基于SOM聚类的封闭式生活垃圾填埋场地下水污染时空格局解析与长期监测研究

针对封闭式生活垃圾填埋场(MSW)地下水污染时空异质性难题，浙江大学团队通过16个月监测数据与自组织映射网络(SOM)聚类分析，揭示了Mn、NH3-N、CODMn等污染物的动态迁移规律，发现干季氧化还原驱动污染富集、湿季稀释均质化的特征，为填埋场风险管控提供了低成本高效的分析范式。

　　

随着中国城市化进程加速，生活垃圾填埋场(MSW)的环境风险日益凸显。据统计，全国现有1399座卫生填埋场，其中厨余垃圾占比高达50-70%，导致渗滤液污染负荷持续升高。这些渗滤液含有大量溶解性有机物(OM)、重金属和异生物质，通过断层或防渗层缺陷下渗，造成复杂的地下水污染时空分异。传统监测方法耗时耗力，难以捕捉污染动态规律。为此，浙江大学联合团队在浙江某关闭填埋场展开了一项创新研究，通过融合长期监测与机器学习技术，首次系统揭示了水文地质-季节耦合作用下的污染演化机制。

研究采用三大关键技术：1) 16个月跨季节地下水监测网络，覆盖不同深度(浅层/深层)和地质单元；2) 非参数检验分析污染物与深度、区域、季节的关联性；3) 自组织映射网络(SOM)结合K-means聚类，解析多维数据时空特征。监测点布设考虑断层构造、调节池泄漏点等关键地质因素。

结果与讨论
污染物特征分析
统计显示Mn(超标率69.49%)、NH₃-N(68.36%)、COD_Mn(40.68%)为主要污染物。非参数检验证实Cl^-、TDS(总溶解固体)、Fe等指标在深度/季节间差异显著(p<0.05)，反映环境高度变异性。

SOM聚类特征
通过4×4拓扑映射识别出四大污染关联组：1) NH₃-N-TDS-Cl^--COD_Mn组(有机污染主导)；2) Fe-Mn组(还原环境产物)；3) Pb组(局部泄漏特征)；4) EDC(持久性污染物)。

时空分异规律
季节性动态：干季地下水稀释减弱，氧化还原作用导致Mn、Fe在浅层富集；湿季稀释效应使污染集群数从3类降至1类。垂向分异：浅层含水层主要富集NH₃-N(均值0.32 mg/L)等易降解物；深层通过断层迁移积累Pb(均值0.012 mg/L)、EDC等保守性污染物。地质控制：断层结构形成污染优先通道，调节池泄漏导致浅层Pb异常。

结论与意义
该研究创新性地将SOM聚类应用于填埋场环境分析，揭示：1) 污染呈现"浅层降解型-深层累积型"的垂向分带；2) 季节水文动态通过稀释-氧化还原耦合作用调控污染格局；3) 断层和工程缺陷是深部污染的关键通道。研究成果为填埋场精准监测提供新方法，指导了基于地质特征的差异化修复策略。发表于《Environmental Pollution》的这项工作，为发展中国家高有机质填埋场的风险管理树立了技术范式。