非正规垃圾填埋场初步勘查与评价方法探讨

1、非正规垃圾填埋场初步勘查与评价方法探讨韩华;李胜勇;于岩【摘 要】Unregulated landfill sites largely use natural conditions to fill out the untreated garbage and take over lots of land resources. They not only affect the city environmental sanitation, but also pose significant risks to resident domestic water. Because there are man

2、y unregulated landfill sites in Beijing,the needed funds for treating all of them are huge. Therefore, preliminary survey and assessment on the unregulated landfill sites are urgently needed to provide the scientific basis for government decision precedence order and choice of technical treatments.

3、Survey and assessment on unregulated landfill sites have a remarkable difference with traditional geotechnical investigation, especially in the areas of required investigation, prospecting technique, exploration of arrangements, and inspection and testing projects. China has not yet enacted domestic

4、 standards and guidelines about the preliminary survey and assessment on unregulated landfill sites. The risk assessment method and the indicator system are established first in this papers. They combine the ground water pollution risks and dangers of garbage itself by hierarchy process method. Also

5、 the concepts of anti-contamination effective thickness and anti- contamination index are first put forward. Finally,this paper takes a project in Beijing as an example. It discusses the actual application of the risk assessment method, and summarizes systematically the procedures and techniques for

6、 survey and assessments. The practical results show that theproposed preliminary survey and method assessment have importantreference value to similar unregulated landfill survey.%非正规垃圾填埋场基本上都是根据自然地形地貌状况进行堆填,简单填埋未经处理的生活垃圾.这不仅对城市环境卫生造成影响,而且还制约了大量土地的直接开发,更重要的是会对地下水造成污染,致使居民生活用水安全受到极大威胁.由于北京市非正规垃圾填埋场数量

7、众多,全部治理所需经费数量庞大,因此,迫切需要对上述非正规垃圾填埋场进行初步勘查与评价,为后期治理的轻重缓急和治理技术方案选择提供科学依据.非正规垃圾填埋场勘查与评价与常规岩土工程勘察不同,目前国内还未颁布针对非正规垃圾填埋场勘查与评价的规范及标准.文中首次根据非正规垃圾填埋场垃圾危害特性和所在场地水文地质条件特征,利用层次分析法对垃圾危害因子和地下水污染环境风险因子进行分层研究,提出了有效隔污厚度 MeP 和阻隔截污指数 PI 等实用性概念,建立了非正规垃圾填埋场风险评价分级方法和指标体系,并结合工程实例,探讨了风险评价分级方法的实际应用,总结了垃圾填埋场初步勘查与评价的工作程序和技术要点,

8、在类似勘查中具有重要的参考和借鉴价值.【期刊名称】工程地质学报【年(卷),期】2011(019)005【总页数】7 页(P771-777)【关键词】非正规垃圾填埋场;治理;初步勘查与评价;阻隔截污指数;风险分级方法【作 者】韩华;李胜勇;于岩【作者单位】北京市勘察设计研究院有限公司 北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司 北京 100038;北京市勘察设计研究院有限公司 北京 100038【正文语种】中 文【中图分类】TU195北京市非正规垃圾填埋场形成由来已久，是垃圾管理逐步完善过程中出现的现象。1994 年前，北京市非正规垃圾填埋场基本上都是根据自然地形地貌状况进行堆填的，没有按

9、照相关规范标准进行整体防渗漏等专业设计和建设1。简单填埋未经处理的生活垃圾不仅对北京市市容环境卫生造成影响，而且还制约了大量土地的直接开发，更重要的是会对地下水造成污染，致使居民生活用水安全受到极大威胁2。非正规垃圾填埋场治理工作在北京市“十一五”时期环卫专业规划中已有明确要求，受到政府及相关部门的高度重视，有关单位业已开始进行垃圾整治和治理方面的研究。已完成的初步调查结果表明，在北京市 18 个区县内，共分布有垃圾填埋量达到 200t 以上的非正规垃圾填埋场 1011 处。其填埋物质成分主要是生活垃圾和建筑渣土，总填埋量高达约 8000104t。由于北京市非正规垃圾填埋场数量众多，全部治理所

