固體廢物填埋場地下水量計算及排水設(shè)計合理性分析

王春紅，羅廣玖，胡愛國

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊，四川 德陽 618000)

固體廢物填埋場地下水量計算及排水設(shè)計合理性分析

王春紅，羅廣玖，胡愛國

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊，四川 德陽 618000)

固體廢物填埋場的選址和設(shè)計需考慮地下水問題，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)固體廢物填埋場內(nèi)的地下水位應(yīng)低于填埋坑底1.5 m，如何確保填埋場運行時填埋場內(nèi)的地下水位低于填埋坑底1.5m，是填埋場規(guī)劃時必須解決的問題。本文對固體廢物填埋場區(qū)內(nèi)地水水量進(jìn)行計算分析，利用場區(qū)周邊水位監(jiān)測數(shù)據(jù)反推場區(qū)內(nèi)一次降雨后的入滲系數(shù)，并結(jié)合降水入滲系數(shù)的經(jīng)驗值來確定場區(qū)內(nèi)的入滲系數(shù)取值，并計算場區(qū)內(nèi)地下水來水量。最終結(jié)合場地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及地下水來水量計算結(jié)果，按500 a一遇暴雨頻率下場區(qū)地下水補(bǔ)給量為4 455 m3/d進(jìn)行排水設(shè)計，在坑底四周修建滲水溝，采用卵石回填滲水溝，在滲水溝內(nèi)放置5根PVC管，并在填埋場坑底靠基巖處布設(shè)多排集水孔進(jìn)行排水。排水工程施工后對坑底地下水位進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示地下水位均低于坑底1.5 m，且有較高的安全距離，滿足固體廢物的填埋處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到了對填埋場坑底排水的效果。

排水方案；入滲系數(shù)；地下水水量；固體廢物填埋場

1 試驗場地基本條件

1.1 試驗場基本情況

試驗場地修建在山區(qū)，長為80 m，其中寬為25 m(如圖)，填埋場深4.0 m，填埋場四壁及坑底均為頁巖，在填埋場四周布置了4個地下水位監(jiān)測井和1個雨量監(jiān)測器。

圖1 試驗場平面圖

1.2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)具有南北高、中間低，西部高、東部低的特征，屬于中淺切割中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)主要為斜坡地貌及河流侵蝕基座階地地貌。

場區(qū)基巖為灰紫色泥質(zhì)頁巖，場區(qū)周邊坡積物厚度0.0～20.0 m，其砂土成分較多，夾有塊粒徑較小的碎石，且混雜一些較大的石塊。殘積物位于山頂基巖以上，且小面積出露，主要成分為泥巖風(fēng)化產(chǎn)物，厚度0.5～3.0 m。

1.3 水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)地下水主要由大氣降水入滲補(bǔ)給，場區(qū)內(nèi)年最大日降雨量為96.1 mm。一年中降雨期集中在7～9月份，占全年降雨量的60%以上。降水在山頂、山坡部位入滲，通過風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙和層面裂隙，由坡頂向下運移，補(bǔ)給到坡積物及沖洪積物，在局部可形成上層滯水。區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式有：蒸發(fā)(包括植物蒸騰)排泄、泉水排泄。

填埋場含水(導(dǎo)水)介質(zhì)包括坡積物及沖洪積物，厚度1.0～20.0 m。補(bǔ)給以降雨入滲為主，斜坡為地下水的徑流帶，地形切割深，地形坡度大，溝谷的坡降較大，地下水的徑流較快，徑流交換條件良好。局部有上層滯水，地下水在半坡有泉水形式出露，坡腳及溝谷為地下水的排泄區(qū)。

