(duì)典型
安全填埋場，汞和酞酸酯分別是擬進(jìn)場廢物中濃度較高、毒性較大的重金屬／有機(jī)污染物代表，作為
代表性污染物進(jìn)行預(yù)測分析。通常，防滲膜破損面積遠(yuǎn)較庫區(qū)面積小，且破損位置具有隨機(jī)特征，
將破損處對(duì)流一彌散運(yùn)移折合成整個(gè)防滲膜的彌散作用，前者可采用Darcy定律進(jìn)行計(jì)算 。由于制
造、施工和預(yù)埋的防滲膜破損狀況相差很大，J．P．Giroud等 調(diào)研美國的填埋場土工膜防滲系統(tǒng)，發(fā)
現(xiàn)約4 047 m 防滲膜存在1～30個(gè)(平均值為lO個(gè))孔徑約為O．1 cm 的小孔。據(jù)此，設(shè)置高、底滲濾
液滲漏量，結(jié)合滲濾液中污染物濃度水平計(jì)算污染物負(fù)荷水平，見表2。且封場后污染物負(fù)荷記為營
運(yùn)期間負(fù)荷的20％。
以國內(nèi)外已建填埋場實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立地下水介質(zhì)中彌散度、污染物吸附、一階速率反應(yīng)
系數(shù)等污染物遷移一轉(zhuǎn)化一反應(yīng)特征參數(shù)序列，并以上述序列的中位值或極值(最大彌散度、最小污染
物吸附速率和一階速率反應(yīng)系數(shù))設(shè)置滲濾液影響地下水的一般、潛在影響的污染物參數(shù) ' ，
用以研究遷移一轉(zhuǎn)化一反應(yīng)參數(shù)在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的作用，結(jié)果見表2。
表2 污染物負(fù)荷及遷移轉(zhuǎn)化特性
4 結(jié)果與討論
4．1 安全填埋場對(duì)地下水流場影響分析將庫底地下水人工排泄過程概化為井流出流，通過調(diào)節(jié)出
流量達(dá)到庫區(qū)地下水位的控制要求(庫底高程±10％)，并以流場模擬情景和基準(zhǔn)情景間地下水位差
值來表征填埋場對(duì)地下水流場的影響。分別統(tǒng)計(jì)5年末、10年末等時(shí)問節(jié)點(diǎn)，研究區(qū)地下水位受影
響的面積、范圍及程度，結(jié)果見圖5一圖6。對(duì)于兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別有31．24萬m 和41．63萬m 區(qū)
域水位降幅分別超過0．043 m和0．0465 m(累積頻率為95％)，增幅趨緩，說明影響趨于穩(wěn)定，地下水
流場逐步形成新的穩(wěn)態(tài)。影響區(qū)域以臺(tái)地為主，且對(duì)庫區(qū)地下水位影響較大，南側(cè)和東側(cè)延伸至部
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量
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受影響面積／hm2
圖5 地下水位受影響程度的累積面積

安全填埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)情景優(yōu)化設(shè)置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
表4 典型時(shí)間節(jié)點(diǎn)地下水中酞酸酯濃度增量和影響面積(增量單位：mg·m～，面積單位：hm )
4．2．1 地下水流場影響 地下水流場情景微弱地影響受影響范圍、極大濃度增量、平均濃度增量，
受影響面積呈現(xiàn)“豐水年>平水年>枯水年”規(guī)律，極大濃度增量和平均增量與之相反，但不同流場中
同一個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)的相對(duì)差值小于5％。各地下水流場情景極大濃度增量差值時(shí)間序列為斜率為正的線性
序列，即隨著時(shí)間推移，地下水流場在污染物極大濃度增量的作用穩(wěn)步增強(qiáng)；但受影響面積及與之
關(guān)聯(lián)的平均濃度增量差值序列均與時(shí)間相關(guān)關(guān)系不顯著，原因在于受影響面積為離散序列(100 m 的
整數(shù)倍)或去除無意義負(fù)濃度等過程中人為引入了誤差。
4．2．2 污染負(fù)荷的影響 污染負(fù)荷包括污染負(fù)荷量和分布兩個(gè)參數(shù)。污染負(fù)荷量不改變污染物影響
范圍，但決定受影響區(qū)域的污染物極大／平均濃度增量。其中，不同污染負(fù)荷水平下，汞的濃度增量
比和其污染負(fù)荷比相同，而酞酸酯的濃度增量稍大于污染負(fù)荷比(約0．35％)，后者可能源于固一液兩
相酞酸酯的降解特性差異顯著。但是，上述影響小至可以忽略，認(rèn)為污染負(fù)荷量決定了污染物濃度
增量。污染負(fù)荷分布(即庫區(qū)范圍)改變了受影響地下水的空間范圍，二期工程投入營運(yùn)后受影響范
圍陡增，對(duì)酞酸酯等吸附參數(shù)較大污染物更為明顯。
4．2．3 污染物特性和彌散度影響 污染物特性和彌散度影響地下水介質(zhì)中污染物的極大濃度增量及
受影響面積，進(jìn)而影響平均濃度增量?？紤]吸附作用前后，汞的極大濃度增量相差約1倍，但隨著時(shí)
間推移，增幅趨緩；不同彌散度水平下，汞的影響面積相差約1倍，并以二期工程為分水嶺呈間歇性
增長，原因在于二期工程投入營運(yùn)后整個(gè)庫區(qū)的比周長(周長／面積)減小。相對(duì)于重金屬汞，酞酸酯
濃度增量受污染物特性參數(shù)影響更大，且日趨顯著，是降解、吸附特性較大差異造成的，而有機(jī)物
