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新疆某垃圾填埋场的地球物理特征分析与污染评估

2024-11-16 101 上传者：管理员

摘要：为进一步摸清新疆某非正规垃圾填埋场地下水污染情况，应用感应电磁法（EM）和高密度电阻率法（ERT），对填埋场的分布、深度以及与地下水含水层和水位的关系进行了详细探测。研究区域为某非正规垃圾填埋场，自1999年运营以来，缺乏规范的防渗措施。物探数据显示，填埋物主要分布在0～7m深的地层中，最大埋深位于场地南侧东北角可达12m。此外，对于场地中部存在的几处小范围高导区域，推测与附近沙石厂的废弃材料有关。结果表明，感应电磁法和高密度电阻率法是评估填埋场对地下水影响的有效工具，其能够快速识别填埋物的分布和深度，为地下水污染的预防和治理提供了科学依据。

关键词：
垃圾填埋场
城市化进程
感应电磁法
防渗措施
高密度电阻率法
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随着城市化进程的加快，垃圾填埋场数量不断增多，生活垃圾填埋场污染地下水成为了我国填埋场的典型问题之一[1-3]，尤其非正规垃圾填埋场由于缺乏有效的防渗措施，垃圾渗滤液对地下水资源构成了严重威胁[4-5]。

选取新疆某垃圾填埋场作为研究对象，该场自1999年运营以来，缺乏规范的防渗措施，其地下水污染情况亟需评估。垃圾填埋场属于敏感污染源，地下水易受到污染，且填埋历史长，现场条件复杂。感应电磁法（EM）和高密度电阻率法（ERT）均能够在不干扰地下水体的情况下，识别和评估地下水污染的程度和范围，且两种物探方法在地下水污染研究方面能够有效补充传统的地下水勘探技术，通过二者的联合应用，探讨其在污染评估中的应用效果，结果表明，此方法可快速高效地获取地下水污染信息，为地下水污染的治理和预防提供重要的科学依据[6-7]。

1、研究区基本情况

如图1所示，整个研究区包括垃圾填埋场、堆肥厂和焚烧厂3项工程，其配套垃圾填埋场位于焚烧厂南侧，主要为焚烧残渣的填埋场地，占地900亩，其中垃圾填埋场占地450亩，场地无渗滤液收集处理措施、无雨水排沟、无垃圾坝、无填埋气体的导排和处理措施、无卸车平台，未规范建设填埋场区专用道路，仅为水平防渗，防渗材料为聚乙烯膜。目前，整个填埋区已经全部覆土封场。

该垃圾填埋场在填埋过程中未进行规范分区，填埋的区块主要依据地形和地势高低选择，且填埋时间和顺序不固定，生活垃圾填埋主要在3个区块进行。

图1研究区平面布局图

2、数据采集

本次调查参考《地下水污染地球物理探测技术指南（试行）》，收集调查区域可能涉及物质的电性特征、电阻率、磁导率、极化率和介电常数的范围，并参考类似调查区中相似物质的参数值。通过对岩心标本的测量，发现浅部的电阻率值主要集中在15Ω·m以下，深部数据部分有填埋垃圾的岩心因渗滤液和水分的关系，电阻率也偏低，但是大部分都大于20Ω·m。

2.1感应电磁法数据采集

此次感应电磁法探测（EM）采用人力背负天线在调查区域内行走探测，步行速度约0.7～1.5m/s，并搭配GPS进行定位，每秒记录一次读值，测量地表至地底下约5m的视电导率，以收集涵盖整个调查区域的数据。

2.2高密度电阻率法数据采集

本次调查考虑垂向分辨率及探测深度等情况，故施测的电极探棒间距为2～5m，调查区域共布设28条ERT测线，测线以ERT1～ERT2、ERT4～ERT29命名，总长度11 580m,ERT工作采用GPS定位，皮尺定距的原则。

3、数据解译

采用成熟可靠的数据处理技术或软件进行测量，剔除具有干扰性的异常值，进行数据分析解译。对比解译结果图像与已收集资料以及不同地球物理方法测试结果，初步判断解译结果的可信程度。对于可信度较低的区域，应分析查找原因，调整参数重新反演解译或根据需要做进一步的野外地球物理探测；对解译结果可信度高的区域，采取钻探取样、检测等方式进行验证。

