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安全填埋場地下水環(huán)境影響評價情景優(yōu)化設置

文檔作者：楊志勇胡勇一陸垂裕于贏東文檔來源： 1．中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室 2．東華大學環(huán)境科學與工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月13日
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第12卷第2期 中國水利水電科學研究院學報 v。1．12 No．2
2014~ 6月 Journal of China Institute 0f Water Resources and Hydropower Research June,2014
文章編號：1672—3031(2014)02—0176—09
安全填埋場地下水環(huán)境影響評價情景優(yōu)化設置
楊志勇 ，胡 勇 一，陸垂裕 ，于贏東
(1．中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038；
2．東華大學環(huán)境科學與工程學院，上海201620)
摘要：在安全填埋場的地下水環(huán)境影響評價中，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
這些造成環(huán)境影響評價結果不確定性的來源進行了定性識別。隨后以某安全填埋場為例，采用多參數(shù)序列表達不
確定性來源及程度，通過構建多套模擬情景，采用MODFLOW和MT3DMs進行數(shù)值模擬。計算結果表明：對以垂
向運動為主的地下水系統(tǒng)，豐、平、枯等地下水流場對地下水中污染物的濃度增量、空間分布范圍影響較小，地
下水流場情景設置可簡化，僅設豐、平兩組；污染負荷是控制地下水污染物濃度的關鍵因素，其中地下水中有機
物受污染范圍由滲濾液負荷范圍決定，且受污染物吸附一降解特性等反應項參數(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參數(shù)決定。
關鍵詞：情景設置；地下水；影響評價；危險固廢；安全填埋場
中圖分類號：X705；X828 文獻標識碼：A doi：10．13244~．cnki．jiwhr．2014．02．010
1 研究背景
當前，我國危險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施
來解決不能循環(huán)利用和焚燒處置的危險固體廢物 。盡管集中、安全填埋有利于防治環(huán)境污染，但是
營運和封場期間的安全填埋場是重要的地下水污染源和風險源之一 。因此，在建設前需要詳細論證
安全填埋場的環(huán)境風險來源、準確模擬和評價其對地下水影響，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)等在地下水模擬預測中得到廣泛應用 。同時，
環(huán)境影響評價具有預測屬性，難以準確預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
響評價具有不確定性，影響評價結論的有效性和應對措施的合理性。梁婕等 總結地下水環(huán)境系統(tǒng)的
不確定性，采用高斯隨機場描述滲透系數(shù)空間變異性，并建立基于隨機模擬的地下水污染風險模糊
評價模型，方法復雜，難以直接應用于生產(chǎn)性項目環(huán)境影響評價。多情景分析是環(huán)境影響評價的基
本方法之一，廣泛應用于戰(zhàn)略或規(guī)劃環(huán)評 ?，用于評估在不同社會經(jīng)濟情景實施戰(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地下水環(huán)境影響。但是，多情景設置成倍地增加預測、模擬工作量，在保障
影響評價質(zhì)量的前提下，優(yōu)化設置情景是降低環(huán)評工作者工作負擔的重要途徑“ 。
本文從滲濾液滲漏到地下水的途徑人手，定性識別造成環(huán)境影響評價結果不確定性的來源，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，結合MODFLOW 和MT3DMS
開展數(shù)值實驗研究，提出安全填埋場地下水環(huán)境影響評價的情景設置優(yōu)化方法， 以期為類似安全填
埋場地下水環(huán)境影響評價提供參考。
收稿日期：2013—11—08
基金項目：創(chuàng)新方法工作專項課題(2009IM020100，201IIM011000)
作者簡介：楊志勇(1979一)，男，湖南常德人，博士，高級工程師，主要從事氣候變化對水資源影響研究。
E—mail： yangzy@ iwhr．com
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安全填埋場地下水環(huán)境影響評價情景優(yōu)化設置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
路當作是零通量邊界。上邊界為潛水面，受補排量控制，其補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
設計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
層結構。
以區(qū)域水文地質(zhì)報告及鉆孔勘測數(shù)據(jù)預估研究區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)，并以臺地周圍8口水位監(jiān)測井實
測水位數(shù)據(jù)(監(jiān)測頻率：次／5 d，時間范圍2012年全年)率定預估參數(shù)，模擬水位和實測水位的RMS
均小于5％，經(jīng)驗證的水文地質(zhì)參數(shù)結果見表1。且水量平衡核算結果表明，研究區(qū)地下水以垂向入
滲補給和蒸發(fā)排泄為主，河流側(cè)向補給、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 典型情景設置
3_3．1 填埋場營運對地下水流場的影響 安全填埋場設計服務年限為10年，與為參數(shù)驗證構建的基
準情景(模擬時段為2002-2011年)時長相同。以基準情景為基礎，根據(jù)施工圖修正庫區(qū)地表地形，
假設并設置蒸發(fā)速率、入滲補給通量等為0，用以表征填埋場對入滲和蒸發(fā)的極限阻隔作用，增加庫
底地下水人工排泄途徑，構建安全填埋場施I／營運期對地下水流場影響的模擬情景，稱為流場模擬
情景。對比基準情景和流場模擬情景的研究區(qū)水位輸出結果，分析施工／營運期的填埋場對地下水流
場影響。若流場模擬情景和基準情景的地下水流場模擬結果差異較小，認為污染途徑不確定性對評
價結果的影響較小。
3．3．2 典型不確定源定量表征 結合定性分析結果和MODFLOW、MT3DMS適用范圍，設置地下水
流場、污染負荷、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組污染負荷、2組污染物參數(shù)等構成12套情景。