10、需经费数量庞大，因此，迫切需要对上述非正规垃圾填埋场进行初步勘查与评价，在查明其对土壤和地下水环境影响程度的基础上，确定治理的先后次序，从而使有限的经费发挥最大的作用，起到事半功倍的效果。非正规垃圾填埋场勘查与评价与常规的岩土工程勘察不同，岩土工程勘察3，4 的主要目的是通过钻探和试验查清拟建场地及周边的地质背景条件，提供拟建场地 各层土相关的的岩土工程参数，并针对拟建(构)筑物提出适宜的地基方案以及对设计、施工的相关建议;而垃圾填埋场初步勘查与评价的主要任务是初步查明填埋垃圾的成分特征、分布范围、体量和所在区域的水文地质条件，提供满足风险评价所需垃圾土的物理、化学性质参数及土层水文地质参数，

11、确定非正规垃圾填埋场风险评价等级。因此，非正规垃圾填埋场勘查与评价在现场调查及勘察方案策划与实施上和常规岩土工程勘察有着明显的不同，国内目前尚未出台关于非正规垃圾填埋场勘查与评价的规范及标准。文中首次根据非正规垃圾填埋场垃圾危害特性和所在场地水文地质条件特征，利用层次分析法对垃圾危害因子和地下水污染环境风险因子进行分层研究，提出了有效隔污厚度 Mep 和阻隔截污指数 PI 等实用性概念，建立了非正规垃圾填埋场风险评价分级方法和指标体系，并结合具体工程实例，探讨了风险评价分级方法的实际应用，总结了非正规垃圾填埋场初步勘查与评价的工作程序和技术要点，在类似项目勘查中具有重要的参考和借鉴价值。以上研

12、究成果将直接应用于北京市 1011 处非正规垃圾填埋场勘查和风险等级评价，并在其基础上针对每个非正规垃圾填埋场提出了初步治理技术方案，使治理工作具有科学性和可靠性，有助于提高北京市环境卫生管理水平，对改善北京市市容环境卫生状况和环境保护有着现实意义。另外，风险评价成果也将为政府相关部门编制北京市非正规垃圾填埋场总体治理规划提供科学可靠的依据。非正规垃圾填埋场的勘查按勘查阶段一般划分为 2 个阶段:即初步勘查与风险评价阶段和详细勘查阶段。初步勘查与评价阶段采取的手段主要以资料搜集、现场调查与测量为主，辅以少量的勘探、测试工作，初步查明填埋垃圾的分布范围、成分特征和体量，然后从垃圾自身危害程度和地

13、下水污染环境风险大小这两方面综合评价填埋场污染风险等级。针对初步勘查评价结果为 A 类、B 类风险的场地，再进行垃圾体量的详细勘查。详细勘查阶段采取的手段主要包括现场钻探、测量、检测和室内试验分析等，查明垃圾体的填埋边界、埋藏深度、体量及成分特征等，并提出可行的垃圾治理方案以及相关建议。初步勘查与风险评价的工作内容调查垃圾填埋场的填埋时间、具体地点、填埋垃圾种类、来源等历史填埋情况以及现状场地的利用情况;初步查明垃圾填埋场及所在区域的地层分布和水文地质条件;初步查明填埋垃圾种类、分布范围和体量;提供满足风险评价所需垃圾土的物理、化学性质参数和土层水文地质参数;根据现场调查与测量、勘探、检测与室

14、内试验结果，在垃圾危害性风险评价和地下水污染风险评价的基础上，进行垃圾填埋场综合污染风险评价。初步勘查与风险评价的工作流程首先制定了初步勘查与风险评价的工作流程(图 1)。调查、测量要求调查填埋场的垃圾来源、形成时间、处置方式、占地面积、垃圾种类 (生活垃圾、建筑渣土)和场地目前使用情况等;利用手持 GPS 测量填埋场的位置及填埋场边界的经纬度坐标，估测垃圾场面积。调查垃圾场周边所在区域的地质、水文地质和环境地质条件5，包括地形地貌、区域地质条件和构造特征、岩土体的空间分布条件、地下水分布条件、地表水分布以及其与地下水的水力联系等。现场勘察要求(1)勘探工作量布置一般情况下，在每个垃圾填埋场布

