一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，属于城市生活垃圾填埋场技术领域。该方法主要包括填埋场现场示踪剂注入，下游布置监测井布置，通过注入井和监测井示踪剂浓度取样监测获得其产出曲线，建立示踪剂在填埋场垃圾体中运移的双重介质数学模型，通过该模型反演示踪剂浓度产出曲线，获得裂隙占空隙比w

【技术实现步骤摘要】
一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法


[0001]本专利技术属于城市生活垃圾填埋场流体迁移模拟实验方法领域，尤其涉及一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法。
技术背景
[0002]我国固体废弃物积存量巨大，这些固废在城市及周边乡镇形成了数万座堆填场。垃圾处理过程中会产生成分复杂且高浓度的渗滤液，堆填场的水平衬垫在填埋过程中易发生受力破坏，且由于堆填场导排层快速淤堵导致水头过高，使得渗滤液渗漏的问题非常突出，渗漏点埋深往往超过10米，迫切需要深层渗漏通道探测，以便进行后续修复。
[0003]为了快速、有效地进行修复治理，首先需要查明渗漏发生的位置。然而，运行中的堆填场填埋厚度在几米到几十米不等，无法直接查明渗漏位置。国内外常用的双电极法探测深度不超过3米，主要用于水平衬垫施工期缺陷的探测，难以用于已运行或封场的填埋场渗漏探测；现有高密度电法和地质雷达的探测精度随埋深增大而显著降低，无法满足渗漏通道探测的要求。

技术实现思路

[0004]针对国内填埋场填埋体底部衬垫破损，渗滤液通过渗流通道流向填埋场外污染地下水的情况，本专利技术提供了一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，用于在填埋场渗漏时探测渗漏通道，对于预填埋场修复具有重要意义。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，背景资料整理，实验准备；
[0008]步骤二，现场注入、监测，获得产出曲线；/>[0009]步骤三，根据产出曲线反演计算各点位裂隙占空隙比w
f
，根据裂隙占空隙比w
f
获得渗漏通道。
[0010]作为本专利技术的优选，所述的步骤一具体为：
[0011]步骤1.1，现场资料汇总整理
[0012]获取填埋场有关的水文地质资料，包括地质图、剖面图、现有水井的参数；根据水文地质资料，初步判断填埋场周围地下水流场信息，获取最大地下水埋深数据和水流线方向数据，为注入井和监测井深度提供参考。
[0013]步骤1.2，布设注入井、监测井
[0014]根据填埋场现场条件确定注入井和监测井位置和井深，所述注入井位于填埋场中间位置，监测井位于填埋场下游，垂直于水流线方向，呈“一”字布置；所述的注入井和监测井的井深为超过已知最大地下水埋深以下1m；
[0015]在所述的注入井和监测井内插入内径不小于75mm的井管，其中，注入井井管仅在最后1m开口，监测井井管上全开孔，开孔处包裹滤水段；
[0016]步骤1.3，现场背景调查
[0017]对所有注入井和监测井进行水位调查、水质调查并进行取样检测示踪剂浓度，确定示踪剂浓度背景值。
[0018]作为本专利技术的优选，所述的步骤二具体为：
[0019]步骤2.1，示踪剂用量确定
[0020]首先，建立示踪剂投入量模型：
[0021]M＝μ
·
MDL
·
πR2h
·
φ
[0022]其中，M为示踪剂有效物质加入量；μ为保障系数，一般垃圾填埋场中推荐取值为1
×
10
‑4‑5×
10
‑3；MDL为示踪剂设备最低检出限；R为注入井和监测井之间平均井距；h为垃圾平均有效含水层厚度；为孔隙度；
[0023]步骤2.2，示踪剂注入
[0024]匀速常压注入示踪剂。
[0025]步骤2.3，现场监测
