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

1、固廢堆場終場覆蓋系統(tǒng)擔負著減少雨水下滲以減少滲濾液產(chǎn)量和防止堆場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，其造價及后期維護費用遠低于傳統(tǒng)復合型覆蓋層，是進行填埋場終場覆蓋的理想結(jié)構(gòu)型式。目前我國許多城市的固體廢棄物填埋場已經(jīng)達到或接近使用年限，面臨封場覆蓋問題；土質(zhì)覆蓋層中水分的運移規(guī)律和調(diào)控方法也尚未明確，因而開展對土質(zhì)覆蓋層的研究具

2、有重要的現(xiàn)實意義和理論意義.
　　 本文以國家自然科學基金面上項目“濕潤氣候區(qū)土質(zhì)覆蓋層-大氣水分傳遞機理及控制方法”(50878194)為依托，通過數(shù)值模擬、模型試驗、解析法等手段系統(tǒng)研究了固體廢棄物填埋場土質(zhì)覆蓋層內(nèi)的水分運移規(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，研究了濕潤氣候區(qū)降雨雨型對土質(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，對非均勻雨型，雨強峰值出現(xiàn)越早則其總?cè)霛B量越大；在部分工況下，前鋒型(A1)的地表入滲量會大于均勻雨型；短歷時強降雨的入滲量明顯較全天降雨的雨型??；在研究濕潤氣候區(qū)長期氣候條件下土質(zhì)覆蓋層服役性能時若不采用實時氣象資料則均勻雨型和前鋒型(A1)雨型是最保守的設計雨型。
　　 (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斜坡內(nèi)水分運移模型并求得解析解，將解析結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比驗證了解析解的正確性，通過此解析解分析了土性參數(shù)、前后期雨強及坡度等因素對覆蓋層內(nèi)水分運移和存儲規(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，則濕潤鋒前進速度越慢，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；持水能力越強則相同時間內(nèi)濕潤鋒影響深度越

5、淺；對于毛細阻滯型覆蓋層，細粒層中的含水量和基質(zhì)吸力變化大，而粗細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裝置、基質(zhì)吸力和動態(tài)圖像采集系統(tǒng)組成的模型試驗裝置，研究了濕潤氣候區(qū)強降雨條件下毛細阻滯覆蓋層與大氣間的水分傳遞規(guī)律及強降雨條件下設置非飽和導排層(Unsaturated Drainage Layer,UDL)時毛細阻滯覆蓋層的性狀，通過數(shù)值手段對試驗結(jié)果進

6、行了模擬研究。研究結(jié)果表明，在濕潤氣候區(qū)的強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土質(zhì)覆蓋層的數(shù)值模型，研究了濕潤氣候區(qū)長期持續(xù)降雨天氣下降雨雨強、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的側(cè)向?qū)砰L度，但對持續(xù)大量降雨時的最終導排長度影響不大；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)覆蓋層設計中科學合理利用傾斜毛細阻滯覆蓋層的側(cè)向排水效應提出了優(yōu)化建議。
　　 (5)采用基于非等溫多孔介質(zhì)中水熱耦合運移控制方程的數(shù)值軟件，考慮外界氣候條件、地表