在率定和驗證研究區(qū)地下水系統(tǒng)參數(shù)的基礎上，采用P一Ⅲ曲線擬合長系列實測降水頻率數(shù)據(jù)，
確定豐水年、平水年、枯水年等典型地下水流場情景 ，典型年降水入滲補給和蒸發(fā)排泄等邊界條
件的結果見圖4，用以說明地下水流場情景對地下水中污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。
入滲補給
極限蒸散發(fā)
圖4 典型流場情景下的月人滲補給和蒸發(fā)速率
壽
一<
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安全填埋場地下水環(huán)境影響評價情景優(yōu)化設置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
在擬進場處置廢物的廠家滿負荷和半停產(chǎn)等工況時，分別隨機取樣3份混合。根據(jù)擬進場廢物
量進行人工配比廢物，開展室內(nèi)淋溶試驗。分析滲濾液成分和濃度，結合污染物生物毒性和化學毒
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。對典型
安全填埋場，汞和酞酸酯分別是擬進場廢物中濃度較高、毒性較大的重金屬／有機污染物代表，作為
代表性污染物進行預測分析。通常，防滲膜破損面積遠較庫區(qū)面積小，且破損位置具有隨機特征，
將破損處對流一彌散運移折合成整個防滲膜的彌散作用，前者可采用Darcy定律進行計算 。由于制
造、施工和預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(平均值為lO個)孔徑約為O．1 cm 的小孔。據(jù)此，設置高、底滲濾
液滲漏量，結合滲濾液中污染物濃度水平計算污染物負荷水平，見表2。且封場后污染物負荷記為營
運期間負荷的20％。
以國內(nèi)外已建填埋場實測數(shù)據(jù)為基礎，建立地下水介質(zhì)中彌散度、污染物吸附、一階速率反應
系數(shù)等污染物遷移一轉(zhuǎn)化一反應特征參數(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系數(shù))設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)化一反應參數(shù)在地下水環(huán)境影響評價中的作用，結果見表2。
表2 污染物負荷及遷移轉(zhuǎn)化特性
4 結果與討論
4．1 安全填埋場對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情景間地下水位差
值來表征填埋場對地下水流場的影響。分別統(tǒng)計5年末、10年末等時問節(jié)點，研究區(qū)地下水位受影
響的面積、范圍及程度，結果見圖5一圖6。對于兩個時間節(jié)點，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)域以臺地為主，且對庫區(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
＼
毯
薔
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)境影響評價情景優(yōu)化設置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
表4 典型時間節(jié)點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
同一個統(tǒng)計項的相對差值小于5％。各地下水流場情景極大濃度增量差值時間序列為斜率為正的線性
序列，即隨著時間推移，地下水流場在污染物極大濃度增量的作用穩(wěn)步增強；但受影響面積及與之
關聯(lián)的平均濃度增量差值序列均與時間相關關系不顯著，原因在于受影響面積為離散序列(100 m 的
整數(shù)倍)或去除無意義負濃度等過程中人為引入了誤差。
4．2．2 污染負荷的影響 污染負荷包括污染負荷量和分布兩個參數(shù)。污染負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，不同污染負荷水平下，汞的濃度增量
比和其污染負荷比相同，而酞酸酯的濃度增量稍大于污染負荷比(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，認為污染負荷量決定了污染物濃度
增量。污染負荷分布(即庫區(qū)范圍)改變了受影響地下水的空間范圍，二期工程投入營運后受影響范
圍陡增，對酞酸酯等吸附參數(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
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后整個庫區(qū)的比周長(周長／面積)減小。相對于重金屬汞，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，而有機物
各單體上述性質(zhì)差異明顯，在地下水環(huán)境影響評價中需要重點關注。
5 結論和展望
(1)建設、營運的填埋場減小庫區(qū)地下水入滲補給、蒸發(fā)排泄通量，增加地下水導排系統(tǒng)的人工
排泄途徑，但是其對地下水流場影響局限于局部空間范圍，作為地下水環(huán)評導則要求的I類項目開展
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安全填埋場地下水環(huán)境影響評價情景優(yōu)化設置楊志勇 胡 勇 陸垂裕 于贏東
環(huán)評；(2)對以“潛水蒸發(fā)一人滲補給”垂向運動為主地下水系統(tǒng)，豐、平、枯等地下水流場對地下水
中污染物的濃度增量、空間分布范圍影響較小，對該類型區(qū)域來說，可以簡化地下水流場情景設
置，如僅設置豐、平等兩組地下水流場情景；(3)污染負荷是控制地下水污染物濃度增量的關鍵因
素，其中地下水中有機物受污染范圍由滲濾液負荷范圍決定，且受污染物吸附一降解特性等反應項參
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參數(shù)決定，所以開展原位試驗明確彌散
度參數(shù)是開展地下水環(huán)境影響評價的重要工作。
本文根據(jù)情景模擬結果對比分析得出相關結論，需要結合安全填埋場營運／封場時實際監(jiān)測結果
進一步驗證情景設置的有效性，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：
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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
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(責任編輯：韓昆)

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