尹广田，王健男，郑爱荣

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；3.港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津 300222；4.天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222；5.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

随着城市化进程的快速发展，固废堆场已成为不容忽视的环境风险因素，其存在不仅影响了城市的发展，而且对周边环境造成较大隐患。因此，亟需进行综合调查以评估其环境风险。目前国家已经颁发了一系列适用于污染场地调查和评估的规范，但缺少针对封场固废堆场修复和利用的场地调查以及环境风险评估方法。余光文等[1]采用物探技术与GMS 软件结合，可以较为准确地刻画出非正规垃圾填埋场地层分布和填埋范围。余毅等[2]通过对上海市某非正规垃圾填埋场采样定量分析，结果显示地下水污染严重，而土壤未超过标准限值，分析原因在于土壤中污染物运移较慢。李世杰等[3]调查了某固废堆场对周围环境的影响，结果显示场地周边土壤情况较好，而地下水存在较大范围污染，并指出地下水污染物主要与垃圾渗滤液和地层性质有关。

本文针对天津市某固废堆场，开展了地下水环境调查，基于人体健康和环境生态风险2个维度进行了风险评估。进一步，采用Sufer 软件对污染现状进行了刻画，应用GMS 软件建立了场地地质模型，并开展了典型污染物运移模拟，以期为后续的修复和风险管控工作提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 场地概况与水文地质条件

研究区域界内面积约为1.8 万m2，原为废弃取土坑，后作为固废填埋场地，接纳周边城镇居民的生活垃圾及工业固废等。填埋物主要包括生活垃圾、工业固废垃圾、建筑垃圾及有毒有害废弃物等。周边环境敏感区域包括生猪养殖厂、农田等。

场地地势较为平坦，共布置水文地质勘探孔12个，钻探深度24 m，土层按成因年代可分为4层。地层自上而下可分为：

1）人工填砂层（Qml）：厚度为1.40～6.80 m，以填埋垃圾为主。

2）全新统中组海相沉积层（Q42m）：厚度为10.70～21.60 m。

3）全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）：厚度为0.00～1.20 m，主要由粉质黏土组成，属中等压缩性土。

4）全新统下组陆相冲积层（Q41al）：本次勘察钻至最低标高-22.35 m，未穿透此层，揭露最大厚度1.00 m，渗透性为微透水，主要由粉质黏土组成，属中等压缩性土。

场地地下水监测井静止水位标高为-11.574～-12.189 m，地下水流向为西北方向流向东南方向，水力梯度为0.496%。

1.2 样品采集与分析

1.2.1 布点原则和方法

场地布点参考HJ 25.1—2019《建设用地土壤污染状况调查技术导则》[4]，结合本项目场地固废填埋历史时间、种类、深度和空间分布等特点，采取专业判断法和系统布点法对污染区域、污染深度、污染物种类进行确认。图1 为地下水采样点位布置图，场地布设5个地下水采样点位（含1个背景点和1个离场点）。

图1 地下水采样点位图Fig.1 Location of groundwater sampling points

1.2.2 分析项目

地下水样品检测指标为：pH、六价铬、砷、铍、镉、铬、铜、铅、镍、锌、锡、汞、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物、硫酸盐、氯化物、挥发酚、总氰化物、溶解性总固体、阴离子表面活性剂、硫化物、总大肠菌群、碘化物、总石油烃（TPH）、挥发性有机物（VOCs）（共59 项，包括单环芳烃、熏蒸剂、卤代脂肪烃、卤代芳烃、三卤甲烷和萘）、半挥发性有机物（SVOCs）（共131项，包括苯酚类、多环芳烃类、酞酸酯类、亚硝胺类、硝基芳烃及环酮类、卤代醚类、氯化烃、苯胺类和联苯胺类、有机磷农药、有机氯农药）和多氯联苯（PCB）。

1.3 人体健康风险评估

人体健康风险评估即通过定量描述污染物对人体健康产生的风险，估计一定暴露剂量污染物质可对人体产生不良影响的概率，以此评价人体健康可能受到的损害以及损害程度[5]。依据HJ 25.3—2019《建设用地土壤污染风险评估技术导则》[6]，采用HERA 软件开展健康风险评估。

