葛 涛，胡 晨，孙 敏，周春财

(1.安徽省地质实验研究所/国土资源部合肥矿产资源监督检测中心，安徽 合肥 230001；2.合肥工业大学 资源与环境工程学院， 安徽 合肥 236000)

0 引言

伴随着城镇化的快速推进和人口的急速增长，我国生活垃圾的增长量逐年大幅度提高，目前生活垃圾的处理方式主要以填埋场填埋为主，焚烧为辅[1-4]，焚烧处理多集中垃圾易集中区域。生活垃圾中含有较高的含水率和较高的易降解有机质，填埋一旦处理不慎，就可能会给周边环境带来二次污染，特别是地下水的影响尤为严重[4-7]。目前很多早期投入使用的垃圾填埋场已经达到使用年限，进入封场状态，研究封场垃圾填埋场周边地下水的污染状况，可以加强填埋场后期的管理，避免渗滤液可能造成的二次污染状况。

目前对于垃圾填埋场地下水环境的调查评价方法主要是根据填埋场地下水水文地质特征布设地下水监测点，对监测点的地下水进行取样测试，根据地下水质量标准，采用“单因子污染指数评价法”进行单因子污染指数评价，并采用SPSS分析法中的聚类分析，因子分析和主成分分析，以便更好的掌握填埋场周边地下水的污染状况以及水质污染的相关性[8-14]。

研究区地处皖北平原地区，人口众多，周边多以地下水为饮用水源和灌溉水源，随着时间推移，填埋场渗滤液可能会对周边地下水产生越来越大的影响，本文以某一近期封场垃圾填埋场为例，调查其周边地下水的污染状况，为后期封场垃圾填埋场的监测和管理提供依据。

1 样品与测试

研究区为淮北平原区水文地质单元中的一个小型区域，本区地下水补给主要为降雨入渗补给，主要排泄方式为蒸发为主。在区域地形地貌的控制下，区域地下水总流向由西北向东南，但地下水水力坡度不大，径流缓慢，构成了相对稳定的天然径流场。根据地下水埋藏特征和地下水流向，共布设10个水质监测点，编号为D1-D10(图1),监测期间监测孔水位埋深为2.3～4.8 m。地下水按照《地下水环境监测技术规范》(HJ 164-2020)[15]的要求进行样品采集，样品采集后4℃以下低温保存运送至实验室进行检测。具体检测指标及测试方法见表1所示。

表1 地下水检测指标及方法一览表

图1 监测点示意图

2 结果与讨论

2.1 地下水水化学特征

2.1.1 常规水化学特征

地下水pH值范围在7.33～7.97，均属于弱碱性水，地下水化学类型分类有多种方法，本文采用常规离子(表2)绘制piper三线图法研究地下水水化学类型(图2)，piper三线图表明研究区地下水阴阳离子分布相对集中，阴离子以HCO3-为主，阳离子多以Ca2+、Mg2+为主，整体水质类型表现为HCO3-Ca·Mg型为主，与区内水文地质资料基本一致。其中(D1、D2和D7)、(D3、D4)、(D8、D9和D10)三组样点的投点位置分别重合，水质类型基本一致，D5与(D3、D4)组较为接近，D6监测点与其他点存在一定的区别。

图2 地下水piper三线图

表2 地下水水质常规项统计表

2.1.2 Q型聚类分析

Q型聚类分析是对样本的聚类，使相似特征的样本聚集在一起，差异大的分离开。目前Q型聚类分析已经广泛用于地下水的调查研究工作中[21-23]，以单因子评价选用的评价指标为基础对10个样品采用spss软件进行Q型聚类分析，聚类分析结果如图3。

从图3可以看出，D3/D4/D5归为一类；D1/D2/D7和D8/D9/D10归为一类；D6为一类； D3/D4/D5三个监测井位于垃圾填埋场东北侧上下游，相似的水质特征，相对较高的氯化物和COD含量表明垃圾填埋场东北方向可能出现了一定的渗滤液渗漏问题；同时D1/D2/D7和D8/D9/D10位于垃圾填埋场西侧上下游，相似的水质特征和相对较好的水质表明垃圾填埋场西侧和西南侧目前防渗效果较好。D6监测井水质特征与其他监测井区别较大，该监测井位于垃圾填埋场的下游，与垃圾渗滤液处理区较近，并且该监测井水质最差，推测垃圾填埋场东南方向存在渗滤液泄露问题。