15、置 2 个钻孔，即垃圾场内部布置 1 个，垃圾场外部布置 1 个，如遇填埋场规模较大、填埋场所处地形、地质条件变化大时，可适当增设钻孔。垃圾场内钻孔深度应钻至填埋垃圾底部天然土层以下不小于 50cm 处。垃圾场外钻孔深度应满足能初步查明所在区域地层条件并揭露第一层地下水埋藏深度的要求，并初步查明该深度(一般不小于场内钻孔的深度)范围内地层分布条件，如地下水埋藏较深，钻孔深度至少应钻至第一个可能的含水层位，对于碎石类土，一般不超过 10m;对于砂土、黏性土，钻孔深度一般不超过 20m。(2)取样垃圾场内勘探孔设计每 2m 取 1 个垃圾样，如见渗滤液取渗滤液 1 份;垃圾场外勘探孔每 1m 取

16、1 个原状样，变层加取，见地下水取地下水样 1 份。检测与试验要求检测与试验包括垃圾危害性、土层物理性质和地下水污染状况试验，以室内检测为主，辅以现场垃圾气体(沼气)含量检测 (表 1)。风险评价分级技术指标体系研究风险评价6的总体技术路线是根据非正规垃圾填埋场垃圾危害特性和所在场地水文地质条件特征，利用层次分析法对垃圾危害因子和地下水污染风险因子进行分层研究，最终得出综合评价指标体系 (图 2)。垃圾危害性风险评价非正规垃圾填埋场对地下水环境的危害主要是垃圾渗滤液。已有研究成果7表明，渗滤液的影响因素主要来自垃圾自身，垃圾填埋规模、填埋时间和有机物含量对于垃圾渗滤液产生的数量及其浓度的大小起

17、着决定性的作用。因此，我们选取垃圾填埋规模、填埋时间和有机物含量 3 个主要影响因素赋值打分，并通过对其分别赋予不同的权重后，进行垃圾危害性风险分级是合理可行的，根据危害程度可划分为:高度危害、中度危害和低度危害 3 个级别。2.3.2地下水污染环境风险评价(1)地下水污染环境风险级别划分地下水污染环境风险是指地下水遭受污染后对环境的危害程度8。其可表述为填埋垃圾底部以下第一含水层地下水遭受渗滤液污染的概率与地下水遭受污染后造成的环境后果严重程度的组合。地下水遭受渗滤液污染概率的大小可分为“高”、“中”、“低”3 级;地下水遭受污染后造成的环境后果严重程度用垃圾底部第一含水层岩性的敏感程度表征

18、，可分为“低”、“中”、“高”3 级。综合上述分级结果确定地下水污染环境风险分级(表 2)。渗滤液污染填埋垃圾底部第一含水层的概率计算地下水可能遭受污染的重要控制因素为填埋垃圾底部与含水层之间黏性土层的厚度及其对渗滤液的有效阻隔截污能力。当填埋垃圾底部分布弱透水的黏性土层时，渗滤液仍可能通过其它途径如“天窗”、破损井管、引渗井等进入垃圾底部的含水层。当填埋场边界侧向地层的渗透性较好时，渗滤液也可能通过侧向扩散迁移污染地下 水。因此，地下水遭受渗滤液污染的概率大小主要取决于渗滤液从填埋垃圾底部地 层和从填埋场边界侧向地层进入含水层的可能性。从“突出问题重点、兼顾一般” 的原则出发，同时依据相关领

19、域专家调查评价结果，综合确定渗滤液从填埋垃圾底 部与侧向地层进入地下水可能性的权重分别为 0.7 和 0.3。概率计算指标体系设计详见表 3。表中参数说明:KP 为侧向地层的等效水平渗透系数，其中 Mi 和 Ki 分别为侧向单层地层的厚度和渗透系数。PI 为阻隔截污指数，表征填埋垃圾底部与第一含水层之间所有黏性土层的综合阻隔截污能力。填埋垃圾底部与第一含水层之间的黏性土层阻隔截污性能评价过程如下:划分出垃圾体底部与第一含水层之间各黏性土层的厚度，根据经验值或试验结果确定各黏性土层的垂向渗透系数;计算各黏性土层的有效阻隔截污厚度其计算方法如下:当填埋垃圾底部与含水层之间的黏性土厚度达到有效阻隔截

