垃圾场对地下水污染的调查

(1)调查的内容

查明垃圾场的地质环境背景，包括场地地形、地质稳定性(断层构造、边坡稳定性、泥石流、地面塌陷等)。)、地下水保护条件(场地底部粘性土的厚度和渗透性)、水文地质特征(地下水位埋深和流向、地下水与邻近地表水体的关系)；特别是要查清垃圾场与地下水的水力联系，可能的污染途径，垃圾场地下水可能的污染源，垃圾场地下水流向，特别是当地地下水流向。垃圾场对地下水污染的调查方法主要包括现有资料分析、现场调查和样品采集测试。

(2)调查技术

这些内容的调查可以通过资料收集和实地补充调查来完成。现场调查技术和手段包括:地质钻探工具、越野车、精密GPS、手持GPS、各种水化学检测仪器(如COD)、野外多功能水质野外测试仪、微生物测试仪、洛阳铲、地质三宝(指南针、锤子、放大镜)等。

二、样品采集和检测

这些调查任务可以根据现有的方法(如数据收集和分析的一般方法、野外水文地质和环境地质调查)进行。本文重点介绍了地下水采样点的布置和样品采集方法。

(1)样本大小、保存和测试方法。执行《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》( CJ/T 3037-95 ),见附录三。

(2)采样点布置和采样方法。垃圾场对地下水污染调查的关键在于采样点的布置和样品的采集。只有合理布置采样点，准确采样，才能保证正确的调查评价结果。应从以下几个方面开展工作:

①排除其他污染源的影响，准确找出垃圾场与地下水的关系，确定背景样品与评价样品为同一层地下水。

地下水污染的来源有很多，如生活污水沟、农药、化肥、工厂排放的污水、厕所渗漏等。为了准确识别采集的样品是否受到垃圾场的污染，需要查明各种污染源与地下水之间是否存在水力联系。只有在确定垃圾场是地下水的唯一污染源或可能污染源，其他污染源不能污染地下水或污染影响可以平等扣除的情况下，才能保证样品的价值。对现有资料进行分析，查明场地的水文地质条件，场地与地下水层位的关系，以及其他污染源与地下水的关系尤为重要。

②采样应主要布置在流向上:污染物在垂直于地下水流向的方向上的扩散和迁移范围很小，一般为流向上迁移长度的十分之一，速度较慢。因此，利用距离率还原原理评价垃圾对地下水的污染，应在流向上布置采样，效果较好。因此，根据资料找出垃圾场的地下水流向就显得尤为重要。

(3)确保取水井的水是同一层的地下水，正确运用“距离率递减原理”评价场地对地下水的污染。一般来说，现有的采矿井用于垃圾场下方地下水流向的采样。在取样之前，必须确保取出的水来自同一个含水层。分析信息，走访咨询，很重要。

④采样点的布置取决于所用的评价方法。用距离衰减法和相对背景法对垃圾场主要污染地下水(浅层含水层)进行了评价。地下水相对背景值样品在垃圾场上游不远处采集，评价样品在垃圾场下游采集。最好有4个以上的评价样本(不包括背景样本)。

⑤分析场地下方和含水层上方是否存在有效隔水层。有效阻隔层下的地下水垃圾污染一般是由水井等途径造成的，是点源污染。有效隔水层下的地下水评价采用相对背景值法，距离衰减法效果一般不好。因此，在垃圾场上下游附近分别采集了1组相对背景样品和评价样品。

正确判断垃圾场与地下水含水层之间是否存在有效屏障，是决定采用相对背景值法或距离衰减原理评价地下水污染的重要依据。下表(表7-3)是判断地下水污染有效阻隔层的标准，可在充分调查水文地质条件后，参照此标准进行判断。

表7-3地下水污染有效阻挡层参数判别标准

⑥浅层地下水流向的确定是采样点布设的关键。垃圾主要污染浅层地下水，是调查的重点。北京等山前平原地区浅层地下水，水位1 ~ 5m。水量虽然不大，但是水质和口感都很好，以前是百姓灶边的饮用水。其他很多地方也有类似的水。虽然没有很大的开采价值，但作为生态水，有很大的生态价值。而垃圾是最容易污染这层水体的，因此对其进行污染评估非常重要。

该层水从区域上看可能有固定的流向，但由于受当地地形和排水条件的影响，场地局部地区地下水流向往往与区域不一致，且变化较大。其流向往往很难通过分析数据获得。如何在短时间内确定浅层地下水的流向，是高效、准确调查垃圾污染的关键。

