城市固体废物(MSW)填埋场中单元覆盖层防渗研究进展

根据世界各国的经验，在未来相当长的时期内，填埋仍将是城市固体废物（MSW）的主要处置方式，但MSW渗滤液的产生及处理不仅加大了填埋场的建设及运行成本，而且也增大了发生二次污染的风险。MSW填埋结构中的单元覆盖层具有防止降水入渗、减少（或消除）渗滤液数量的重要作用，而这种作用能否充分发挥则取决于其渗透性能，因此，单元覆盖层的防渗研究具有重要的实用价值。文章重点介绍了该领域研究已取得的进展，包括阳离子、阴离子、pH及氧化物等对饱和土体渗透性的影响、非饱和土体胀缩行为与渗透性变化的描述及饱和、非饱和土体隔水性能优化等；提出了该领域研究中存在的问题及未来发展方向。     

不同降雨模式下山谷型垃圾填埋场水分运移及其稳定性研究

近10年的运营经验表明,国内南方地区第1批建造的山谷型垃圾填埋场中的渗滤液水位一般较高。同时,现有研究表明,降雨入渗引起渗滤液水位过高是垃圾填埋场失稳的主要诱因之一。因此,研究强降雨条件下山谷型垃圾填埋场的水分运移规律及其稳定性,具有重要的现实意义。基于七子山填埋场浅层、中层和深层垃圾土的土-水特征曲线和Brooks-Corey公式,利用非线性拟合技术得到垃圾土的渗透性函数;运用饱和-非饱和渗流理论,对递减型、中心型、增强型和平均型4种降雨模式下七子山填埋场的水分运移进行了数值计算;利用极限平衡理论,对不同降雨模式下七子山填埋场的稳定性进行了分析。结果表明,降雨模式对山谷型垃圾填埋场内的水分运移规律和填埋场的稳定性有显著的影响,递减型降雨模式下填埋场内孔隙水压的变化最大,同时填埋场稳定系数也下降最为明显,为最不利降雨模式;经历7 d 746 mm的极端强降雨后,七子山填埋场具有极大的失稳隐患。     

垃圾填埋场渗滤液对地下水环境影响的评价

以武汉市二妃山垃圾填埋场为例，阐述了其垃圾填埋场的地形、地貌、水文地质等基本条件，并剖析了垃圾填埋过程中渗滤液产生的机理和特征；采用污染物在饱和与非饱和孔隙介质中迁移的基本方程式，预测评价了其渗滤液垂直下渗锋面影响到下伏含水层所需的时间（年）；根据场地内不同地段影响到含水层时间的长短，对照渗滤液的产生周期，并结合场地及其周边水文地质条件，提出了场地周边及其衬底防止渗滤液下渗的相关措施及对策。     

有机化膨润土处理垃圾渗滤液方法研究

<正>目前,城市生活垃圾的主要处置方法是卫生填埋。但在填埋阶段以及填埋场封场后监管期间产生的垃圾渗滤液,由于有机物繁杂、氨氮浓度高、重金属种类多、水质变化大、后期可生化性差,对其无害化处理作为一项技术难题一直没有     

垃圾破碎和垃圾压实在厌氧渗滤液循环中的作用

通过3个对比反应柱研究了厌氧渗滤液循环中垃圾的破碎和压实对垃圾降解的影响。实验结果显示：在填埋垃圾量和渗滤液循环量相同的条件下，经过60d的厌氧渗滤液循环，对比垃圾柱的出水CODcr浓度为1333．2mg／L，而破碎垃圾柱和压实垃圾柱出水的CODcr浓度分别为582．4mg／L和2112．4mg／L。在厌氧渗滤液循环中，对垃圾进行破碎处理能够加速垃圾的降解，降低垃圾填埋场对地下水的危害；而对垃圾填埋体的压实不利于垃圾的降解，从而增加了垃圾填埋场污染地下水的风险。     

