Google
     

填埋场水分运移模拟实验研究

作者:刘建国 聂永丰 王洪涛  来源:互联网  发布时间:2008-8-27 10:44:09
分布函数。当含水率剖面分布不随时间而变化时,有:

渗滤液产生量也可通过下述关系确定:

式中:Q3为通过渗滤液收集系统收集到的渗滤液量,Q4为渗透进入底部衬层的渗滤液量,确定方法与式(3)类似。
2结果与讨论
2.1盖层底部与废物层交界处的土水吸力
由于废物层的渗透性远远强于顶部盖层,因此入渗到盖层底部的水分迅速疏干而进入废物层,使盖层底部与废物层交界处始终处于非饱和状态。实验a,b中盖层底部与废物层交界处的土水吸力S随时间的变化见图2。

图2盖层底部与废物层交界处土水吸力随时间的变化
图2表明:土水吸力在实验初期很大,但随着水分入渗锋面的到达而迅速降低,之后基本上保持一个相对稳定的吸力值。实验a中的初始吸力值(11.3kPa)和稳定吸力值(1.9kPa)远小于实验b中的初始吸力值(66.9kPa)和稳定吸力值(4.5kPa),说明盖层渗透性越弱,交界处土水吸力越大。
2.2水分入渗速率
根据式(1)~(3)确定的水分入渗速率见表2,其中式(1)确定的值为实测值。工程上常用式(2)来预测和评价填埋场盖层的防渗效果,由表2可见,这种将填埋场盖层作为一个孤立的构件来处理的预测和评价方法大大高估了盖层的防渗性能。因此,根据式(2)来进行填埋场盖层设计是不安全的。事实上,不饱和废物层的土水势(吸力)大大增加了盖层内的水力梯度,从而使通过盖层系统的水分渗透速率大大增加。式(3)考虑了不饱和废物层对上覆盖层的渗透性能的影响,预测结果与实测值较为接近。但由于实验中盖层底部与废物层交界面处土水势的测定难度较大,测定值存在一定误差;同时饱和带并未贯穿整个盖层厚度,式(3)中适用的z1值应小于盖层厚度,因此计算值与实测值仍有一定差距。
利用式(3)还可解释实验过程中渗透速率的动态变化:实验刚开始时,盖层中含水量很小,入渗锋面处吸力很大,因此实际渗透速率远远大于盖层的渗透系数。随着渗入水分的不断增多,渗透锋面不断向下移动,盖层中含水量逐渐增大,吸力逐渐减小,渗透速率逐渐下降,趋于稳定。
表2水分通过盖层的入渗速率(cm/s)

2.3饱和度剖面分布
通过实验测定,可以绘出模拟系统在实验初期、中期和入渗达到稳定时等不同阶段的土水势、含水率和饱和度在深度方向上的分布。由于系统各层密度、孔隙度等物理特性差别较大,因此含水率剖面分布直观性较差,此处用直观性较好的饱和度Sa剖面分布来代替(见图3)。
根据图3中饱和度的剖面分布,结合表1中给出的盖层、衬层、排水层和废物层所处的深度,模拟系统内的水分迁移具有如下特点:
1)实验初期,顶部盖层处于非饱和状态。随着入渗过程的延续,湿润锋面不断向下推移,顶部盖层中饱和带厚度不断扩大。但直到入渗达到稳定状态,饱和带也未能贯穿顶部盖层,其下部与废物层接触部位仍处于非饱和状态,反映了强透水性的废物层对盖层水分运移的影响。

图3模拟系统饱和度剖面分布
2)废物层的饱和度在入渗过程中逐渐增大,但始终处于非饱和状态。稳定状态时,废物层厚度范围内饱和度约为0.7,其剖面分布较为均匀。
3)实验a中,排水层饱和度在实验过程中变化不大(0.12~0.2);实验b中,排水层饱和度在实验初期较小(0.22),但中期和稳定状态时较大(0.86~0.88)。这说明实验a中排水层的排水性能优于实验b,可能的原因是实验b中废物层中的细粒物质进入排水层,造成排水层堵塞。实验后拆除装置对排水层进行检查,验证了这一判断。
4)实验a中,底部衬层中部始终处于非饱和状态;实验b中,底部衬层中部在稳定状态时达到饱和。出现这种反常现象的原因可能是:实验a中的水分入渗速率远大于实验b,积水容易形成“径流”而被排水层排出;而实验b中由于水分入渗速率较小,底部衬层入渗过程的“供水控制”阶段持续较长;后期“入渗能力控制”阶段,又由于排水层排水不畅,积水不能及时排出,衬层在有压入渗条件下逐渐饱和。
5)实验a和实验b中的下包气带饱和度分别保持在0.27和0.33的天然饱和度左右,在整个实验过程中增加很小,说明通过衬层下渗进入下包气带的水量很小。
实验a中顶部盖层的防渗性能远不如实验b,底部衬层的防渗性能也逊于实验b,但二者的这种不同配置在防止渗滤液进入下包气带的效果上并无显著差异,前者甚至优于后者。究其原因,排水层的性能优劣至关重要。这一点对卫生填埋场防渗系统的设计的意义在于:仅从防止渗滤液污染地下水的角度出发,在卫生填埋场设计中,

上一页  [1] [2] [3]  下一页

站内搜索


  •