密封废物堆地下水污染羽监测.doc

密封废物堆地下水污染羽监测【摘 要】： 由于大多数废物堆都建造于多年以前，并且未采取任何环境保护措施，把废物堆密封并不意味着它们不再是环境危害物。所以，把废物堆密封后，应该制定一项监测计划。如有必要对废物堆浸出液的特性进行研究，避免不可预测的问题出现。由于土壤和地下水的潜在污染主要取决于场地的物理特征（例如，孔隙度和渗透性）和地下流体的动态（例如，地下水位和水流方向）。因此，为了制定废物堆周围区域的监测计划，获得区域地质和水文地质资料是必需的。 本文提供了一种用于监测废物堆周围区域和确定地下水中污染物的方法（基于葡萄牙的实践经验）。【关键词】：密封的废物堆 数据集成 监测 克里格法（kriging） 动态模型1 介绍1996年，葡萄牙政府通过了一项城市废物战略规划，随后又制定了继续加强废物管理的政策。战略规划的主要目的之一，是密封和关闭300个废物堆(plano estratgico dos resduos slidos urbanos, 1997)。由于密封废物堆不能保证排除环境风险，在葡萄牙关闭所有废物堆之后，需要对这些废物堆的环境变化进行调查。开展有效的监测与调查也许是最有效的时空控制方法。监测数据的研究结果表明，对废物堆进行密封是有效的（例如，由于雨水的改道，被密封的废物堆浸出液的数量逐渐减少），对污染扩散区域污染羽的横向和纵向延伸进行描述是有可能的（用于产生污染羽图像）。研究结果为突发事件的缓解措施和防治规划的制定，提供了技术支持。本文提供的操作方法被证明是有效的，利用该方法对葡萄牙多个密封的废物堆进行的监测都获得了满意的结果。2 方法该监测方法涉及多个步骤。首先，对场地进行初步勘查来描述区域的地质和水文地质条件；其次，对场地进行野外测量；再次，对地理信息系统（gis）数据库所收集的所有数据进行集成。完成这些工作之后，开展地球物理勘查确定污染羽的位置和范围，并且对地下水进行化学分析来描述废物堆上游和下游区域的地下水特征。最后，收集所有信息建立动态水文地质模型。利用该水文地质模型能够预测现在和未来的污染状况，从而制定合理的缓解措施。2.1 初步勘查通过初步勘查（所需成本非常低）能够收集研究区的重要数据。仅通过数字正射影像图和地形图是不能够描述研究区的地形与位置的，但能够确定研究区主要的地质结构与地貌特征。地质图能够提供有关场地（比例尺：1/50000或者更大）区域的地质信息，但是，为了验证这些信息或者获得更详细的地质填图资料，也必须开展野外调查工作。通过钻孔的岩性描述也能够全面提供详细的地质信息，以及从地质图和野外工作收集的补充信息。应该参考研究区以前的调查结果（例如，废物堆的密封计划）。区域研究应包括对以前所有的活动进行调查，来获得其他潜在污染源的相关信息。2.2 野外调查在初步收集研究区的信息后，必须对研究区开展详细勘查，来获得附加数据以及证实和检验初步勘查结果。详细勘查应该包括从附近区域的居民（对研究的场地比较了解）获得相关信息。应该对研究区的地表地质进行详细勘查，包括对沟渠、斜坡以及所有断层迹象进行观测，尤其是岩石类型。为了鉴别研究区内的泉和其他水源，以及确定地下水流方向，开展水文地质调查是必需的，从而预测污染扩散对研究区的潜在影响。图 1 实例研究中的信息集成2.3 地理信息系统（gis）数据库的信息集成收集的大多数数据都被用作空间参照信息，例如不同设计阶段中的高度测量、地表地质测量、地下水位测量、化学分析、地球物理勘查、钻孔岩性描述和野外调查，所有这些都将成为gis项目的信息层。该地理数据库是所收集的所有信息的核心，并且是一种收集数据的极好工具。所有信息都来源于两种资源：数字信息，例如高度测量或航空照片；在野外通过gis（全球定位系统）接收器收集的信息，例如水井位置、研12 水文地质工程地质技术方法动态 2007年第5期究区的范围和采样点位置（地球物理勘查）。