2 場區(qū)地下水計算

地下水埋藏較淺的地區(qū)，降雨入滲補(bǔ)給為地下水主要的補(bǔ)給來源[1-2]，場區(qū)內(nèi)及周邊無水庫、水塘等，因此場區(qū)的地下水主要由降雨入滲補(bǔ)給。降水入滲補(bǔ)給量的計算，是地下水資源評價的重要組成部分[3-4]，降雨時，一部分產(chǎn)生地表徑流，其余部分滲入包氣帶，入滲的水分，一部分會滯留于包氣帶中，一部分在雨后通過蒸發(fā)、蒸騰返回大氣圈，部分下滲的給地下水含水層。大氣降水對地下水的轉(zhuǎn)化量主要是采用水均衡法來計算，但此方法需要多年降雨資料，由于場區(qū)內(nèi)缺乏長期降雨及地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，無法采用該方法來計算場區(qū)內(nèi)的地下水補(bǔ)給量。依據(jù)王大純等[5-6]研究，降水入滲系數(shù)是降水滲量與降水量的比值，可以利用地下水位動態(tài)觀測資料確定降水入滲系數(shù)，同時也可以結(jié)合《水文地質(zhì)手冊》[7]中降水入滲系數(shù)的經(jīng)驗取值。本次計算場區(qū)內(nèi)地下水水量主要是采用降水入滲補(bǔ)給量法計算一次降雨后降雨補(bǔ)給地下水水量，采用試驗場區(qū)內(nèi)周邊已有的降雨量及水位監(jiān)測數(shù)據(jù)來反算場區(qū)內(nèi)一次降雨后的降水入滲系數(shù)。

2.1 降雨量計算

場區(qū)內(nèi)無長期實測的降雨資料，故利用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》[8]計算不同頻率下的降雨量。根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》提供的等值線圖及各有關(guān)計算公式，確定計算流域的暴雨特征值及相應(yīng)的變異系數(shù)、計算暴雨指數(shù)，由皮爾遜Ⅲ型頻率表查出設(shè)計頻率的值，計算500 a一遇頻率的日最大降雨雨量469.43 mm，1 000 a一遇頻率的日最大降雨雨量513.24 mm。

2.2 降雨入滲系數(shù)計算

根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》[7]降水入滲系數(shù)是降水入滲量與降水量的比值，由于場區(qū)已開挖至基巖，坑內(nèi)比地面低，降雨后一部分水進(jìn)入地下的水通入裂隙匯集到坑內(nèi)。選用類比法來計算降雨入滲系數(shù)，本次采用試驗場區(qū)內(nèi)4口監(jiān)測井所監(jiān)測到的地下水位及觀測到的雨量數(shù)進(jìn)行分析，選用一次降水(包括一日降水或連續(xù)多日降水)后出現(xiàn)水位高于坑底的降水量及監(jiān)測水位數(shù)據(jù)，作為計算本次降雨入滲系，即降水量與坑內(nèi)水量之比為降雨入滲系數(shù)，本次計算選用5組數(shù)據(jù)分析場區(qū)內(nèi)降雨入滲系數(shù)，其分析結(jié)果見表1，采用類比法算得場區(qū)降雨入滲系數(shù)類取0.13。根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》[7]入滲系數(shù)的經(jīng)驗取值(半堅硬巖石)為0.1～0.15，最終確定降雨入滲系數(shù)取0.13。

ɑ=H·S/(h·Sk)

式中：ɑ為降雨入滲系數(shù)；H為降水量(m)；h為坑內(nèi)水位(m)；Sk為坑內(nèi)浸水面積(m2)；S為降水補(bǔ)給面積(m2)。

表1 類比法算降雨入滲系數(shù)計算結(jié)果表

2.3 地下水水量計算

對已有的降雨量及水位監(jiān)測數(shù)進(jìn)行分析，降雨后場區(qū)周圍4口濫測井的水位并沒有與降雨同步變化，說明場區(qū)的地下水的入滲是有一定的滯后作用，一般雨后24 h水位上升比較明顯?！端牡刭|(zhì)手冊》[13]中降雨入滲量采用年最大降雨量計算，考慮到場區(qū)為固體廢物填埋場工程，因此本次計算地下水水量采的不同頻率最大日降雨量。場區(qū)地下水水量計算，不同設(shè)計頻率地下水補(bǔ)給量計算見表2。