⑦浅层地下水流向的确定——虹吸测量法。测量地下水流向的方法有很多种，比如用水准仪和精密GPS测算地面标高和水位埋深。在垃圾场周围钻许多洞，测量水位，画水位等值线，确定流向。这些方法都是可行的，但是费力、费时、费钱，显然不是首选。这里推荐使用一种更方便、省力、省钱的方法——虹吸测量。

图7-1虹吸管测量地下水流向原理示意图。

如图7-1所示，1井、2井和3井为测量地下水位的观测井，地下水位埋深分别为h1、h2和h3。透明U形连通管端口形成的等水位线与钻孔内实测稳定地下水位之间的距离分别为H1、H2和H3。

距离值较小的钻孔点(H1，H2或H3)代表地下水相对较高的水头高程点，较大的钻孔点代表相对较低的水头高程点，即地下水从高水头点流向低水头点(图7-1)。然后利用平面上非直线分布的至少三个这样的钻孔点的水位高程值，通过等距插值得到等压线的方向，取其垂直方向即可确定这三个钻孔点范围内浅层地下水的瞬时流向。然后根据几个这样的小区域的瞬时流向数据，结合现场情况和水文地质情况，综合确定包括这些小区域在内的更大区域内地下水的总流向。

应用表明，该方法是可行的。

(8)从山区垃圾场采集地下水样品。与平原地区松散沉积物中的地下水不同，山区一般为基岩，地下水多为基岩裂隙水或岩溶水。垃圾渗滤液与地下水的水力联系一般是基岩裂隙、岩溶管道等。因此，评价地下水是否受到垃圾污染，需要综合分析构造断层和岩溶发育情况，确定垃圾场与地下水的接触路径，然后取样分析。

场地上游取地下水作为背景样品，有水力联系的下游取水样作为评价样品。

三、几个垃圾场地下水污染采样点布置及评价实例

例1:北天堂垃圾场地下水采样点布置及污染评价。

北天堂垃圾场位于北京市西南角丰台区北天堂村东200米处，永定河旁。生活垃圾主要以填埋方式处理。场地占地20000多平方米，填埋深度约8m。堆叠开始于1987。周围是耕地，但被土石方开挖活动破坏严重。

垃圾场位于北京西部的山前降水补给区，垃圾场周边围墙上层为厚度不到2m的粘质砂土，对地下水污染几乎没有防护能力(如彩图15、彩图16)。场地下为单层砂砾石地下水含水层——潜水型，地下水位深约20m。地下水从西部流向东南部。

北天堂垃圾场分为南北两部分，相距50多米。以其为中心，周围分布着深度为3 ~ 8 m的大大小小的采石场，石坑内堆放着大小不一的垃圾。典型的垃圾场有:东面不到500米的宝台村有两个混合垃圾场；400多米外的北方有1混合垃圾场，不到200m的南方有两个混合垃圾场。各垃圾场的分布见图7-2。

图7-2北京北天堂垃圾场群及地下水采样点分布示意图。

采样点的布设:北天天垃圾场采样的布设最大的问题是，除了北天天垃圾场，还有很多“卫星”垃圾场(如图7-2，编号L1，L2，…，L8垃圾场)，这些都可能是地下水的污染源。如果不更新思路和观念，就无法收集到需要的样本，或者收集到的样本不具有代表性。为此，我们提出了“垃圾场群”的概念，即把以北天堂为代表的这一区域的垃圾场作为一个整体，以最外面的场地为边界，在区域上把它们作为地下水污染的点源，以外围边界为零，在地下水流向上分别在“垃圾场群”的上游和下游布置采样点。采样点分布见图7-2，各点与垃圾场群的相对位置参数见表7-4。

表7-4北天堂垃圾场群采样点相对位置参数

地下水污染评价:取7-2井0个样品作为相对背景样品，1井、2井和3井作为评价样品。按照规定的方法对地下水中的氮、TDS、COD、Cl-等组分进行检测后，利用上面介绍的地下水污染评价方法，计算出各污染组分的单因子污染指数、综合污染指数和内梅罗污染指数(见表7-5)。这些污染指数随离垃圾场距离的增加而衰减的曲线如图7-3所示。图7-3表明垃圾场群对当地地下水造成了非常严重的污染。

地下水质量评价:根据上述评价方法，以地下水质量为标准进行评价，地下水质量计算见表7-6。从表7-6的结果可以看出，该地区的地下水质量随着距离垃圾场的距离而变好。垃圾场上游地下水轻度污染，质量尚可，但有两处超地下水II类标准，不适合饮用。

