固体废物填埋场地下水量计算及排水设计合理性分析

2017-08-28王春红罗广玖胡爱国

地下水 2017年4期

关键词：补给量坑底场区

王春红，罗广玖，胡爱国

(四川省核工业地质局二八二大队，四川德阳 618000)

固体废物填埋场地下水量计算及排水设计合理性分析

王春红，罗广玖，胡爱国

(四川省核工业地质局二八二大队，四川德阳 618000)

固体废物填埋场的选址和设计需考虑地下水问题，按照相关标准固体废物填埋场内的地下水位应低于填埋坑底1.5 m，如何确保填埋场运行时填埋场内的地下水位低于填埋坑底1.5m，是填埋场规划时必须解决的问题。本文对固体废物填埋场区内地水水量进行计算分析，利用场区周边水位监测数据反推场区内一次降雨后的入渗系数，并结合降水入渗系数的经验值来确定场区内的入渗系数取值，并计算场区内地下水来水量。最终结合场地工程地质条件、水文地质条件及地下水来水量计算结果，按500 a一遇暴雨频率下场区地下水补给量为4 455 m3/d进行排水设计，在坑底四周修建渗水沟，采用卵石回填渗水沟，在渗水沟内放置5根PVC管，并在填埋场坑底靠基岩处布设多排集水孔进行排水。排水工程施工后对坑底地下水位进行监测，结果显示地下水位均低于坑底1.5 m，且有较高的安全距离，满足固体废物的填埋处置相关标准的要求，达到了对填埋场坑底排水的效果。

排水方案；入渗系数；地下水水量；固体废物填埋场

1 试验场地基本条件

1.1 试验场基本情况

试验场地修建在山区，长为80 m，其中宽为25 m(如图)，填埋场深4.0 m，填埋场四壁及坑底均为页岩，在填埋场四周布置了4个地下水位监测井和1个雨量监测器。

图1 试验场平面图

1.2 工程地质条件

场区具有南北高、中间低，西部高、东部低的特征，属于中浅切割中低山区，区内主要为斜坡地貌及河流侵蚀基座阶地地貌。

场区基岩为灰紫色泥质页岩，场区周边坡积物厚度0.0～20.0 m，其砂土成分较多，夹有块粒径较小的碎石，且混杂一些较大的石块。残积物位于山顶基岩以上，且小面积出露，主要成分为泥岩风化产物，厚度0.5～3.0 m。

1.3 水文地质条件

场区内地下水主要由大气降水入渗补给，场区内年最大日降雨量为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。降水在山顶、山坡部位入渗，通过风化裂隙、构造裂隙和层面裂隙，由坡顶向下运移，补给到坡积物及冲洪积物，在局部可形成上层滞水。区内地下水的主要排泄方式有：蒸发(包括植物蒸腾)排泄、泉水排泄。

填埋场含水(导水)介质包括坡积物及冲洪积物，厚度1.0～20.0 m。补给以降雨入渗为主，斜坡为地下水的径流带，地形切割深，地形坡度大，沟谷的坡降较大，地下水的径流较快，径流交换条件良好。局部有上层滞水，地下水在半坡有泉水形式出露，坡脚及沟谷为地下水的排泄区。

2 场区地下水计算

地下水埋藏较浅的地区，降雨入渗补给为地下水主要的补给来源[1-2]，场区内及周边无水库、水塘等，因此场区的地下水主要由降雨入渗补给。降水入渗补给量的计算，是地下水资源评价的重要组成部分[3-4]，降雨时，一部分产生地表径流，其余部分渗入包气带，入渗的水分，一部分会滞留于包气带中，一部分在雨后通过蒸发、蒸腾返回大气圈，部分下渗的给地下水含水层。大气降水对地下水的转化量主要是采用水均衡法来计算，但此方法需要多年降雨资料，由于场区内缺乏长期降雨及地下水位监测数据，无法采用该方法来计算场区内的地下水补给量。依据王大纯等[5-6]研究，降水入渗系数是降水渗量与降水量的比值，可以利用地下水位动态观测资料确定降水入渗系数，同时也可以结合《水文地质手册》[7]中降水入渗系数的经验取值。本次计算场区内地下水水量主要是采用降水入渗补给量法计算一次降雨后降雨补给地下水水量，采用试验场区内周边已有的降雨量及水位监测数据来反算场区内一次降雨后的降水入渗系数。

