一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法技术

本发明专利技术公开了一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法。在设计阶段就考虑到防污屏障寿命历程的所有环节，将主要相关因素在垃圾填埋场防污屏障设计分阶段得到综合规划和优化的一种设计思想，设计的防污屏障中的各部分，例如填埋体高度和面积、土工膜寿命、渗滤液收集系统、衬垫层环境土工特性，在设计阶段就考虑其寿命周期过程，通过优化设计使得防污屏障在其填埋场全生命周期内达到很好的服役表现，使其服役寿命大于填埋场运行时间和固废稳定化时间之和。本发明专利技术能够在填埋场不同水头负荷情况下设计出可全寿命服役的防污屏障，且设计方法可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法
本专利技术涉及了一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法，在填埋场设计阶段就考虑其寿命周期过程，通过优化设计使得整个防污屏障在其全寿命服役期间达到很好的服役表现。
技术介绍
：填埋场的防污屏障系统布设于填埋场的底部和四侧，用于隔离垃圾产生的渗滤液对填埋场四周的土壤和地下水造成污染。防污屏障的主要防渗材料包括天然或压实黏土、土工膜和土工聚合黏土衬垫。国内外填埋场防渗屏障有以下四种典型结构：天然压实粘土屏障、高密度聚乙稀土工膜与压实粘土衬垫组成的复合屏障系统、高密度聚乙稀土工膜与土工复合膨润土衬垫组成的复合屏障系统、高密度聚乙稀土工膜单层防渗结构。然而国内垃圾填埋场的很大部分对周边水体或土体造成了明显的污染，2002年国家环保局统计85％以上的填埋场对周边环境造成了污染。现有屏障的设计方法主要参考了欧美低厨余垃圾填埋场的设计标准，其针对的作用在屏障上方的水头在30cm以内，且仅对防污屏障的材料性质进行规定，如材料的厚度和渗透性能。我国填埋场厨余垃圾含量高，渗滤液产量大，污染物浓度高，导排层易淤堵，这导致渗滤液水位往往可达填埋高度的1/3以上。因此，现有的防污屏障设计方法不足以满足填埋场地下水土污染防控的要求。防污屏障的设计应符合填埋场总体设计的要求，并满足在填埋场使用期限及其封场后发挥有效的防渗和防污功能，实现全寿命服役。垃圾填埋场防污屏障的全寿命服役指在设计阶段就考虑到防污屏障寿命历程的所有环节，将主要相关因素在垃圾填埋场防污屏障设计分阶段得到综合规划和优化的一种设计思想。这些因素包括填埋体高度和面积、土工膜寿命、渗滤液收集系统导排性能、衬垫层环境土工特性等。根据这些因素的不同组合，通过污染物运移分析模型对防污屏障进行优化设计使得防污屏障的服役寿命大于填埋场运行时间和固废稳定化时间之和，确保在填埋场全生命周期内渗滤液污染物不对地下水土造成污染。目前在填埋场设计阶段由于缺乏全寿命服役的设计思想，导致防污屏障的材料和结构型式设计不能保证其在我国高水位填埋场的全寿命服役。因此，非常有必要提出一种设计全寿命服役防污屏障的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法，针对国内填埋场填埋体高水位导致防污屏障被击穿污染地下水的情况，用于在填埋场初步设计阶段就考虑防污屏障全寿命服役，对于预防具有重要意义。本专利技术通过以下技术方案实现：步骤1)：防污屏障物理模型构建基于初步设计的填埋场规模，确定填埋场的最大填埋厚度HD(m)。根据国内典型填埋场的水头负荷曲线及指示性污染物氯离子浓度变化图确定作用于复合衬垫上的荷载。选取防污屏障中的各部分，例如填埋体高度和面积、土工膜、渗滤液收集系统、防渗衬垫等参数，根据国内外土工膜漏洞情况，选取平坦土工膜及有褶皱土工膜上的漏洞数量与大小；步骤2)：计算防污屏障服役性能构建好防污屏障物理模型及其参数设定后，进行模型计算：步骤2.1)：计算防污屏障渗漏率复合衬垫的渗漏率按下式计算：当土工膜无褶皱复合衬垫：②土工膜和土质防渗层接触良好：Q＝0.21a0.1hw0.9k0.74(1)②土工膜和土质防渗层接触不良：Q＝1.15a0.1hw0.9k0.74(2)式中：a——土工膜中圆形缺陷面积(m2)；hw——土工膜上方水头(m)；k——土质防渗层的渗透系数(m/s)；当土工膜存在褶皱复合衬垫：式中：L——与漏洞相连接的褶皱长度(m)；b——褶皱的宽度的一半(m)；θ——土工膜层与粘土衬垫界面的导水系数(s-1)。步骤2.2)：计算防污屏障击穿时间复合衬垫的污染物击穿时间按下式计算：式中：Cb——防污屏障底部污染物击穿浓度(mg/L)；C0——渗滤液污染物初始浓度(mg/L)；va——达西流速(m/s)；Sgf——土工膜和相连介质孔隙流体之间的分配系数；PLg——土工膜Peclet数；PLs——压实粘土衬垫Peclet数；D——水动力弥散系数(m2/s)；Dg——污染物在土工膜中的扩散系数(m2/s)；z——深度(m)；Lg——土工膜厚度(m)；Ls——压实粘土衬垫厚度(m)；vs——渗流速度(m/s)；tb——指示性污染物击穿时间(a)；TR——时间因子。步骤3)：评价防污屏障服役性能根据计算得到的不同工况下的防污屏障击穿时间，绘制各型式全寿命防污屏障的击穿曲线。利用各型式全寿命防污屏障的击穿曲线，通过理论分析可获得在各类工况下满足全寿命服役的防污屏障型式，从而在填埋场的设计阶段就可选择全寿命服役防污屏障型式。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够在考虑填埋场高水位情况下设计可全寿命服役的防污屏障。本专利技术可利用各型式全寿命防污屏障的击穿曲线，通过理论分析可获得在各类工况下满足全寿命服役的防污屏障型式，从而在填埋场的设计阶段就可选择全寿命服役防污屏障型式。并且通过数值模拟与理论计算相互比较，本专利技术方法具有良好的可靠性。附图说明图1是本专利技术计算填埋场全寿命服役屏障方法的流程图。图2是本专利技术计算模型。图3是本专利技术计算模型水头负荷曲线图。图4是本专利技术计算模型指示性污染物氯离子浓度变化图。具体实施方案下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不限于本专利技术的实施范围。本专利技术主要是根据填埋场初步设计阶段确定填埋规模，得到垃圾的最大堆填厚度，设计选用的防污屏障类型，确定作用在防污屏障上的载荷，及其各部分功能区参数作为不同工况，结合填埋场的服役历程，计算防污屏障的渗漏率及击穿时间，绘制不同工况下防污屏障的服役曲线，选取出满足全寿命服役防污屏障型式。本专利技术以下以氯离子作为指示性污染物在防污屏障中运移作为实施例，进一步阐释本专利技术：如图1所示，本专利技术分为三个步骤，步骤1为防污屏障物理模型的构建，主要确定了防污屏障的型式及参数、指示性污染物氯离子浓度及导排层水头；步骤2为计算防污屏障服役性能，主要为计算防污屏障渗漏率及击穿时间；步骤三为评价防污屏障服役性能，根据衬垫类型及击穿时间绘制服役曲线图，根据全寿命服役标准进行评价，满足全寿命服役条件的屏障型式即为该工况下的全寿命服役屏障，否则需重新修改步骤1中模型参数进行重复计算和评价。步骤1)：防污屏障物理模型构建如图2所示，本专利技术的防污屏障服役模型主要有以下部分组成：天然衰减层1，压实黏土衬垫2，土工膜3，渗沥液导排层4，反滤层5组成。具体工况及参数取值：土工膜厚度Lg＝0.0015m,压实黏土厚度Ls＝0.6m～0.75m，天然衰减层的厚度为1～3m。氯离子在压实黏土中的渗透系数为1×10-9m/s；在天然衰减层中的渗透系数为1×10-7m/s。氯离子在土工膜上的扩散系数为Dg＝1.6×10-6m2/s,在压实黏土衬垫中的弥散系数为0.02m2/a,在天然衰减层的弥散系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法，其特征在于，根据填埋场初步设计阶段确定的填埋规模，得到垃圾的最大堆填厚度，设计选用的防污屏障类型，确定作用在防污屏障上的载荷，及设定防污屏障各部分功能区参数作为不同工况，结合填埋场的服役历程，计算防污屏障的渗漏率及击穿时间，绘制不同工况下防污屏障的服役曲线，选取出满足全寿命服役防污屏障型式。/n