表7-5北天堂排土场群地下水污染

表7-6北天堂垃圾场附近地下水质量评价结果

例2:鹿苑和第一垃圾场浅层地下水污染采样点布设及评价。

垃圾场概述:

图7-3北天堂垃圾场群对地下水的污染曲线

垃圾场位置:有两个垃圾场，如彩图18所示:鹿苑垃圾场和一号垃圾场。两家都位于北京臭名昭著的污水河凉水河。凉水河几乎常年有水，水位高于当地地下水位，水是黑色的，就像垃圾渗滤液一样，而且河水不是不透水的，有部分污水补给地下水。

垃圾场地质环境:绿源垃圾场位于凉水河左岸，距离河道4 ~ 5m。这是一个充满水的填坑垃圾场。周围是用凉水河的污水灌溉的土地。该排土场地下水位埋深约5 ~ 7m。

第一垃圾场位于凉水河右岸，距河水约7m。这里也是垃圾填埋场，地下水位约3m深，坑内垃圾直接接触地下潜水。场地北面是凉水河，南面是开阔平坦的农田，没有用凉水河的污水灌溉。

两个垃圾场之间的距离大约是3公里。该地区浅部地层的岩性和结构相似。表层为厚约2 ~ 3m的砂质粘性土，下面为厚3.5 ~ 6m的中粗砂，下面为厚2 ~ 4m的粘性土隔水层。浅层岩性见彩图19。

采样点布置和污染评价:分别讨论绿源垃圾场和第一垃圾场。

1.绿源垃圾场对地下水的污染

毫无疑问，这两个垃圾场都会污染地下水。但是如何布置污染调查的采样点呢？绿源垃圾场周围的耕地是用凉水河的污水灌溉的。水浇地的污水与垃圾渗滤液相同，该场地地下水的两个污染源对地下水的污染程度几乎相同。经采样分析检测，不能排除凉水河对地下水污染的影响，因此不能确定垃圾场污染的贡献。因此，科学有效地布置该排土场地下水污染调查采样点非常困难。

2.头号垃圾场对地下水的污染

1号垃圾场和绿源垃圾场的区别在于周围的土地没有污水灌溉。凉水河虽然会不同程度污染地下水，但其底部多年的淤泥有一定的防渗作用，理论上相对较小。在场地南部地下水流向，凉水河的污染程度会越来越轻，与垃圾的污染相比可以忽略不计。

根据这些分析，我们分别在场地南部地下水流方向2、4、8、16.8和600米处钻孔，取600米处的样品作为相对背景样品，进行分析测试，并采用单因子指数法和多因子综合指数法进行计算。结果如表7-7和图7-4所示。

表7-7第一排土场地下水污染评价结果

图7-4第一垃圾场对地下水的污染

例3:虹吸测量法确定北京沙子营垃圾场地下水流向。

现有研究成果表明，北京地质环境条件的变化较为复杂。在跨度较短的市区及周边郊区，地质环境条件，特别是水文地质条件，从南到北、从东到西变化很大。其中，地下水位埋深也是可变的。南部和东南部地下水位较深，一般在十到二十米左右，西部在五到十米的范围内。北部和东北部埋藏较浅，一般只有一至三米左右。地下水位埋浅，受地表水体不均匀排放和浅层弱透水水体分布不均匀的影响，容易使地下水流向发生变化，地下水流向的变化会导致垃圾有害物质污染扩散方向的不断变化，给垃圾场污染地下水的调查带来不便。因此，随时查明某一时期的地下水流向是极其重要的。

本文以北京东北部沙英水库排土场地下水流向的测定为例，说明了用虹吸法测定浅层地下水流向的方法。

1.沙子营垃圾场概述

沙子营垃圾场位于北京市朝阳区沙子营以南1100m，至黄岗乡南北公路以西约300m，东经11627' 48.9 "，北纬40° 03 ' 50.1 "。地势平坦，生活垃圾堆放面积约20”。池塘与潜水相连，土壤处于非饱和状态。表层土厚约1.2m，为粉质粘土夹粉土，底层为中粗砂。地表地下水位埋深约为1m。垃圾场西面用围栏挡住，场地西面、西北面和南面是开阔平坦的花生地，便于用洛阳铲钻浅孔观察地下水位和流向(彩图10)。

