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)標準固體廢物填埋場內(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)地下水補給量為4 455 m3/d進行排水設(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)多排集水孔進行排水。排水工程施工后對坑底地下水位進行監(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)標準的要求，達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，通過風化裂隙、構(gòu)造裂隙和層面裂隙，由坡頂向下運移，補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(導水)介質(zhì)包括坡積物及沖洪積物，厚度1.0～20.0 m。補給以降雨入滲為主，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)，降雨入滲補給為地下水主要的補給來源[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給。降水入滲補給量的計算，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給量法計算一次降雨后降雨補給地下水水量，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。《水文地質(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)計頻率地下水補給量計算見表2。

Q=S·ɑ·H24

式中：Q為日平均降水入滲補給量(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給量見表2。

表2 不同頻率的地下水補給量計算結(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)地下水補給量為4 455 m3/d進行排水設(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

采用降水入滲補給量法計算一次降雨后降雨補給地下水水量，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行排水可以達到降水的目的。排水工程施工后對坑底地下水位進行了監(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)標準的要求，達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.降雨入滲補給地下水的影響因素.遼寧大學學報.1999(2):118-122.

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

[4]汪丙國.地下水補給評價方法研究.中國地質(zhì)大學.2008.

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

[6]李金柱.降水入滲補給系數(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