一种垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法与流程

本发明属于填埋场防渗领域，涉及一种防渗衬垫击穿时间的计算方法，具体涉及一种垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法。

背景技术：

目前全球每年产生生活垃圾约100亿吨，我国生活垃圾的年产量达2.5亿吨，并以每年8％～15％速度的高速增长，而填埋仍然是包括我国在内的大部分国家处理生活垃圾的主要方法。美国和欧洲的填埋场分别达到10万和15万座，我国填埋场已超过2万座。大量的填埋场存在引发环境灾害的巨大风险，其中垃圾渗沥液渗漏击穿防渗衬垫引起地下水污染是最为常见的污染灾害之一。

渗沥液击穿防渗衬垫，实际上是渗沥液中的污染物伴随渗沥液的渗透经过长时间的迁移-弥散在防渗衬垫底部出渗，污染物出渗浓度逐渐增大，达到致害或致污浓度，即造成地下水及周边环境的污染。所以，在对垃圾填埋场进行环境安全评价时，填埋场防渗衬垫的击穿时间极为重要；然而填埋场系统非常复杂，涉及防渗衬垫的厚度、衬垫的渗透系数、填埋场渗沥液水头、衬垫材料的孔隙率等因素，给垃圾填埋场的设计、管理和后续修复等工作带来较大的工作量。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法，它包括以下步骤：

(a)对垃圾填埋场渗沥液样品进行检测，确定其典型污染物的起始浓度C₀(mg/L)，并监测垃圾填埋场渗沥液水头h(m)；

(b)根据填埋场当地地下水功能定位确定污染物的致害或致污浓度C_A(mg/L)；

(c)通过调查确定防渗衬垫相关参数与污染物运移相关参数；所述防渗衬垫相关参数包括渗衬垫厚度z(m)、衬垫渗透系数k(m/s)以及衬垫材料孔隙率n(-)，所述污染物运移相关参数包括污染物在防渗衬垫中的有效扩散系数D_a^*(m²/s)、机械弥散系数D_m(m²/s)以及防渗衬垫对该污染物的吸附阻滞因子R_d(-)；

(d)根据公式(1)计算防渗衬垫的击穿时间t

式中，a、b、c相互独立地为状态系数。

优化地，步骤(a)中，所述典型污染物的起始浓度C₀(mg/L)按照国家标准《生活饮用水标准检验方法》GB 5750—2006进行检测。

优化地，步骤(a)中，所述垃圾填埋场渗沥液水头h(m)按照行业标准《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》CJJ 176-2012进行监测。

优化地，步骤(b)中，所述污染物的致害或致污浓度C_A(mg/L)为《地下水环境质量标准》GB/T 14848-93或者《地表水环境质量标准》GB3838-2002规定的不同质量分类中污染物的极限浓度。

优化地，a为0.2899、b为-0.1343以及c为-0.01094。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法，通过确定污染物的起始浓度C₀、污染物的致害或致污浓度C_A等参数，并通过公式(1)计算得到击穿时间，能够满足工程设计精度的要求；并且无需大量的现场监测，也无需大量复杂的计算，成本低廉、简单易行、快速有效，可广泛应用于垃圾填埋场防渗衬垫设计、管理及后续修复等工作。

附图说明

附图1为本发明垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间与解析解计算值的对比图；

附图2为本发明2m压实黏土防渗衬垫击穿时间与有限元计算值的对比图。

具体实施方式

下面将对本发明优选实施方案进行详细说明：

本发明垃圾填埋场防渗衬垫击穿时间的简易确定方法，它包括以下步骤：

(a)对垃圾填埋场渗沥液样品进行检测，确定其典型污染物的起始浓度C₀(mg/L)，并监测垃圾填埋场渗沥液水头h(m)；典型污染物的起始浓度C₀按照国家标准《生活饮用水标准检验方法》GB 5750—2006进行检测；垃圾填埋场渗沥液水头h按照行业标准《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》CJJ 176-2012进行监测；

(b)根据填埋场当地地下水功能定位确定污染物的致害或致污浓度C_A(mg/L)；所述污染物的致害或致污浓度C_A为《地下水环境质量标准》GB/T 14848-93或者《地表水环境质量标准》GB3838-2002规定的不同质量分类中污染物的极限浓度；

(c)通过调查确定防渗衬垫相关参数与污染物运移相关参数；所述防渗衬垫相关参数包括渗衬垫厚度z(m)、衬垫渗透系数k(m/s)以及衬垫材料孔隙率n(-)，所述污染物运移相关参数包括污染物在防渗衬垫中的有效扩散系数D_a^*(m²/s)、机械弥散系数D_m(m²/s)以及防渗衬垫对该污染物的吸附阻滞因子R_d(-)；

(d)根据公式(1)计算防渗衬垫的击穿时间t

式中，a、b、c相互独立地为状态系数，a为0.2899、b为-0.1343以及c为-0.01094。

图1中各点以传统解析解得出的不同工况下防渗衬垫的击穿时间为x坐标，以相应工况下公式(1)计算得出的防渗衬垫击穿时间为y坐标，各点基本上靠近y＝x这条线，拟合公式的相关系数R²达到0.997，说明公式(1)的计算精度仍很高。

另外，以垃圾填埋场常见的2m压实黏土防渗衬垫为例，利用本发明计算有机质(COD)在不同渗沥液水头条件下的击穿时间与有限元计算得出的击穿时间进行比较。

表1垃圾填埋场中压实黏土防渗衬垫及污染物迁移参数表

*注：弥散度α用于计算弥散系数D_m(m²/s)：

式中，v_A为平均流速(m/s)。

图2中各点以渗沥液水头为横坐标，2m压实黏土衬垫的击穿时间为纵坐标，有限元的方法计算出的击穿时间以实心原点标记，相应工况下公式(1)计算得出的击穿时间以实心三角为标记，对比发现，两种算法的结果也是非常接近的，也说明公式(1)的计算精度很高。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。