2.沙子营垃圾场地下水流向观测试验

根据虹吸测量确定浅层地下水流向的基本原理和相关分析，在沙英垃圾填埋场进行了确定浅层地下水流向的现场应用试验。首先在垃圾场边缘地带的南、西南、西北三个小区域，用简易洛阳铲在平面上呈三角形分布的任意三个位置钻孔，以暴露地下水位为成孔条件；其次，三个相关的钻孔用一根透明的塑料管连接起来，塑料管内装有干净的水，并驱走气泡的影响，从而形成一个统一稳定的水位面，三个相关的钻孔的标高相对相等。然后，测量这些高程处的水位与每个钻孔中的地下水位之间的距离值(即H1，H2或H3)，作为钻孔点处地下水位的相对高程值(即H1，H2或H3)；第三，根据三个相关钻孔的相对地下水位高程值，用插值法求得这个小区域的地下水流等压线方向，将其垂直方向作为这三个钻孔范围内浅层地下水的瞬时流向；第四，根据不同部位三组小区的瞬时地下水流向数据，结合沙英垃圾场的现场情况和水文地质情况，综合确定整个沙英垃圾场的地下水总流向。但应注意小区域间测量孔的高程比较。

3.地下水流向观测结果

沙子营垃圾场地下水流观测实验结果见表7-8。

表7-8沙子营垃圾场地下水流向观测表

沙子营垃圾场地下水流向观测计算见图7-5。

结果表明，受沙子营垃圾场影响的三个测区地下水瞬时流向分别为283°、365°、438+05°和323°。从图7-5得到的三个方向综合判断，地下水总体流向为323°北北西向，水力比降为0.358‰。

图7-5沙子营垃圾场三个不同区域地下水流向观测计算示意图。

四、效果检验

为了获得垃圾污染物在场地地下水中的准确迁移扩散速度，掌握地下水污染评价的计算参数，我们在垃圾场西侧开阔平坦的花生地进行了污染物在地下水中的扩散试验(见下图)。通过对弥散试验数据的分析计算，该场地地下水流向为325°，与323°非常接近。

在北京清河营垃圾场，用相似弥散试验测得的地下水流向也与用此方法测得的结果非常接近(见下图)。

利用该方法对北京市沈家坟、东小口、西小口、沙子营2、中滩村、山店等16垃圾场的地下水流向进行了测定，结果表明该方法对浅层地下水流向的测定是准确的、适用的。

动词 （verb的缩写）方法回顾

上述试验和应用结果表明，这种测定地下水流向的方法方便、省力、经济，在垃圾场等小范围内测定浅层地下水流向是可行的。但需要注意的是，测量地下水位时，必须在地下水位完全稳定后再测量水位，否则得到的数据会有一定的误差。

无论是我国北方平原还是南方平原，都有埋深10m的浅层地下水含水层(有的地方称为上层滞水)，不仅用于牲畜饮水，还用于土地灌溉和植物生长。其水质直接关系到当地人民的健康和生态安全。一般来说，城市垃圾经常污染这个含水层，但对深层地下水的污染较小。在调查评价垃圾对地下水的污染时，主要是针对这个含水层。在中国绝大多数城市，大量的垃圾散落在城市和乡村的交界处。垃圾场下方浅层地下水局部流向受当地地形、地表水等因素影响，一般与本区区域地下水流向不一致。在调查特定垃圾场的地下水污染时，需要确定地下水的局部流向。因为垃圾场多，用水准仪和精确的GPS测量，在成本和时间上不如虹吸法有优势。

因此，用虹吸法测定浅层地下水流向，调查评价垃圾场对地下水的污染，更为经济实用，可以推广应用。

例4:童家坟垃圾场地下水采样点布置及污染评价。

表7-9童家坟排土场地下水污染评价

童家坟垃圾场堆放在北京西北部黑石山山坡的一块平地上，占地30000m2，堆放着钢渣等工业废料和部分生活垃圾(彩图9)。下层是浅变质片麻岩，垃圾场南部正好叠在一个断层上。遗址下方断裂带上距离垃圾场20m处有一口民用井(彩图20)。垃圾堆积之前，井水甘甜无色透明。但垃圾堆起来后，很快就被污染了，变成了淡黄色，老乡们喝的拉肚子。

垃圾场上游450米处有100老泉，是当地有名的“双泉矿泉”，质量非常好。今年春天，城市居民开车去排队购买。这泉水和民用井里的水产位于同一地层的破碎带，可以作为背景样品采集。我们分别采集了这位市民的井水和矿泉水样本，送到实验室进行检测分析。以矿泉水各分析项目的测试值为背景值，采用上述方法进行污染计算和评价，结果见表7-9。表7-9中的结果表明，垃圾场已经严重污染了其下部断裂带的地下水。