【技术特征摘要】
1.一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法，其特征在于，根据填埋场初步设计阶段确定的填埋规模，得到垃圾的最大堆填厚度，设计选用的防污屏障类型，确定作用在防污屏障上的载荷，及设定防污屏障各部分功能区参数作为不同工况，结合填埋场的服役历程，计算防污屏障的渗漏率及击穿时间，绘制不同工况下防污屏障的服役曲线，选取出满足全寿命服役防污屏障型式。


2.如权利要求1所述的一种设计填埋场全寿命服役屏障的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1)：防污屏障物理模型构建
基于初步设计的填埋场规模，确定填埋场的最大填埋厚度HD(m)；根据国内典型填埋场的水头负荷曲线及指示性污染物氯离子浓度变化图确定作用于复合衬垫上的荷载；选取防污屏障中的各部分包括填埋体高度和面积、土工膜、渗滤液收集系统、防渗衬垫的参数，根据国内外土工膜漏洞情况，选取平坦土工膜及有褶皱土工膜上的漏洞数量与大小；
步骤2)：计算防污屏障服役性能
构建好防污屏障物理模型及其参数设定后，进行模型计算：
步骤2.1)：计算防污屏障渗漏率
复合衬垫的渗漏率按下式计算：
当土工膜无褶皱复合衬垫：
①土工膜和土质防渗层接触良好：
Q＝0.21a0.1hw0.9k0.74(1)
②土工膜和土质防渗层接触不良：
Q＝1.15a0.1hw0.9k0.74(2)
式中：a——土工膜中圆形缺陷面积(m2)；hw——土工膜上方水头(m)；k——土质防渗层的渗透系...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家葳，谢海建，丁昊，兰吉武，王亮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33