20、污厚度 Mep 时，渗滤液在垃圾体下伏包气带中迁移 t 年后进入地下水，此时不会对地下水造成污染。由此，根据达西定律经推导可计算得到 Mep:式中，H 为渗滤液水头高度;n 为孔隙度;kz 为土层垂向渗透系数;t 为安全处置期9，10，取 30a。用各黏性土层的厚度除以相应的有效阻隔截污厚度并求和后，即可得到阻隔截污指数 PI。垃圾底部第一含水层敏感程度评价垃圾底部以下第一含水层颗粒的粒径大小和渗透性决定了渗滤液污染地下水后产生后果的严重程度。砂卵砾石颗粒粗，渗透性强，污染物在含水层中迁移扩散速度快，污染范围大，含水层敏感程度高;砂类土渗透性较强，颗粒较粗，具有一定的吸附能力和迁移扩散速度，污

21、染范围较大，含水层敏感程度中等 ;粉土的渗透性较弱，迁移扩散速度慢， 污染范围小，含水层敏感程度低。含水层敏感性程度分级见表 4。2.3.3 综合分级根据各非正规垃圾填埋场地下水污染风险分级和垃圾污染危害性分级结果的不同组合形式，划分出北京市非正规垃圾填埋场风险等级为 A、B、C 3 级(表 5)。针对目前北京市非正规垃圾填埋场的存在状况，消除垃圾污染源或切断垃圾污染源与环境的联系是解决非正规垃圾填埋场环境污染最切实有效的方法，根据不同风险等级将确定不同的治理方案。据生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)11和生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2004)12等相关标准，活动

22、断裂带、地质灾害易发区、洪泛区和泄洪道、人口密集区、南水北调主干线两侧 100m 内区域等都属于环境敏感区。综合此类敏感因素，风险等级提高 1 个级别。垃圾场历史情况及地质环境调查结果某非正规垃圾填埋场位于北京市海淀区，其所在区域处于温榆河冲洪积扇中上部， 地势南高北低，自然地面下 20m 深度范围内地层岩性以黏性土和粉土为主，主要分布有 2 层地下水，含水层岩性以粉土为主。根据现场走访调查结果，该垃圾场东、南侧为厂房，西侧为果园，北侧为农田，场地原为一南北向狭长自然坑，后陆续有垃圾倒入。目前其上已覆土填平，成为一农贸市场的早市。垃圾场勘探结果本次现场勘察共布置 3 个勘探孔。其中，垃圾场内

23、2 个，垃圾场外完成 1 个，累计完成进尺 14.5m。共采取垃圾样 4 件，原状土样 2 件。根据垃圾场外钻孔勘探结果，场区所在区域自然地面以下至钻探终孔深度以内的土层包括:(1)人工堆积的黏质粉土填土，厚度 3.20m;(2)第四纪沉积的粉质黏土层， 厚度 2.60m，褐黄色，含云母、氧化铁及少量姜石;(3)第四纪沉积的砂质粉土层， 厚度 1.0m，灰色，含云母和有机质。勘探期间(2009 年 12 月上旬)于最大勘探深度 6.80m 范围内揭露到 1 层地下水，地下水类型为潜水，含水层岩性为砂质粉土， 量测的静止水位埋深为 5.60m。根据垃圾场内钻孔勘探结果，垃圾成份主要为生活垃圾。生

24、活垃圾以塑料、纺织物、废纸和灰渣为主。垃圾体底部平均埋藏深度为 3.35m。结合点位测量结果，计算垃圾填埋场面积为 5778m2，估算垃圾体量为 19356.3m3。现场勘查期间，勘探孔内未发现稳定的渗滤液液面。垃圾场检测与试验分析结果现场气体检测结果为:CH4、CO2 气体未检出，O2 含量为 20%;对代表性土样进行了室内常规试验和渗透试验(表 6)。非正规垃圾填埋场风险评价分级根据勘探资料和室内试验结果，本次工作在垃圾场场地建立了填埋场地层结构概化模型(图 3)。根据前述的勘探结果，某非正规垃圾填埋场底部埋深按 3.35m 考虑。现场勘查期间未发现稳定的渗滤液液面。因现场勘查期间尚未进入