Q=S·ɑ·H24

式中：Q為日平均降水入滲補(bǔ)給量(m3/d)；S為降水入滲的面積(m2)；ɑ為降雨入滲系數(shù)；H24為日最大降水量(m)。

通過上面公式計算降水入滲補(bǔ)給量見表2。

表2 不同頻率的地下水補(bǔ)給量計算結(jié)果表

3 場區(qū)排水設(shè)計

通過前面對場地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及地下水的計算，按500 a一遇暴雨頻率下場區(qū)地下水補(bǔ)給量為4 455 m3/d進(jìn)行排水設(shè)計，通過計算，分別在坑底四周修建滲水溝，采用卵石回填滲水溝，并在滲水溝內(nèi)放置了5根PVC管，在填埋場坑底靠基巖的地方布設(shè)多排集水孔，底部再布置排水孔(見圖2)。布設(shè)的集水孔主要是用來收集靠山側(cè)進(jìn)入坑內(nèi)的基巖裂隙水，基巖裂隙水通過集水孔排入坑內(nèi)的滲水溝內(nèi)，地下水再通過滲水溝匯到坑內(nèi)的另一側(cè)，并通過排水孔將地下水排至場地外圍。為了檢驗排水方案的效果，在坑內(nèi)滲水溝底預(yù)埋6支滲壓計。

圖2 試驗場排水平面圖

4 結(jié)語

采用降水入滲補(bǔ)給量法計算一次降雨后降雨補(bǔ)給地下水水量，并結(jié)合降水入滲系數(shù)的經(jīng)驗值來確定場區(qū)內(nèi)的入滲系數(shù)取值。結(jié)合場區(qū)內(nèi)的地下水來水量最終確定采用坑底滲水溝進(jìn)行排水可以達(dá)到降水的目的。排水工程施工后對坑底地下水位進(jìn)行了監(jiān)測，每天監(jiān)測一次，監(jiān)測時間為一個水文，地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析見圖3。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，(1)除前期受施工影響地下水位變化幅度較大外，其余時間地下水位變化幅度較小，最后趨于平穩(wěn)；(2)坑底的地下水位變化較平穩(wěn)，反映了坑底地下水流動平緩，巖層滲透性小的特點，這與填埋坑四壁及底部均為頁巖有關(guān)；(3)P3、P4點所在地勢高，其地下水位也高，P1、P6點所在地勢低，其地下水位也低；(4)地下水位均低于坑底1.5 m，且有較高的安全距離，滿足固體廢物的填埋處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到了對填埋場坑底排水的效果。

圖3 地下水位-時間曲線

[1]于秋春，等.平原區(qū)模擬降雨對地下水的入滲補(bǔ)給實驗研究.水利水電技術(shù).1995(9)：2-5.

[2]張平，李日運.降雨入滲補(bǔ)給地下水的影響因素.遼寧大學(xué)學(xué)報.1999(2):118-122.

[3]張志才，陳喜.降雨入滲補(bǔ)給量的數(shù)值模擬研究.數(shù)學(xué)模擬技術(shù).2013(5)：405-408.

[4]汪丙國.地下水補(bǔ)給評價方法研究.中國地質(zhì)大學(xué).2008.

[5]王大純，等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社.1995.

[6]李金柱.降水入滲補(bǔ)給系數(shù)綜合分析.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2009.36(2):29-33.

[7]汪民，等.水文地質(zhì)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社.2012.

[8]沈躍明，等.四川省中小流域暴雨洪水計算手冊.1984.

2017-04-07

王春紅(1982-)，女，江西樟樹人，工程師，主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)相關(guān)工作。

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1004-1184(2017)04-0093-02