[0026]注入示踪剂后，立即开始对注入井和监测井进行取样监测，污染区域内监测井监测频率不低于1天2次，污染区域外监测井检测频率不低于1天1次，监测时间不低于10天，对水样进行检测。若样品中未检测到示踪剂，则说明填埋场试验区域渗漏不明显，若检测到示踪剂，则根据各个点位各个时间示踪剂的浓度获得各个点位示踪剂产出曲线。
[0027]作为本专利技术的优选，所述的步骤三具体为：
[0028]步骤3.1，建立模型
[0029]根据空隙大小，将饱和垃圾体、岩石和土壤内的空隙分为孔隙与裂隙，建立注入井和监测井的简化模型，所述的简化模型包括水流控制方程和溶质运移控制方程；
[0030]示踪剂在垃圾体和井间迁移的垃圾中水流控制方程为：
[0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]h
w
＝w
f
×
h
wf
+(1
‑
w
f
)
×
h
wm
(7)
[0038]式中，K
wfx
为垃圾裂隙中横向渗透系数，K
wfz
为垃圾裂隙的竖向渗透系数，u
wfx
为液体在垃圾裂隙中横向的速度，u
wfz
为液体在垃圾裂隙中竖向的速度，K
wmx
为垃圾孔隙中横向渗透系数，K
wmz
为垃圾孔隙的竖向渗透系数，u
wmx
为液体在垃圾孔隙中横向的速度，u
wmz
为液
体在垃圾孔隙中竖向的速度，h
wf
为垃圾裂隙的水头，h
wm
为垃圾孔隙的水头，h
w
为填埋体中渗滤液水头，x为水平横向，z为竖直轴向，β为对流交换系数，K为孔隙裂隙交换处的渗透系数，w
f
为裂隙占空隙比；
[0039]示踪剂在剖面迁移的垃圾中溶质运移控制方程为：
[0040][0041][0042]则该路径上的垃圾中溶质运移控制方程为：
[0043][0044][0045]则最终监测井的示踪剂浓度表示为：
[0046][0047][0048]c
w
＝w
f
×
c
wf
+(1
‑
w
f
)
×
c
wm
(18)
[0049]式中，c
wf
为示踪剂在垃圾裂隙中的浓度，D
wfx
为示踪剂在垃圾裂隙中的横向水动力弥散系数，D
wfz
为示踪剂在垃圾裂隙中的竖向水动力弥散系数，c
wm
为示踪剂在垃圾孔隙中的浓度，D
wmx
为示踪剂在垃圾孔隙中的横向扩散系数，D
wmz
为示踪剂在垃圾孔隙中的竖向扩散系数，c
w
为填埋体中示踪剂浓度。
[0050]同理，土壤中水流控制方程为：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057]h
s
＝w
f
×
h
sf
+(1
‑
w
f
)
×
h
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在填埋场布设注入井和若干监测井，并取样检测各个井内的示踪剂浓度，确定背景值；步骤二，在注入井内加入示踪剂，获取不同监测井的产出曲线；步骤三，根据监测井的产出曲线，反演得到注入井到各个监测井路径剖面的地下水流场信息，计算各路径剖面裂隙占空隙比，根据裂隙占空隙比获得渗漏通道。2.根据权利要求1所述的一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，在所述的步骤一之前，还包括：获取填埋场有关的水文地质资料，包括地质图、剖面图、现有水井的参数；根据水文地质资料，初步判断填埋场周围地下水流场信息，获取最大地下水埋深数据和水流线方向数据，为注入井和监测井深度提供参考。3.根据权利要求1所述的一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：步骤1.1，布设注入井、监测井根据填埋场现场条件确定注入井和监测井位置和井深，所述注入井位于填埋场中间位置，监测井位于填埋场下游，垂直于水流线方向，呈“一”字布置；所述的注入井和监测井的井深为超过已知最大地下水埋深以下1m；步骤1.2，插入井管在所述的注入井和监测井内插入内径不小于75mm的井管，其中，注入井井管仅在最后1m开口，监测井井管上全开孔，开孔处包裹滤水段；步骤1.3，水位及示踪剂浓度背景值检测对所有注入井和监测井进行水位调查、水质调查并进行取样检测示踪剂浓度，确定示踪剂浓度背景值。4.根据权利要求1所述的一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：步骤2.1，确定示踪剂用量首先，建立示踪剂总稀释模型：M＝μ
