本课题将通过非饱和垃圾土水、气运动参数的测试和垃圾填埋单元的模型试验研究,进一步揭示垃圾填埋场中的水、气运动规律;在此基础上,建立非饱和垃圾土水-气耦合运动模型,并对降雨入渗和内部产气条件下垃圾填埋场中水、气运移进行模拟,以获得垃圾填埋场的安定性和环境效应评价的关键指标,以及渗滤液(或填埋气)收集和排放系统的合理设计参数。本课题的研究不仅是合理分析和评价已建垃圾填埋场的安定性和环境效应的重要基础,而且是合理设计现代卫生垃圾填埋场的重要依据。本课题的研究将促进人们对高度非均质材料的水、气运动特性深入认识,推动非饱和土中水-气耦合运移理论发展和完善。
垃圾填埋场水、气运移规律是渗滤液产量预测及控制、填埋气体污染控制及回收利用设施设计的重要依据。本课题针对我国城市生活垃圾组分,自主研制了大尺寸压缩-渗透仪和导气系数测试装置,测试了垃圾的持水特性、导水特性和导气特性。在此基础上,提出了垃圾填埋场水分运移的数值分析方法,建立了填埋气体运移计算模型,获得了分层填埋垃圾体中气体稳态和瞬态运移问题的数值解。利用上述计算模型和分析方法,结合现场渗滤液水头场和气压场监测,深入揭示了填埋场中水、气运移规律。主要研究成果包括(1)获得了我国垃圾的进气值、残余含水量和田间持水量等特征指标;(2)获得我国垃圾的导水系数和导气系数取值范围,发现垃圾导气系数与饱和度在半对数坐标系中呈分段线性关系,其分界点恰好是田间持水量;(3)揭示了雨污分流措施不当和渗滤液导排系统淤堵是造成我国南方山谷型垃圾填埋场渗滤液水位过高的主要原因,以及中间低渗透性覆盖层之上可能存在显著的上层滞水;(4)发现导气井长度是控制抽气影响范围的关键参数,低渗透性封顶覆盖层是提高填埋气体收集率的重要措施,建议抽气井长度取65%-75%的垃圾体厚度,抽气井间距取1.5-2.5倍抽气井长度。