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固体废弃物填埋场渗流数学模型研究_饱和

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-05T20:19:06  主题关键词:渗流  作者:支模网  浏览次数:231
核心提示:论文导读::本文对固体废弃物填埋场建立了二维饱和-非饱和渗流数学模型,对固体废弃物填埋场内部渗流场进行了研究。在以总压力水头为未知量的多孔介质三维饱和-非饱和渗流方程基础上,将饱和、非饱和区域视为一个

论文导读::本文对固体废弃物填埋场建立了二维饱和-非饱和渗流数学模型,对固体废弃物填埋场内部渗流场进行了研究。在以总压力水头为未知量的多孔介质三维饱和-非饱和渗流方程基础上,将饱和、非饱和区域视为一个整体来进行研究,建立了以显式格式和有限体积法(FVM)为基础的二维饱和-非饱和渗流模型,并运用于深圳市下坪固体废弃物填埋场内部渗流场的计算。
论文关键词:填埋场,饱和,非饱和,渗流,有限体积法

 

1 引言

由于经济快速发展,城市化扩大,居民消费水平日益提高,我国城市垃圾处置及污染防治已成为环境保护的突出问题。其中有关固体废弃物污染地下水的事故屡有发生。]渗滤液对含水层的影响不仅限于表层,而且能影响到 60 m深的范围。渗滤液污染地下水的另一个特点是持续时间长,据研究报道,垃圾填埋场在封场后生物分解过程还会持续10~20年[1]饱和,在封场后70~上百年的时间仍可能有渗滤液的渗出。一旦地下水源和周围土壤被污染,想用人工方法实施再净化,技术上将十分困难,其费用也及其昂贵中国论文下载中心。

目前,国内外计算渗滤液的方法多为水量平衡法[2],但该法没有考虑填埋场内水分的运动过程,计算出的渗滤液量偏高。本文基于地下水水力学理论,建立填埋场渗流数学模型,研究渗滤液产量的规律。

2 埋场饱和-非饱和渗流数学模型

2.1 饱和―非饱和地下水运动基本控制方程

首先建立一个描述整体区域的正交笛卡儿坐标系垂直向上。对于任意一种透水介质,设其空间三个正交主方向的透水系数为,下标组成空间任意局部正交坐标系。在局部坐标系下,地下水流动的达西定律可表示为

饱和(公式1)

式中,分别为方向的流速分量;为总土水势,为总土水势对于局部坐标的导数。经过转化及利用连续条件饱和,可以得到在整体坐标系下非均质非定常渗流方程为

饱和(公式2)

方程(公式2)为饱和-非饱和地下水流动的基本控制方程。为时间,为透水介质的孔隙率,为含水率,为比储流系数(=),为比水分容量,为系数(,饱和区;,非饱和区),为渗透系数,可表示为

(公式3)

这里,为式(公式3)定义的整体笛卡儿坐标下的介质在饱和状态下的渗透系数,只与土质的特性有关,与孔隙压力状态无关;为相对渗透系数,是孔隙压力水头和含水率的函数[3]。

2.2数值求解

本文考虑的是垂向二维问题,且认为固体废弃物是各向同性的。因此饱和-非饱和地下水控制方程简化为:

饱和(公式4)

本文利用有限体积法求解饱和,经过简化,则得到最后的离散方程

(公式5)

本文采用有结构网格,采用显式格式计算。

2.3计算参数处理

在实际工程中,的函数关系一般是以试验离散点的形式给出,它们的函数关系可由离散点线性插值得来;的线性插值造成阶梯状,在计算中将产生振荡,本文采用文献中对的处理方法[4]:

式中:为本时间步的压力水头,为上一时步的压力水头;

时,的离散点线性插值;

时,

采用上述方法可有效的消除数值计算的振荡中国论文下载中心。

3 模型验证

3.1 计算条件

下坪固体废弃物填埋场位于深圳市布吉镇的上坪和下坪狭窄山谷中,三面环山,占地2240亩饱和,总库容约3000万立方米。主要处理罗湖、福田两区的城市生活垃圾。由于填埋场的整个区域比较规则,故选用矩形网格(图1)。

图1 计算区域网格图

Fig 1 The grid of simulation area

3.1.1 初始条件

填埋场内部初始时刻为非饱和态,初始由重力势和基质势组成,基质势根据含水率由土壤水分曲线确定。由于缺乏固体废弃物水分曲线的实测数据,故本文根据固体废弃物的各种物理性质和别的土壤进行比对,选取类似的曲线来确定固体废弃物含水率和基质势的关系(图2)。

 
关键词: 渗流 废弃物 固体
 
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