1.4 生态风险评估

采用风险熵值法（Risk Quotient，RQ 模型）对研究区域地下水环境中目标污染物进行生态风险评估。风险熵值法中风险熵定义为污染物实际污染浓度与预测无效应浓度的比值，通过以下公式进行计算：

式中：RQ 为风险熵；MEC 为地下水中污染物实际浓度，μg/L；PNEC 为地下水中污染物的预测无效应浓度，μg/L；LC50为半数致死浓度，μg/L；EC50为半数效应浓度，μg/L；NOEC 为最大无影响浓度，μg/L；AF 为安全评价因子，本项研究中取值为100[7]。

1.5 地下水污染物数值模拟

选择氨氮作为代表性污染因子，预测不同时间污染因子扩散范围及浓度变化。采用地下水模拟软件GMS（Groundwater Modeling System）进行地下水污染物数值模拟，采用MODFLOW 模块进行三维地下水流数值模型建模，作为地下水溶质运移模拟的基础。采用MT3DMS 模块开展地下水中污染羽的运移模拟。

从固废堆场周围的区域地形地貌特征、水文特征、区域地下水流场和周边地下水环境等综合因素考虑，并参考HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》[8]中调查评价范围的确定要求，确定本次评价范围为西北边界距固废堆场北边界250 m，东南边界距固废堆场南边界350 m。如图2（a）所示，水平边界：评价范围内东南和西北边界概化为定水头边界，西南和东北边界概化为零流量边界；垂向边界：模型上边界确定为潜水面上的大气降水补给，相对隔水层的底部边界视为模型下边界，概化为隔水边界。如图2（b）所示，将地表以下21 m 深度内含水层概化为潜水含水层和弱透水层。模型评价范围概化为具有稳定的空间结构、地下水位连续三维非均质、各向异性的非稳定流概念模型。

图2 模型边界和模型分层概化示意图Fig.2 Schematic diagram of model boundary and model layering

2 结果与讨论

2.1 地下水污染分析

地下水重金属和常规水质指标检测结果表明，场地内地下水pH 值为7.4～7.5，平均值为7.43；重金属共检出7 项，分别为镉、铬、铜、铅、镍、锌和锡，其中GW-02 点位处镍检出浓度为102 μg/L，超过选定筛选值1.02 倍；场地内地下水中氨氮和总硬度（CaCO3计）超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》[9]中IV 类标准，同时在离场点（LGW-02）也观测到上述现象，表明场地内污染物发生了迁移，已经对场地周边地下水产生了一定影响；研究区域地下水中普遍存在氯化物和溶解性总固体浓度超标的问题，这与当地地下水水文环境普遍特征有关。

基于Sufer 软件中的克里金插值法，绘制地下水中苯胺、镍和氨氮的污染浓度分布图。图3（a）为地下水中苯胺的污染浓度分布图，可知该场地内苯胺污染羽范围已经超出场地边界，场地内污染物的迁移可能已经导致场地外地下水体受到了污染。如图3（b）和图3（c）所示，从镍和氨氮污染分布中也观察到了类似现象。此外，结果发现污染羽均呈现中部污染严重，场地左右两侧污染较轻，原因可能在于场地中部地层的污染物迁移速度较大，垃圾中污染物经中部渗漏后向四周扩散。场地地下水流向为西北至东南方向，结果表明污染物的扩散范围并未与地下水流向建立正相关关系，可能原因在于该填埋场运行时间较短，堆体还未稳定。

图3 地下水污染物浓度分布图Fig.3 Concentration distribution of pollution in groundwater

2.2 人体健康风险评估

场地内地下水中的苯胺和镍超过选定筛选值，存在环境风险，需进行地下水中苯胺和镍的人体健康风险评估。表1 为地下水各暴露途径致癌风险结果和各暴露途径非致癌危害指数。镍在吸入室外和室内空气来自地下水中气态污染物途径下对人体健康风险均无贡献。苯胺致癌风险综合指数为2.01×10-10，非致癌危害综合指数为2.38×10-3。研究区域内地下水中苯胺和镍的致癌风险和非致癌危害指数均未超过人体可接受水平（致癌风险CR：10-6；非致癌危害指数HI：1）。

