摘要：在实验室中建立了一个具有填埋场典型构造的单元隔室系统，研究了盖层渗透性较强而衬层渗透性较弱和盖层、衬层渗透性均较弱两种不同防渗配置下系统内的水分运移规律。两种情况下，盖层底部与废物层交界处始终处于非饱和状态，造成通过盖层的水分入渗速率远远大于其设计入渗能力(渗透系数)，反映了强透水的废物层对盖层防渗性能的不利影响。两种配置在防止渗滤液穿透衬层而污染“地下水”方面并无显著差异，其效率高低主要取决于介于废物层与衬层之间的排水层工作性能的优劣。
关键词：填埋场；水分运移；土水剖面；渗滤液；入渗速率；顶部盖层
填埋是国内外处理城市固体废物和危险废物的最主要方法。现代填埋场一般根据“多重屏障”原则设计，针对城市固体废物的填埋方法称为卫生填埋，针对危险废物的填埋方法称为安全填埋。防止填埋场渗滤液污染地下水是填埋场“卫生”与“安全”的主要内容。填埋场的核心工程设施，如盖层系统、衬层系统的设计均以此为主要目的。其中，盖层系统的主要功能是阻止降雨、地表径流等水分进入填埋场内，减少填埋场渗滤液产生量，而衬层系统的主要功能是拦截和收集已经产生的渗滤液，防止其污染地下水。
填埋场渗滤液的产生和对地下水的污染过程，实际上就是一个水分的运移过程。为最大限度地减小填埋场渗滤液的产生量和浸出浓度，降低渗滤液对地下水的污染风险，必须弄清填埋场水分运移规律，并在设计中采取经济有效的防治措施。为此，在实验室中建立了一个具有填埋场典型构造的单元隔室系统，通过模拟实验，研究了不同盖层、衬层防渗配置下系统内的水分运移规律，为填埋场的优化设计提供了科学依据。
1材料与方法
1.1实验装置
模拟实验装置由4部分组成，包括填埋单元隔室、供水装置、渗滤液收排装置、土水势监测装置。填埋单元隔室为8mm厚有机玻璃箱体，横截面积40cm×60cm，高134cm。供水由置于螺旋升降凳上的20L马氏瓶提供，通过调节螺旋升降凳高度，控制马氏瓶供水流量。渗滤液收排装置由衬层之上的横向排水砂砾层、断面尺寸为15cm×20cm的矩形排水沟渠、与沟槽连接的排水管和收集瓶组成。土水势监测由若干埋设在各层土壤和废物中的陶土头探头、塑料细管和WH-1型水银负压计完成。
1.2实验材料
模拟系统自下而上包括6层：1)潜水层；2)下包气带；3)防渗衬层；4)排水层；5)废物层；6)顶部盖层。各层水分分配见图1。

图1模拟实验装置水分分配示意图
为确定卫生填埋场工程屏障的核心结构——盖层和衬层的不同防渗性配置对填埋场水分运移和渗滤液产生量的影响，本实验考虑了两种不同的情况：a)盖层防渗性能差而衬层防渗性能好；b)盖层和衬层的防渗性能均较好。各层所选用的材料及相应参数见表1[1]。
1.3实验方法
1.3.1水分入渗速率控制
稳定入渗情况下，通过填埋单元隔室顶部盖层进入废物层的水分的入渗速率q1定义为

式中：Q1为一定时间内通过填埋单元隔室顶部盖层进入废物层水分通量，可由马氏瓶刻度读出，A为单元隔室过水截面积，本文中A取2400cm2。入渗时间较长时，顶部盖层之上存在薄层积水，顶部盖层基本处于饱水状态，可根据Darcy定律确定水分入渗速率q1：

式中：K1为顶部盖层的渗透系数，z1为顶部盖层厚度，h1为盖层之上的积水厚度。但是，考虑到废物层的渗透性远高于顶部盖层的渗透性，盖层底部与废物层交界面处由于重力疏干，仍处于非饱水状态。此时的水分入渗近似符合Green-Ampt模型[2]，可由下式确定水分入渗速率：

式中ψ为盖层底部与废物层交界面处的负压水头值，即土水势。
1.3.2含水率剖面的确定
单元隔室内各层的含水率分布由土水势监测装置测得的土水势值推算得到。在入渗实验进行之前，通过实验绘制废物层及盖层、衬层材料的土壤水分特征曲线。根据土水势监测装置测得的土水势值，查相应的土壤水分特征曲线，即可得到各测点处(实验a中布设12个测点，实验b中布设13个测点)的土壤含水率。将各测点处的土壤含水率值连接成曲线，即可得到单元隔室内的土壤含水率剖面。
1.3.3渗滤液产生量的确定
稳定入渗情况下，渗滤液产生量Q2等于马氏瓶的供水流量Q0。不稳定入渗时，渗滤液产生量Q2的确定较为复杂。在△t=t2－t1时间段内产生的渗滤液量，通常可由下式求出：

式中：z1，z2分别为废物层顶部与底部深度；θ(z，t)为t时刻废物层的含水率剖面