·
MDL
·
πR2h
·
φ其中，M为示踪剂有效物质加入量，单位g；μ为保障系数，一般垃圾填埋场中推荐取值为1
×
10
‑4‑5×
10
‑3；MDL为示踪剂设备最低检出限，单位g/m3；R为注入井和监测井之间平均井距，单位m；h为垃圾平均有效含水层厚度，单位m；为孔隙度；根据示踪剂总稀释模型计算得到M值，确定注入示踪剂的总量；步骤2.2，注入示踪剂将示踪剂匀速常压注入注入井；步骤2.3，现场监测注入示踪剂后，立即开始对监测井进行取样监测，污染区域内监测井监测频率不低于1天2次，污染区域外监测井检测频率不低于1天1次，监测时间不低于10天，对水样进行检测；若样品中未检测到示踪剂，则说明填埋场试验区域渗漏不明显，若检测到示踪剂，则根据各个点位各个时间示踪剂的浓度获得各个点位示踪剂产出曲线。
5.根据权利要求1所述的一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的步骤三具体为：步骤3.1，根据空隙大小，将饱和垃圾体、岩石和土壤内的空隙分为孔隙与裂隙，建立注入井和监测井的简化模型，所述的简化模型包括水流控制方程和溶质运移控制方程；步骤3.2，根据现场水文地质资料调查结果，确定注入点与监测点所在剖面的实际情况，确定填埋场范围、深度、土壤深度，确定剖面图；并且根据现场情况，确定监测井中的水位为土壤水位h
s
或岩石水位h
r
，设置注入边界条件及初始条件，根据土壤、岩石和垃圾中水流控制方程计算剖面流场，调整土壤、岩石和垃圾的孔隙渗透系数和裂隙渗透系数，直至计算所得监测井的水位h
s
或h
r
与水位调查中实测的水位差不超过10％；步骤3.3，根据现场情况，确定监测井中的浓度为土壤浓度c
s
或岩石浓度c
r
，根据饱和垃圾体、岩石和土壤中溶质运移控制方程，计算不同裂隙占空隙比下各监测井中浓度产出曲线；结合监测井实际产出曲线，获得注入井到各个监测井路径剖面的裂隙占空隙比，裂隙占空隙比值越大，说明该流向上裂隙数量越多，将裂隙占空隙比最大的路径作为渗漏通道。6.根据权利要求5所述的一种基于示踪剂运移的填埋体渗漏通道探测方法，其特征在于，所述的简化模型具体为：示踪剂在饱和垃圾体中水流控制方程为：为：为：为：为：为：h
w
＝w
f
×
h
wf
+(1
‑
w
f
)
×
h
wm
式中，K
wfx
为垃圾裂隙中横向渗透系数，K
wfz
为垃圾裂隙的竖向渗透系数，u
wfx
为液体在垃圾裂隙中横向的速度，u
wfz
为液体在垃圾裂隙中竖向的速度，K
wmx
为垃圾孔隙中横向渗透系数，K
wmz
为垃圾孔隙的竖向渗透系数，u
wmx
为液体在垃圾孔隙中横向的速度，u
wmz
为液体在垃圾孔隙中竖向的速度，h
wf
为垃圾裂隙的水头，h
wm
为垃圾孔隙的水头，h
w
为填埋体中渗滤液水头，x为水平横向，z为竖直轴向，β为对流交换系数，K为孔隙裂隙交换处的渗透系数，w
f
为裂隙占空隙比；示踪剂在饱和垃圾体中溶质运移控制方程为：
监测井的示踪剂浓度表示为：监测井的示踪剂浓度表示为：c
w
＝w
f...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海建，费爽珂，陈赟，徐炜众，李红艳，严华祥，丁昊，
申请(专利权)人：浙江大学建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：