图3 Q型聚类分析示意图

2.1.3 主成分分析

采用spss软件对地下水监测井的水质指标进行了主成分分析，随后找到不同指标之间的相关性和信息重叠之处，从众多指标中提炼出了不同监测井主要的污染指标。本次研究对10个监测井的各项指标进行了主成分分析，取特征值大于1的主成分，结果提取有3个主成分，主成分1、2和3的方差百分比分别为51.193%、24.872%和11.789%，累计方差87.853%．旋转后的成分矩阵见表3，旋转后的主要成分空间投影见图4。从表3可知，成分1主要与铁、锰、砷、COD、总溶解固体和氯化物有关，从图4可以看出，六个因子均与中心距离较远，说明与主成分关系最大，同时铁、锰、砷相互靠近，表明他们可能同源，COD、总溶解固体和氯化物相互靠近，表明他们可能同源，考虑到铁、锰含量的主要决定因素为区域水文地质和水文地球化学特征，故成分1的主要决定因素为COD、总溶解固体和氯化物。成分2主要与硫酸盐、亚硝酸盐和菌落总数有关，并且亚硝酸盐与菌落总数距离最近，说明他们关系密切，这也证实地下水中亚硝酸盐为某些细菌在水中代谢产生。成分3主要与硝酸盐有关。

表3 旋转成份矩阵

从图4可以看出，所有样品均超标的F-并不在主成分之内，并且距离中心最近，说明他基本不影响主成分；超标严重的铁和锰主要受区域地质背景影响，并且主成分中的砷与他们相关性较好，说明三者主要来源相似，多来自于地下水与围岩之间的水岩溶蚀作用[17]。因此调查区地下水的主成分主要受COD、总溶解固体、氯化物的变化影响。

图4 监测因子在主成分上的空间投影图

2.2 地下水污染状况评价

本次评价采用单因子污染指数评价法，测试的监测因子中有多项指标未检出，最终选择12项监测因子参与分析，以《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水限值为标准值，本次地下水各监测点位的监测值及污染指数计算详见表4所示。

从表4计算结果可以看出，仅存在Mn、Fe、NO3-和F-存在超标现象，其中D1、D2、D3、D4、D5、D7六个监测点地下水Mn含量超标；D3、D4两个监测点地下水Fe含量超标；D6监测点地下水出现NO3-含量超标；全部监测点地下水F-超标，其他监测指标均未出现超标现象。皖北地区地下水长期监测的水文地质资料及周锴锷[18-20]等人的研究显示皖北地区地下水存在明显的Mn、Fe和F-超标现象，局部可能达到Ⅲ类水标准数倍之多，造成这一现象的主要原因并非污染造成而是区域的水文地质和水文地球化学特征决定。监测井地下水中出现Mn、Fe和F-的超Ⅲ类水标准现象属于正常现象。同处下游的D5、D6和D7号监测点的NO3-含量区别较大，D7号与上游监测点含量较接近，D5、D6号远高于上游及附近监测点的含量，D6达到严重污染程度，可能为局部渗滤液的泄露导致。除D6号监测点水质属于劣Ⅴ类水质，其他地下水多属于Ⅲ类水水质。

表4 地下水水质评价结果

3 结语

(1)通过piper三线图和Q型聚类分析均得出该封场垃圾填埋场的地下水水质已经开始发生变化，上游水质相对正常，下游地下水出现严重超标现象，主要超标因子为Mn、Fe、硝酸盐和氟化物。其中Mn、Fe和氟化物主要受到区域地质背景的影响，变化较大的为硝酸盐。

(2)监测井地下水共提取有3个主成分，主成分1、2和3的方差百分比分别为51.193%、24.872%和11.789%，累计方差87.853%．主要污染因子氟化物、铁、锰与硝酸盐来自于不同的污染源。地下水主成分主要受到区域地球化学背景和垃圾渗滤液的影响。

(3)加强垃圾填埋场东侧和下游的地下水监测，建议加强垃圾渗滤液处理过程中三氮的处理工艺。