3.1感应电磁法数据解译

感应电磁法数据处理步骤主要包括数据读取、干扰校正处理（剔除极大值和极小值，进行多点圆滑-滤波处理等）、反演处理等步骤。解译软件采用WinGem2，该软件是美国Geophex公司专门针对Gem-2开发的数据计算软件，可将原始采集的数值计算成电导率和磁化率。

3.2高密度电阻率法数据解译

高密度电阻率法测量数据解译步骤如下：

(1）数据读取及检查。用数据线将保存在测量主机中的野外测量数据导入计算机中，检查测量数据中是否有异常数据点，并进行前期处理。

(2）转换数据格式。将导入的数据转换成反演软件能识别的格式，高密度电阻率法的测量数据在转换格式时要设置测量方法、电极个数、电极距等参数。

(3）反演。设定适合反演参数对数据进行反演，并将反演结果保存。为得到更精确的反演结果，结合测量实际情况，可在反演过程中进行二次数据处理，其中包括：

①坏点剔除：在采集数据过程中，对由仪器、人为错误、外界干扰或电极接地不良等产生的量值较大的虚假或突变的“尖点”数据，需进行剔除和插值替换处理，以消除或减小其对反演结果的不利影响；

②带地形反演：高密度电阻率法的测量结果受地形影响较大，记录测线中有代表性的位置和高程，需做带地形数据的反演；

③数据混合反演：采用同一种地球物理方法不同装置测定的数据，可将测量数据融合并进行反演，可有效提高反演结果的可靠性。

数据解译软件AGI Earth ImagerTM2D是一个二维电阻率和激发极化（IP）成像反演建模软件。它可将复杂的电阻率数据反演转变为简单的两步过程，只需点击几下即可读取数据文件运行反演，并获取反演结果。

4、结果与分析

4.1感应电磁法结果分析

感应电磁法电导率成果见图2，根据不同频段的导电率分布，不同高低频率的数值代表不同的测量深度，频率越低，深度越深；不同颜色代表不同导电率区域，红色代表高导区域，蓝色代表低导区域。在场地中部存在一个相对高导区域（红色区域），呈不规则形态，通过历史影像与现场踏勘可见地表覆盖贝壳类残留物，可知该处为垃圾填埋区域，推测此区域为初始填埋区域边界的垃圾填埋，造成高导现象。

根据不同的频段导电率可知，整体上每个频段导电率分布较均匀，每个频率呈现的变化不大，推测垃圾填埋物高于5m位置的填埋区域为靠南侧区域。其他区域分布均匀，且随深度增加，导电率增加，在图2中北侧区域有些植被或者细沙石，且成果图的颜色按物性显示，如同样是1Ω的东西，它可能是几种不同的东西。结合现场勘察情况，未将地块边缘同颜色区域共同划入垃圾填埋异常区，并推测场地可能存在大面积垃圾填埋地层干扰，需结合ERT成果分析。

图2感应电磁法（EM）电导率成果

图3 ERT15测线电阻率与钻孔信息剖面图

4.2高密度电阻率法结果分析

4.2.1背景测线数据分析

ERT15测线位于北侧区域堆肥厂整平区域未填埋垃圾部分，测线电阻率等值线剖面图见图3，方向为东南朝西北方向，为背景测线，该测线从上到下分为高-中-低电阻3层：

(1）浅部5m之内为干砂层，电阻率高于500Ω·m。水平里程200～304m地表为土层，经过开挖下方为原先地表植被被碾压形成。电阻率较低，含水率较高。

(2）深度30～40m之内电阻率都比较高（170Ω·m），推测为第四系黄土。

(3)40m之下可能是含水率高的细颗粒地层。

4.2.2钻孔数据标定分析

本场地内共完成场地内钻孔3口，CJ26位于ERT17测线452m处和ERT14测线104m处；CJ27位于ERT6测线120m处；CJ29位于ERT8测线332m处。

CJ26，测线电阻率等值线剖面图见图4～5。钻孔0～7m为垃圾填埋，7～21m为粉砂，地下水深度16.9m。可以从ERT17测线和ERT14测线看出含垃圾的层位赋存大量的低阻异常体，约6Ω·m以下，推测为不均匀填埋的垃圾体现，粉砂层电阻率较低，约25Ω·m以内。通过高密度电阻率剖面分析该钻孔点靠近填埋边缘，变化较剧烈，地表分布不均匀。结合稳定水位数据推测含水层界线为15Ω·m左右。