垃圾填埋场对周边地质环境影响与防治对策

垃圾填埋场对周边地质环境的污染越来越受到研究人员的重视,其影响因素复杂,不仅与MSW的性质有关,还与垃圾填埋场的类型及其所处地质环境有密切关系。为分析垃圾填埋场中的渗滤液、重金属以及其他有害物质对周边地质环境(地下水环境、土壤环境)的影响规律,对大量相关文献和实验资料进行研究分析。研究结果表明:渗滤液是垃圾填埋场影响周围地质环境最为重要的因素,对渗滤液污染地表水及地下水情况和防治方法进行了探讨;同样渗滤液也是重金属污染土壤的载体,重金属在土壤剖面中的滞留量一般随深度的增加而逐渐减少;重金属对土壤的污染具有积累性和滞后性特点,随着填埋时间的延长污染加重。最后,根据其污染途径和污染规律,提出了相应具体防治对策。     

上海某生活垃圾填埋场对浅层地下水水质的影响

垃圾填埋是目前处理城市生活垃圾普遍使用的方式,由此产生的垃圾渗滤液成为主要的地下水污染源.本文以上海市某生活垃圾填埋场作为研究对象,研究垃圾填埋对地下水的影响.通过监测该场地垃圾填埋前后2年内场区及周边地下水水质的变化情况,以垃圾填埋前调查区的地下水样品分析结果为本底值,采用本底法对地下水水质进行评价来判定地下水是否受到垃圾渗滤液的影响.评价结果显示,对于本研究的水质动态监测阶段,调查区内的浅层地下水水质暂未受到垃圾渗滤液的影响,个别监测井水质发生较大变化是由于填埋场施工建设过程中,破坏了监测井井盖及挖穿了井边含水层顶层.随着整个垃圾填埋场运行时间的延长,防渗漏措施的有效性以及垃圾渗滤液对周边地下水的影响还需要进一步研究.     

垃圾渗滤液在含水层中的污染规律研究——以阜新市垃圾填埋场为例

垃圾的堆存和填埋会产生大量的渗滤液。渗滤液对垃圾填埋场周围环境能够造成严重污染,尤其使地下水质污染而丧失利用价值。通过阜新市垃圾填埋场现场采集新鲜渗滤液水样、垃圾堆体附近土样的实验研究,获得了新鲜渗滤液的各组分浓度和垃圾堆体附近土壤的性质。结合当地地理气候等情况揭示了垃圾渗滤液中污染溶质在地下水系统中的迁移转化的动态过程,定量化预测了污染范围及时空分布,为研究该地区地下水污染控制、管理和评价提供了可靠依据。     

周口北郊垃圾填埋场渗滤液的渗漏量及COD变化模拟分析

周口北郊垃圾填埋场为非卫生填埋,已对周围地下水环境造成了污染。在建立污染物溶出模式的基础上,分析了该非卫生填埋场垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)的变化规律,用WHI UnSat Suite软件HELP模块估计了停止填埋后的现状和采用地表防渗措施情况下渗滤液的渗漏量。结果表明,周口北郊垃圾在10a垃圾填埋过程中每年有1 000～5 000m3渗滤液进入含水层,其COD质量浓度大致为2 000mg/L。停止垃圾堆放后,在没有覆盖措施条件下,渗滤液渗漏量平均值为2 500m3/a。在垃圾表层铺设防渗措施可有效减少99%的渗漏量,但仍有12m3/a渗滤液渗漏进入含水层。     

基于Green-Ampt模型的饱和-非饱和黄土入渗改进模型及其参数研究

黄土中水分入渗理论分析对预测土体附加变形及强度弱化十分重要,但现有针对均质地基的Green-Ampt入渗分析模型运用于黄土区还有较多不足。基于黄土入渗饱和-非饱和分层假定,考虑入渗过程中土体实际渗透系数随深度的变化,对Green-Ampt模型进行修正,并用实例进行了验证;通过测量累积入渗量和含水率的时变规律,并结合Philip模型与Green-Ampt模型的相关关系及实际渗透系数随时间的变化关系获取模型参数。结果表明,相比于WGAM和Kostiakov模型,修正模型在黄土区的应用效果更好。在修正模型基础上,分析了饱和渗透系数、饱和含水率、初始含水率以及基质吸力对水分入渗深度的影响规律,并对参数的敏感指数进行了分析与对比。发现土体初始和饱和含水率变化对模型计算结果产生较大影响。该模型的建立对黄土地区水分入渗规律相关研究有一定的积极作用。     

