固廢堆場(chǎng)終場(chǎng)土質(zhì)覆蓋層中水分運(yùn)移規(guī)律及調(diào)控方法研究.pdf

1、固廢堆場(chǎng)終場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著減少雨水下滲以減少滲濾液產(chǎn)量和防止堆場(chǎng)中有害氣體無組織釋放的重任，土質(zhì)覆蓋層(Alternative Earthen Final Cover)由天然非脹縮土料組成、具有良好的耐久性，其造價(jià)及后期維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)復(fù)合型覆蓋層，是進(jìn)行填埋場(chǎng)終場(chǎng)覆蓋的理想結(jié)構(gòu)型式。目前我國(guó)許多城市的固體廢棄物填埋場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到或接近使用年限，面臨封場(chǎng)覆蓋問題；土質(zhì)覆蓋層中水分的運(yùn)移規(guī)律和調(diào)控方法也尚未明確，因而開展對(duì)土質(zhì)覆蓋層的研究具

2、有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義.
　　 本文以國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“濕潤(rùn)氣候區(qū)土質(zhì)覆蓋層-大氣水分傳遞機(jī)理及控制方法”(50878194)為依托，通過數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)、解析法等手段系統(tǒng)研究了固體廢棄物填埋場(chǎng)土質(zhì)覆蓋層內(nèi)的水分運(yùn)移規(guī)律，探討了覆蓋層內(nèi)水分的調(diào)控方法.本文所做的主要工作和相應(yīng)的研究成果如下：
　　 (1)采用Gitirana(2005)的降雨入滲-產(chǎn)流邊界處理方式，研究了濕潤(rùn)氣候區(qū)降雨雨型對(duì)土質(zhì)覆蓋層地表入

3、滲量的影響。研究結(jié)果表明，在日降雨量和初始條件相同時(shí)，對(duì)非均勻雨型，雨強(qiáng)峰值出現(xiàn)越早則其總?cè)霛B量越大；在部分工況下，前鋒型(A1)的地表入滲量會(huì)大于均勻雨型；短歷時(shí)強(qiáng)降雨的入滲量明顯較全天降雨的雨型?。辉谘芯繚駶?rùn)氣候區(qū)長(zhǎng)期氣候條件下土質(zhì)覆蓋層服役性能時(shí)若不采用實(shí)時(shí)氣象資料則均勻雨型和前鋒型(A1)雨型是最保守的設(shè)計(jì)雨型。
　　 (2)基于非飽和滲流控制方程，采用指數(shù)方程描述非飽和土體的土水特征曲線和滲透系數(shù)隨含水量的變化，建立降

4、雨入滲條件下無限長(zhǎng)斜坡內(nèi)水分運(yùn)移模型并求得解析解，將解析結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了解析解的正確性，通過此解析解分析了土性參數(shù)、前后期雨強(qiáng)及坡度等因素對(duì)覆蓋層內(nèi)水分運(yùn)移和存儲(chǔ)規(guī)律的影響。最后，利用從解析解得到的基質(zhì)吸力剖面分析了土質(zhì)覆蓋層在降雨條件下的穩(wěn)定性變化。研究表明土質(zhì)覆蓋層飽和滲透系數(shù)越小，則濕潤(rùn)鋒前進(jìn)速度越慢，入滲水分易滯留在表層；減飽和系數(shù)越大，則表層含水量變化大，入滲影響深度淺；持水能力越強(qiáng)則相同時(shí)間內(nèi)濕潤(rùn)鋒影響深度越

5、淺；對(duì)于毛細(xì)阻滯型覆蓋層，細(xì)粒層中的含水量和基質(zhì)吸力變化大，而粗細(xì)粒層界面以下的粗粒層中含水量變化很小。
　　 (3)自制由模型槽、降雨模擬裝置、側(cè)向排水與深層滲漏收集及量測(cè)裝置、基質(zhì)吸力和動(dòng)態(tài)圖像采集系統(tǒng)組成的模型試驗(yàn)裝置，研究了濕潤(rùn)氣候區(qū)強(qiáng)降雨條件下毛細(xì)阻滯覆蓋層與大氣間的水分傳遞規(guī)律及強(qiáng)降雨條件下設(shè)置非飽和導(dǎo)排層(Unsaturated Drainage Layer,UDL)時(shí)毛細(xì)阻滯覆蓋層的性狀，通過數(shù)值手段對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)

6、行了模擬研究。研究結(jié)果表明，在濕潤(rùn)氣候區(qū)的強(qiáng)降雨條件下覆蓋層表面的地表徑流占到降雨總量的69％～77％，砂土非飽和導(dǎo)排層可以很好地發(fā)揮側(cè)向排水作用疏干覆蓋層內(nèi)的水分，表層粉土飽和滲透系數(shù)越小則側(cè)向?qū)帕颗c深層滲漏量之比越大。
　　 (4)建立綜合考慮填埋體和終場(chǎng)土質(zhì)覆蓋層的數(shù)值模型，研究了濕潤(rùn)氣候區(qū)長(zhǎng)期持續(xù)降雨天氣下降雨雨強(qiáng)、降雨分配模式、UDL層厚度、粉土層厚度和滲透系數(shù)、覆蓋層坡度等對(duì)覆蓋層側(cè)向?qū)?Lateral Dive

7、rsion)能力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，UDL層可大大提高普通毛細(xì)阻滯覆蓋層側(cè)向?qū)拍芰Γ瑴p少滯水現(xiàn)象的出現(xiàn)；UDL層厚度只影響早期降雨時(shí)的側(cè)向?qū)砰L(zhǎng)度，但對(duì)持續(xù)大量降雨時(shí)的最終導(dǎo)排長(zhǎng)度影響不大；覆蓋層坡度越陡則越容易疏干邊坡上部特別是UDL層中的水分。最后為在土質(zhì)覆蓋層設(shè)計(jì)中科學(xué)合理利用傾斜毛細(xì)阻滯覆蓋層的側(cè)向排水效應(yīng)提出了優(yōu)化建議。
　　 (5)采用基于非等溫多孔介質(zhì)中水熱耦合運(yùn)移控制方程的數(shù)值軟件，考慮外界氣候條件、地表