图4 ERT17测线电阻率与钻孔信息剖面图

图5 ERT14测线电阻率与钻孔信息剖面图

CJ27，测线电阻率等值线剖面图见图6。钻孔0～4.2m为垃圾填埋，4.2～8.7m为粉砂，8.7～12.5m为粉土，12.5～21m粉砂层，地下水深度17.1m。可以从ERT6线看出含垃圾的层位赋存大量的低阻异常体约6Ω·m以下，推测为不均匀填埋的垃圾体现。垃圾填埋厚度相较于ERT17测线等北部长条形区域较大，粉砂层电阻率也较低，约25Ω·m以内，深部电阻率在25Ω·m以上，推测为区内的深部基岩，含水层所在位置基本为17m深度左右。根据现场情况存在一定的变化，可以参考15Ω·m等值线绘制含水层。

CJ29，测线电阻率等值线剖面图见图7。钻孔0～4 m为垃圾填埋，4～13.1m为粉土，13.1～21m为粉砂，12.5～21m粉砂层，地下水深度17.1m。可以从ERT8线看出含垃圾的层位赋存有大量的低阻异常体约6Ω·m以下，推测为不均匀填埋的垃圾体现，垃圾填埋区域较连续，电阻率较低推测生活垃圾填埋较多，低阻区相对实际填埋较深，推测与渗滤液有关。该剖面粉砂层电阻率也较低，约25Ω·m以内，深部电阻率在25Ω·m以上，推测为区内的深部基岩。含水层所在位置约17m。根据现场情况存在一定的变化，可以参考15Ω·m等值线绘制含水层。

图6 ERT6测线电阻率与钻孔信息剖面图

图7 ERT8测线电阻率与钻孔信息剖面图

综上所述，高密度电阻率方法对生活垃圾填埋较灵敏，对于垃圾填埋的边界也较灵敏，但是当生活垃圾中存在渗滤液或者大量填埋时，其深度要比实际测量深度要深。

5、结论

通过采用感应电磁法、高密度电阻率法探测，识别解译结果显示填埋区分为3层，第一层为连续填埋垃圾，平均埋深为0～7m；第二层为粉质黏土层，平均埋深约10～30m；第三层为砂质粘土，平均分布在30m以下。整体场地可分为两个区域，北侧区域垃圾分布不均匀，北侧右边的垃圾填埋量较多，中部区域垃圾填埋较少，表层有明显高阻区域推测是表面大量干燥沙石影响；南半区垃圾填埋较均匀，南侧右上区域垃圾填埋较深，左下区域垃圾填埋较浅。该垃圾填埋场及周边地下水已受到污染，有必要对地下水污染情况进行更详细的溯源及人体健康风险评估。

参考文献:

[1]常赜,孙玲玲,黄伟杰,等.存量垃圾填埋场对珠江流域水源地及周边环境影响风险评估[J].能源与环境,2024(3):138-140.

[2]孙蕾.垃圾填埋场渗漏修复中柔性垂直防渗､帷幕灌浆的应用研究[J].智能城市,2021,7(13):147-148.

[3]赖江华.生活垃圾填埋场地下水污染控制措施探讨[J].低碳世界,2021,11(9):13-14.

[4]吴明洲,郑玉虎,张启.复杂水文地质条件下某非正规垃圾填埋场污染迁移特征研究[J].环境影响评价,2023,45(3):121-124.

[5]黄轲彪,许雪笙.生活垃圾场地渗滤液对地下水污染的影响建模研究[J].环境科学与管理,2020,45(1):185-190.

[7]沈宁,周彤.高密度电阻率法在北京城南地下水勘查中的应用[J].能源技术与管理,2024,49(3):201-204.

基金资助:新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目(2022D01B50);

文章来源:王显丽,徐静静,田晶.新疆某垃圾填埋场的地球物理特征分析与污染评估[J].吉林水利,2024,(11):50-53.

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期刊名称：吉林水利

期刊人气：1299

期刊详情

主管单位：吉林省水利厅

主办单位：吉林省水利宣传中心

出版地方：吉林

专业分类：水利

国际刊号：1009-2846

国内刊号：22-1179/TV

邮发代号：12-396

创刊时间：1981年

发行周期：月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：1-3个月

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