⑵ 填埋场中渗滤液的运移
① 渗滤液的运移途径
垃圾中的渗滤液流动分为两部分,其中一部分是随时间较快衰减的通道流,另一部分则为衰减较慢的基质流。降水或回灌P(t)后,除部分渗滤液以基质流I1(t)的形式渗入垃圾体外,其余渗滤液以通道流S1(t)的形式通过填埋垃圾间的大空隙下渗,若降水(回灌)速率超过基质流和通道流输送能力,还会形成局部的横向径流R(t)和向上的溢流O(t)(在垃圾体中进行回灌时)。通道流S2(t)在向下运移过程中,不断以基质流I2(t)的形式向途经垃圾补充水分,使沿途垃圾体含水率升高。当降水(回灌)完成后,降水(回灌)处的通道流S1(t)和基质流I1(t)停止,同时不仅通道流停止向途经垃圾体补充水分,相反的是通道流附近的垃圾体以基质流I3(t)的形式向渗滤液运移通道释水,因而通道流S2(t)会逐渐衰减但短期内不会停止。随着降水后时间的增加,通道流S2(t) 衰减较完全后,基质流I4(t)开始在填埋垃圾渗滤液运移中占主要地位。由于基质流I4(t)较充分利用了填埋垃圾体中细小空隙对渗滤液的吸持作用,因而其完全具备了非饱和达西流的特征,尽管流速较小,但衰减较慢,在实施低降水(回灌)频率的填埋场中特别是降水(回灌)较长时间后占据主要地位,同时基质流I4(t)对填埋垃圾体含水率的贡献也较大。
② 常见渗滤液运移模型
⑴ 基于非饱和达西流的方程
根据连续性方程,垂直方向上的水分运移方程为
(1)
式中:
q——水分流动通量,L.T-1
——体积含水量,
z——垂直坐标(正轴向下),L
t——时间,T
由于达西定律同样适用于非饱和渗流,因而垂向上的水分运移可用下式表示
或 (2)
式中:
K——导水率(或渗透系数),L.T-1
H——总土水势,L
——基质势,L
Z——重力势,L
其中,导水率和基质势都是含水率的函数,即 ,
又 (3)
将方程(2-2)和(2-3)代入方程(2-1),得
或 (4)
其中,Klute(1952)将扩散系数 定义为
式(4)就是描述一维不可压缩液体垂直通过均质不变形非饱和基质的著名的Richards方程。由于K和D均与含水率直接非线性相关,因而该方程具有高度的非线性性质。
尽管Richards建立非饱和流方程的出发点在于解决土壤中非饱和水的流动,但二十多年来,该理论已广泛用在垃圾卫生填埋场渗滤液流动规律的研究中。
Ahmed等(1992)和Khanbilvardi等(1995)在一维非饱和流的基础上建立了反应填埋场渗滤液流动特征的二维模型—FILL(Flow Investigation for Landfill Leachate)模型,模型中渗滤液运移方程为