山谷型垃圾卫生填埋场渗沥液水量计算

摘要：提出了1个不需要经验参数的垃圾填埋场渗沥液水量计算公式，以南昌市麦园垃圾填埋场的实际渗沥液水量印证了该公式的可行性，并对减少山谷型垃圾填埋场渗沥液的工程设计提出建议。
关键词：垃圾填埋场；渗沥液；水量
1计算模型
垃圾卫生填埋场形成垃圾渗沥液的主要原因是降雨，以往在垃圾渗沥液水量设计计算上常采用经验公式[1-3]：
Q=CIA。(1)
式中：Q为垃圾渗沥液水量，m3/a；I为降雨量，mm/a；A为填埋场集雨面积，m2；C为渗出系数，一般取0.3~0.8[2]，实际多取0.5以下，如广州大田山垃圾填埋场取0.3[4]，南昌麦园垃圾卫生填埋场取0.5[3]。
但是此经验公式是在较早的垃圾填埋场采用的，当时新的设计规范没有实施，垃圾填埋场均未采取防渗措施。新规范要求填埋区侧渗和下渗系数均小于10-7cm/s，即3.15mm/a，这与全国年均降雨量，特别是南方年均降雨量相比很小，因此在设计时可以认为没有地下水的渗出与渗入，降雨将全部转变成渗沥液，经验公式计算结果将与采用防渗工艺后的实际水量相差很大。
以往很多研究人员提出的垃圾渗沥液水量计算方法都是根据大流域降雨汇水模型提出的，没有考虑填埋场独立水文地质单元的特点，经验参数很多且强调某一方面，误差较大。要进行渗沥液水量的准确计算，必须了解垃圾卫生填埋场防渗工艺，山谷型垃圾卫生填埋场除选择渗透系数小于10-7cm/s的天然地质结构(如黏土层、岩石层等)外，一般要进行防渗施工，施工工艺的不同将影响渗沥液水量的准确计算。当垃圾卫生填埋场表层土壤下是不透水层时，为防止侧渗常采用帷幕注浆工艺，即沿填埋区边界将水泥浆注入土壤直到不透水层，形成水泥帷幕起防渗作用；当垃圾卫生填埋场表层土壤下无不透水层时，则要铺设防渗层如黏土层或塑料薄膜等。在防渗施工区内降雨将全部转变为垃圾渗沥液，为减少渗沥液水量，常在填埋作业面以上不同高程修建截洪沟以截流地表径流。
我们提出山谷型垃圾卫生填埋场垃圾渗沥液水量计算公式：

式中：Q为垃圾渗沥液水量，m3/a；Q1为降雨经封场区形成的垃圾渗沥液水量，m3/a；Q2为降雨经待作业区形成的垃圾渗沥液水量，m3/a；Q3为降雨经填埋作业区形成的垃圾渗沥液水量，m3/a；I为降雨量，mm/a；A1为填埋作业完成后封场面积，m2；A2为填埋作业面截洪沟以下集雨面积，m2；A3为填埋作业面截洪沟以外防渗施工区以内集雨面积，m2；λ1为封场土壤渗透系数，mm/d；I1为日降雨量小于λ1的年总降雨量，mm；T1为日降雨量大于λ1的年降雨总天数，d；λ2为填埋场自然土壤渗透系数，mm/d；I2为日降雨量小于λ2的年总降雨量，mm；T2为日降雨量大于λ2的年降雨总天数，d；W为垃圾压缩和分解产水量，m3/a；E为蒸发量，mm/a。各参数示意见图1。

图1填埋场剖面结构示意
由于实施防渗，防渗施工区的地下水没有渗出与渗入，填埋场是一个独立的水文地质单元，从水平衡来看，降雨除自然蒸发和形成地表径流排出外全部下渗形成渗沥液，而地表径流的形成完全因为降雨量大于表层土壤渗透能力。因此，填埋作业区A3内的地表径流不能排出，降雨除自然蒸发外全部形成渗沥液；其它区域则受表层土壤渗透系数控制，当日降雨量小于表层土壤渗透系数时，降雨全部渗入地下最终形成渗沥液；当日降雨量大于表层土壤渗透系数时，大于部分形成地表径流被截洪沟截流，形成渗沥液的下渗量则只与降雨时间成正比。公式(2)没有经验数据，计算参数可由水文地质资料查得，计算准确。以往的计算方法认为表层土壤植被持水量(土壤在重力场下最大含水量[5])会显著减少渗沥液水量，实际上表层土壤植被持水只是减少短期渗沥液水量，相反，由于其会延长下渗时间，从而增加渗沥液水量，但考虑到表层土壤植被持水量形成渗沥液的途径只有下渗，而表层土壤植被持水层浅，持水周期短，且表层持水会引起蒸发量变大，因此，由表层土壤植被持水形成的渗沥液量可以忽略。另外，边坡坡度的增加一方面会使径流增加，导致渗沥液减少[3]，同时也会使实际下渗面积增加(公式中A为水平投影面积)，而导致渗沥液增加，因此可不考虑坡度影响。而且考虑到垃圾压缩和分解产水量很小，也可忽略W。