表1 基于人体健康风险评估结果Table 1 Risk assessment results based on human health

2.3 生态风险评估

鉴于地下水中的苯胺和镍超过筛选值标准，一定程度上反映了苯胺和镍的污染程度，因此选择苯胺和镍作为研究区域的特征污染因子进行生态风险评价，以评估地下水中污染物对生态环境造成的潜在影响。表2 为各点位苯胺和镍污染物的生态风险等级。选取目标污染物检出浓度最大值代表研究区域污染现状，研究区域内苯胺和镍的风险熵分别为4.29 和76.69，表示研究区域内存在较高的生态风险。研究区域各点位苯胺的风险熵为＜0.36～4.29，镍的风险熵为＜2.26～76.69，表明研究区域镍对生态环境产生的影响要大于苯胺所产生的影响。离场点（LGW-02）镍的风险熵为1.5，生态风险等级为高风险，表明填埋场地已经对周边地下水产生了一定程度的污染。

表2 地下水中目标污染物生态风险评价Table 2 Ecological risk assessment of target pollution in groundwater

2.4 地下水污染物运移模拟分析

根据地下水检测结果和地下水污染现状，选择氨氮作为本次模拟的代表污染物，预测不同时间污染物的扩散范围及浓度变化，来反映固废堆场对周围环境造成的影响。假设固废堆场渗滤液中氨氮在模拟期内持续进行，进入地下水中，设定固废堆场为补给浓度边界，设定氨氮持续进入地下水浓度为500 mg/L。

表3 所示为氨氮污染羽运移模拟结果。结果显示：氨氮在地下水对流和弥散作用下，污染羽向地下水下游方向迁移。5～20 a 的模拟期内，污染羽最大迁移距离为71～264 m，污染羽污染范围达到了99 745～151 587 m2。这一结果表明，在自然条件下，地下水中污染物会随地下水的运动持续扩散，造成较大面积的地下水污染。同时，尽管该场地氨氮污染羽在20 a 时的最大迁移距离达到了264 m，对比其他学者针对天津地区的研究结果迁移距通常在500～1 000 m 区间范围内[10]，分析其原因主要在于该场地地下水埋深较深和水力坡度较小，从而地下水的运动对污染物迁移的影响相应较小。

表3 地下水中氨氮污染物迁移扩散模拟结果Table 3 Simulation results of ammonia nitrogen transport and diffusion in groundwater

3 结语

针对天津市某固废堆场，开展了地下水环境调查和风险评估工作，选择氨氮作为代表性污染因子，进行了污染物运移模拟分析，预测不同时间污染因子扩散范围及浓度变化。形成主要结论如下：

1）基于人体健康风险评估，地下水中苯胺和镍的致癌风险和非致癌风险均可接受。采用风险熵值法进行生态风险评估，苯胺和镍的风险熵分别为4.29 和76.69，研究区域内存在较高的生态风险。

2）采用GMS 进行溶质运移模拟，氨氮污染羽在未来一段时间内会持续向东南方向扩散，造成较大面积的地下水污染。20 a 时的最大迁移距离可达264 m，污染羽面积可达151 587 m2。

3）场地地下水中COD、氨氮、总大肠菌群等指标已经超过了相应的标准限值，且超标倍数较高。因此，为了有效管控场地环境风险，应针对场地内垃圾、地下水及时开展修复治理工作，并加强环境监管，具体建议措施如下：①建议对该场地进行原位封场处理，在场地四周设置垂直阻隔系统以防垃圾渗沥液对周边土壤及地下水可能造成的污染，在垃圾上方覆盖封场和设置导气导排系统，并进行植被生态恢复；②建议对地下水水质进行长期跟踪监测。