各單體上述性質(zhì)差異明顯，在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中需要重點(diǎn)關(guān)注。
5 結(jié)論和展望
(1)建設(shè)、營運(yùn)的填埋場減小庫區(qū)地下水入滲補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄通量，增加地下水導(dǎo)排系統(tǒng)的人工
排泄途徑，但是其對(duì)地下水流場影響局限于局部空間范圍，作為地下水環(huán)評(píng)導(dǎo)則要求的I類項(xiàng)目開展
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安全填埋場地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)情景優(yōu)化設(shè)置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
環(huán)評(píng)；(2)對(duì)以“潛水蒸發(fā)一人滲補(bǔ)給”垂向運(yùn)動(dòng)為主地下水系統(tǒng)，豐、平、枯等地下水流場對(duì)地下水
中污染物的濃度增量、空間分布范圍影響較小，對(duì)該類型區(qū)域來說，可以簡化地下水流場情景設(shè)
置，如僅設(shè)置豐、平等兩組地下水流場情景；(3)污染負(fù)荷是控制地下水污染物濃度增量的關(guān)鍵因
素，其中地下水中有機(jī)物受污染范圍由滲濾液負(fù)荷范圍決定，且受污染物吸附一降解特性等反應(yīng)項(xiàng)參
數(shù)影響，滲濾液中重金屬的影響范圍由水力彌散度等彌散項(xiàng)參數(shù)決定，所以開展原位試驗(yàn)明確彌散
度參數(shù)是開展地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要工作。
本文根據(jù)情景模擬結(jié)果對(duì)比分析得出相關(guān)結(jié)論，需要結(jié)合安全填埋場營運(yùn)／封場時(shí)實(shí)際監(jiān)測結(jié)果
進(jìn)一步驗(yàn)證情景設(shè)置的有效性，尤其是變異性較大的污染物特性、彌散度等參數(shù)。
參 考 文 獻(xiàn)：
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Im proved sim ulatingscenario of groundwater
environm ent im pact assessment of secure landfill
YANG Zhi—Yong ， HU Yong 一， LU Chui-Yu ， YU Ying-Dong
(1．State Key Laboratory of Water cycle Simulation and Regulation，China Institute of Water Resources
and Hydropower Research，BeOing 100038，China；
2．School ofEnvironmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China)
Abstract：The EIA of secure landfill is confronted with uncertainties caused by pollution way，boundaryconditionand
controlling equation．W ith the secure landfilllocated in Hangzhou Bay as an example， this paper
established several models with inputparameters expressing the source and degree of uncertainties． MOD—
FLOW and MT3DMS were used for numerically solving the models． In the place where the groundwater
flow is vertical—dominated， flow fieldscenariosaffect pollutant concentrationsin the groundwater and areas im—
pacted by the landfill to some degree．Therefore， flow fieldscenarios of such landfill EIA could be simpli—
fled into two scenarios： high flow year and normal year．The pollutant concentration in the groundwater is
up to the leachateload of the landfil1．Meanwhile，the organic matter’S concentration is influenced by adsorp—
tion reaction items，while the heavy metal’sconcentration is affected by hydraulic dispersion parameters sig—
nificantly．
Key words： simulating scenario； groundwater； EIA； hazardous solid wastes； landfill disposal
一184 一
(責(zé)任編輯：韓昆)

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