25、雨季，所以，垃圾渗滤液很少。进入雨季后，垃圾场中将有大量渗滤液出现。据调查，北京市平原区非正规垃圾填埋场渗滤液水头一般为 1.5m 左右。从图 3 可见，渗滤液水头以下垃圾体的侧向地层为黏质粉土填土和薄层粉质黏土，水平等效渗透系数 Kp 可取经验值 0.2md1。根据表 3 中的计算方法，0.02md1Kp2，表明侧向地层的渗透性能一般，渗滤液经侧向地层运移进入地下水的可能性评分 P1=0.91(图 3)，垃圾体下伏黏性土地层可概化为 1 层粉质黏土，厚度为 2.60m，根据土层物理性质与渗透性试验结果，概化粉质黏土垂向渗透系数取值为 0.0048md1，孔隙度取 0.42。根据表 3 中的计

26、算方法，粉质黏土层有效隔污厚度 Meff 为 127m，隔污指数 PI=0.02。经计算，渗滤液从垃圾场底部进入地下水的可能性评分 P2=9.80。由 p=(0.3P1+0.7P2)计算可得，P=7.13。按照表 2 中的分级方法，该垃圾场地下水污染的可能性分级为“高”。该垃圾场下伏第一含水层为粉土，为“低敏感程度”岩性介质。因此，可确定某非正规垃圾填埋场的地下水污染环境风险分级为“中风险”。综合垃圾危害性风险分级为“中等危害”的结果，按照表 5 中的分级方法，可确定某非正规垃圾填埋场综合风险分级为“B 级”。与常规岩土工程勘察不同，非正规垃圾填埋场初步勘查与评价主要任务是初步查明填埋场范围内

27、垃圾的填埋边界、埋藏深度、成分特征和垃圾体量，确定填埋场风险评价等级。目前国内还未见针对非正规垃圾填埋场勘查与评价的相关规范及标准， 本文首次归纳建立了非正规垃圾填埋场风险评价分级方法和指标体系，有较强的针对性和实用性。另外，结合工程实例提出的关于非正规垃圾填埋场初步勘查与评价系统的工作流程和技术方法不仅为今后该类工作的有序开展规范了方法，提供了依据，也为后续垃圾体量专项详细勘查明确了方向，具有较强的指导意义，更为今后编制非正规垃圾填埋场专项勘查与评价规范提供了技术支撑和数据支持。【相关文献】1 刘长礼，张云，王秀艳，等.适合国情的垃圾填埋场衬垫系统J.工程地质学报，2000， 8(1):11

28、8 122.Liu Changli，Zhang Yun，Wang Xiuyan，et al.A lining system of waste landfilling site adequate for current situation in China.Journal of Engineering Geology ，2000， 8(1):118 122.2 廖利，侯艳雯.简易垃圾填埋场对环境的分析评价J.环境卫生工程，1999，7(3):107 110.Liao Li，Hou Yanwen.Simple landfill environmental analysis and evaluati

29、on.Environmental Sanitation Engineering，1999，7(3):107110.3 中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范(GB 500212001)S.北京:中国建筑工业出版社，2009.The Ministry of Construction of the Peoples Republic of China.Code for Investingation of Geotechnical Engineering(Gb 500212001)Beijing:China Architecture and Building Press， 2009.4 熊孝波，施斌，

30、张凌.国外城市垃圾填埋场岩土工程研究的最新进展J.工程地质学报， 2000，8(3):345350.Xiong Xiaobo，Shi Bin，Zhang Ling.The recent development of geotechnical research on municipal waste sanitary landfill in foreign countries.Journal of Engineering Geology ， 2000，8(3):345 350.5 刘长礼，张云，殷密英.城市垃圾地质环境影响调查评价方法M.北京:地质出版社， 2006.Liu Changli，Zha

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