Fast water infiltration: a mechanism for fracture formation during land subsidence

A mechanism for fracture generation and for triggering land subsidence is presented. Infiltration through a pre-existing fracture zone into a two-layered system, as well as the deformation of unconsolidated sediments on the land surface, was numerically investigated. The numerical simulation of infiltration is based on a two-phase flow-model concept for porous media, and for the deformation, it is based on a Mohr-Coulomb model concept. Different studies with variations of the fracture parameter and infiltration conditions have been carried out. The infiltration results show that fast infiltration in a partially saturated aquifer leads to land subsidence, extension of pre-existing fractured zones and the generation of new cracks. If the water column is only on the fracture, the clay layer acts like a barrier and inhibits the infiltration through the fracture. If the water column covers the entire surface, the barrier effect is overcome; the infiltration intensity depends on the height of the water column, the fracture permeability and the fracture width. The deformation results show that a strong rainfall event of 2 h leads to deformations that are about 30 % of the vertical and 70 % of the horizontal annual land-subsidence rates.     

水流入渗和气体驱替过程二维问题的耦合求解

采用孔隙介质力学分析方法,把土体骨架、孔隙水和孔隙气体分别作为独立的研究对象,结合孔隙水和孔隙气体在气、液交界面上的力学条件建立耦合方程,研究非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程,为水流入渗问题的求解提供了一种新的方法。将此种方法应用于二维水流入渗问题的数值求解,利用简单的工况校验了这种计算方法的可靠性。通过对砂体和粉煤灰断面进行的二维水流入渗计算表明,孔隙气体的排出过程影响孔隙水的入渗运动。     

基于全耦合的地表径流与土壤水分运动数值模拟

针对降雨径流从坡面流下的过程中会发生下渗,导致土壤水非饱和带含水率增大这一动力学过程,从物理机制上对土壤水和地表水进行耦合,将二维平面地表水模型叠置在土壤水模型的顶部,对土壤水、地表水模型进行相同的空间和时间离散,在模型的计算过程中通过达西流关系对两者之间的水量交换进行计算(双层结点法耦合)或整合离散方程的整体法进行耦合。通过对两种耦合方法的比较以及与前人的实验结果对比,该模型与耦合方法能够准确地模拟和预测地表径流与土壤水分运动过程。研究结果可为分析地表水流与饱和-非饱和带水分与溶质耦合机理提供理论支持。     

Analytical solution to 1D coupled water infiltration and deformation in two‐layer unsaturated soils

An analytical solution to 1D coupled water infiltration and deformation in layered soils is derived using a Laplace transformation. Coupling between seepage and deformation, and initial conditions defined by arbitrary continuous pore‐water pressure distributions are considered. The analytical solutions describe the transient pore‐water pressure distributions during 1D, vertical infiltration toward the water table through two‐layer unsaturated soils. The nonlinear coupled formulations are first linearized and transformed into a form that is solvable using a Laplace transformation. The solutions provide a reliable means of comparing the accuracy of various numerical methods. Parameters considered in the coupled analysis include the saturated permeability (k_s), desaturation coefficient (α), and saturated volumetric water content (θ_s) of each soil layer, and antecedent and subsequent rainfall infiltration rates. The analytical solution demonstrates that the coupling of seepage and deformation plays an important role in water infiltration in layered unsaturated soils. A smaller value of α or a smaller absolute value of the elastic modulus of the soil with respect to a change in soil suction (H) for layered unsaturated soils means more marked coupling effect. A smaller absolute value of H of the upper layer soil also tends to cause more marked coupling effect. A large difference between the saturated coefficients of permeability for the top and bottom soil layers leads to reduced rainfall infiltration into the deep soil layer. The initial conditions also play a significant role in the pore‐water pressure redistribution and coupling effect. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑气压势影响的降雨入渗数值模拟研究