2.1 降雨量计算

场区内无长期实测的降雨资料，故利用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》[8]计算不同频率下的降雨量。根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》提供的等值线图及各有关计算公式，确定计算流域的暴雨特征值及相应的变异系数、计算暴雨指数，由皮尔逊Ⅲ型频率表查出设计频率的值，计算500 a一遇频率的日最大降雨雨量469.43 mm，1 000 a一遇频率的日最大降雨雨量513.24 mm。

2.2 降雨入渗系数计算

根据《水文地质手册》[7]降水入渗系数是降水入渗量与降水量的比值，由于场区已开挖至基岩，坑内比地面低，降雨后一部分水进入地下的水通入裂隙汇集到坑内。选用类比法来计算降雨入渗系数，本次采用试验场区内4口监测井所监测到的地下水位及观测到的雨量数进行分析，选用一次降水(包括一日降水或连续多日降水)后出现水位高于坑底的降水量及监测水位数据，作为计算本次降雨入渗系，即降水量与坑内水量之比为降雨入渗系数，本次计算选用5组数据分析场区内降雨入渗系数，其分析结果见表1，采用类比法算得场区降雨入渗系数类取0.13。根据《水文地质手册》[7]入渗系数的经验取值(半坚硬岩石)为0.1～0.15，最终确定降雨入渗系数取0.13。

ɑ=H·S/(h·Sk)

式中：ɑ为降雨入渗系数；H为降水量(m)；h为坑内水位(m)；Sk为坑内浸水面积(m2)；S为降水补给面积(m2)。

表1 类比法算降雨入渗系数计算结果表

2.3 地下水水量计算

对已有的降雨量及水位监测数进行分析，降雨后场区周围4口滥测井的水位并没有与降雨同步变化，说明场区的地下水的入渗是有一定的滞后作用，一般雨后24 h水位上升比较明显。《水文地质手册》[13]中降雨入渗量采用年最大降雨量计算，考虑到场区为固体废物填埋场工程，因此本次计算地下水水量采的不同频率最大日降雨量。场区地下水水量计算，不同设计频率地下水补给量计算见表2。

Q=S·ɑ·H24

式中：Q为日平均降水入渗补给量(m3/d)；S为降水入渗的面积(m2)；ɑ为降雨入渗系数；H24为日最大降水量(m)。

通过上面公式计算降水入渗补给量见表2。

表2 不同频率的地下水补给量计算结果表

3 场区排水设计

通过前面对场地工程地质条件、水文地质条件及地下水的计算，按500 a一遇暴雨频率下场区地下水补给量为4 455 m3/d进行排水设计，通过计算，分别在坑底四周修建渗水沟，采用卵石回填渗水沟，并在渗水沟内放置了5根PVC管，在填埋场坑底靠基岩的地方布设多排集水孔，底部再布置排水孔(见图2)。布设的集水孔主要是用来收集靠山侧进入坑内的基岩裂隙水，基岩裂隙水通过集水孔排入坑内的渗水沟内，地下水再通过渗水沟汇到坑内的另一侧，并通过排水孔将地下水排至场地外围。为了检验排水方案的效果，在坑内渗水沟底预埋6支渗压计。

图2 试验场排水平面图

4 结语

采用降水入渗补给量法计算一次降雨后降雨补给地下水水量，并结合降水入渗系数的经验值来确定场区内的入渗系数取值。结合场区内的地下水来水量最终确定采用坑底渗水沟进行排水可以达到降水的目的。排水工程施工后对坑底地下水位进行了监测，每天监测一次，监测时间为一个水文，地下水位监测数据的分析见图3。通过监测数据表明，(1)除前期受施工影响地下水位变化幅度较大外，其余时间地下水位变化幅度较小，最后趋于平稳；(2)坑底的地下水位变化较平稳，反映了坑底地下水流动平缓，岩层渗透性小的特点，这与填埋坑四壁及底部均为页岩有关；(3)P3、P4点所在地势高，其地下水位也高，P1、P6点所在地势低，其地下水位也低；(4)地下水位均低于坑底1.5 m，且有较高的安全距离，满足固体废物的填埋处置相关标准的要求，达到了对填埋场坑底排水的效果。