基于原始资料和野外调查数据，能够为研究区建立一种概念模型。该模型是实体虚拟的简化图像，从某种意义上说，仅成比例地或者详细地保留了与实体清晰度有关的特征，这将有助于获得预期的结果。在本实例研究中，概念模型包括地质（不同岩层）和水文地质（地下水水位）的三维表示，以及不规则三角网模型（tin）中废物堆的位置和体积。利用三维可视化技术能够容易地对不同岩层进行全面解译。 图 2 不同深度区域的传导率（7.5米、15米和30米）信息集成是gis项目中的一项重要工作，占用了项目研究所需的大部分时间。然而，由于gis项目建立了一个能存储所有信息的历史空间数据库（在研究期间可以参考和更新该数据库），因此，信息集成工作是非常值得做的。涉及不同类型信息的重要空间趋势的观测值（例如，证实污染羽是否具有同向性，这仅能通过废物堆以前的地形图来验证）是重要成果，并且利用该模型仅能在有效的时间内获得。图1所示为一个信息集成实例。gis的其他优势，是利用空间分析和地质统计技术能够直接从样品值导出数据。图2表明了一个利用克里格法（kriging）地质统计模型进行内插的实例。利用kriging能够获得最佳的估计值，主要涉及变量图或者试验性空间协方差的变量的空间结构。所得出的变量图是用肉眼观察参数的平均差量特征的工具。2.4 地球物理勘查由于适于环境研究的地球物理方法是非侵入性的，因此，利用地球物理方法不会对天然或者人工不透水盖层造成破坏，并且具有成本低和时耗短等优点。此外，利用地球物理方法能够有效地确定额外的硬数据（尤其是优化附加的水井的位置）的采集位置（lagrega等学者，1994）。在本项研究中，常利用地球物理勘查结果描述污染羽范围，以及确定饱和带深度、地下水流方向和基岩深度（或者粘土层）。利用地球物理方法也能够提供有关断层发育、不同地质单元之间的分界面、不同物质的分带以及废物堆厚度和结构的信息。地球物理勘查结果能为在受污染地区必须开展的监测和缓解措施提供非常有用的信息。开展地球物理勘查所使用的最普遍的方法是电阻率法和电磁法（尤其是em34）。电磁法涉及电磁场的低频传播。利用地磁法所得出的数据能够绘制深度不同区域的传导率图（见图2）和确定污染羽的位置和范围（由于污染物质能够产生含盐量较高的液体，所以导致传导率增加），也能够提供有关地下水流方向的信息。图 3 动态水文地质模型2.5 浸出液、地表水和地下水的分析表征通过浸出液的化学分析能够提供有关废物异质性的准确信息。根据化学分析所得出的参数能够提供有关浸出液对土壤、地下水和地表水的污染潜力的信息。浸出液的化学成分随残余物的种类和年限的不同而变化，但浸出液通常具有较高的有机负荷量（cod和bod）、硬度和含盐度（氯化物和硫化物）。为了确定研究区的地下水水质，建议从废物堆场地的上游和下游区域分别采集地表水和地下水样品。所以，在研究区将要开展的监测和缓解措施取决于利用该方法确定基本条件。2.6 动态水文地质模型所推荐的方法的最终步骤，是建立能够精确地模拟研究区的自然水文地质条件和化学条件的模型（如图3所示）。利用该模型能够预测系统随时间的不同动态演化过程，评价环境风险（例如，污染物浓度的变化和污染物到达被污染体的时间）以及检测不同的防治和缓解方法。在野外调查期间可获得建立该模型所需的信息。部分最主要的数据是深度、横向变化和水力参数（有关水位、含水层回灌和地下水化学分析的信息）。在水力参数当中，通过抽水试验或者冲击试验确定的水力传导率是最重要的参数。水文模型的建立是以流体运动（污染羽的扩散）的预测为基础的。利用试验得出的时空数据预测流体运动较为方便，但如果没有相关的时空数据，则不可能全面检验实时模拟器所预测的污染羽的活动。3 结论本文提供了一种用于研究密封的废物堆的简化方法。在研究期间使用该方法能够大大降低操作成本。例如，利用生成的概念模型能够预测大多数污染羽的