利用一维下渗模型的数值模拟方法研究下渗试验过程中气压势与饱和水力传导度K_s的关系。数值分析表明,可通过由下渗过程中表层湿润的饱和度来折减K_s值的途径考虑气压势的影响,从而改进计算方法。下渗试验的模拟计算结果表明,改进后的方法比常用的方法有更高的精度。     

含水层和土壤的随机特征对水分运动的影响

将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。     

基于原位双环、试坑浸水试验和数值模拟反演的Q3黄土饱和渗透系数对比研究

为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数,进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演,并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验,获取了竖向饱和渗透系数,并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线;应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟,检验了所测饱和渗透系数的可靠性,利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值,并利用反演结果对试坑进行数值模拟,将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明：在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验,数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数,竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证,检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。     

基于Green-Ampt模型的多层结构边坡降雨入渗改进计算方法及稳定性影响研究

降雨作用下,边坡土体的饱和度及含水率升高,基质吸力减小。随着降雨历时的增长,雨水入渗深度对坡体的稳定性产生影响。然而传统多层结构边坡的入渗计算方法并未考虑随入渗深度不断变化的基质吸力与层间积水点的形成,且忽略饱和层内沿坡体层面流动的部分雨水对入渗过程的影响,亦未考虑潜在滑动面位置随降雨历时的变化。将入渗过程分解为若干个子过程,并基于Green-Ampt（G-A）入渗模型对传统多层结构边坡的入渗计算方法进行改进,以对每个子过程进行求解,最后将其合并为整体入渗过程的解。在此基础上对层间积水点的形成时刻进行计算,进而分析雨水入渗深度与时间的关系,并研究降雨强度与雨水入渗深度对边坡不同位置处（湿润锋、饱和层）稳定系数和滑动面位置的影响。研究表明:（1）基于G-A模型的改进计算方法所得结果比传统多层结构边坡入渗计算方法所得结果更接近于数值模拟结果。（2）对于多层结构土质边坡,其安全系数随着雨水入渗深度的增加不断降低,并且在层间积水点形成时产生突变现象。（3）随着降雨历时和降雨强度的增大,边坡中潜在滑动面位置会产生变化,前期潜在滑动面位置出现在湿润锋处,后期则出现在饱和层交界面处。该方法提高了多层结构边坡传统降雨入渗计算方法的精度,更加全面的对多层结构边坡的稳定性进行评价,其工程应用范围亦得到进一步扩大     

基于HYDRUS-2D的渗滤池回灌地下水数值模拟研究

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施。深入研究渗滤池回灌过程机理,基于Hydrus-2D,结合具体渗滤池回灌算例,建立渗滤池回灌的二维饱和-非饱和渗流数值模型。模拟结果表明：回灌水入渗形成的＂湿润峰＂逐渐向饱和带移动,同时饱和带的浸润线逐渐上升,形成不断扩大的饱和区,直到形成一个连续的饱和带。回灌水出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,回灌水入渗速率随时间变化的这一特征与Green-Ampt入渗模型的结论是一致的。     

Development of a technique for modelling clay liner desiccation

This paper presents a model for the analysis of clay liner desiccation in a landfill barrier system due to temperature effects. The model incorporates consideration of fully coupled heat‐moisture‐air flow, a non‐linear constitutive relationship, the dependence of void ratio and volumetric water content on stress, capillary pressure and temperature, and the effect of mechanical deformation on all governing equations. Mass conservative numerical schemes are proposed to improve the accuracy of the finite element solution to the governing equations. The application of the model is then demonstrated by examining three test problems, including isothermal infiltration, heat conduction and non‐isothermal water and heat transport. Comparisons are made with results from literature, and good agreement is observed. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.