防滲膜的填埋場的電法滲漏檢測影響因素分析

填埋處理是目前固體廢物最終處置最常采用的方法。建造填埋場的核心部分是安裝防滲系統(tǒng)。根據(jù)我國有關(guān)規(guī)定，危險廢物填埋場如果天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)>1.0×10-6cm/s，則必須安裝雙襯層防滲系統(tǒng)。高密度聚乙烯（HDPE）防滲系數(shù)可達(dá)1.0×10-14cm/s，是目前各類填埋場中最常采用的防滲材料。

但實踐發(fā)現(xiàn)，HDPE 膜十分脆弱，在防滲層鋪設(shè)期間，由于機械或人為的不規(guī)范操作，以及填埋場運營期間，由于地基不均勻下陷、機械擠壓等原因都可能引起防滲層滲漏。

據(jù)報道，目前所有的填埋場防滲層都存在滲漏問題。如果這些漏洞不及時被發(fā)現(xiàn)修補，垃圾滲濾液將會透過孔隙進(jìn)入土壤和地下水，對環(huán)境造成極大破壞。

目前對HDPE 膜滲漏進(jìn)行檢測最常采用的方法是高壓直流電法。雙襯層填埋場由于結(jié)構(gòu)特殊，采用高壓直流電法進(jìn)行滲漏檢測時，諸多因素會影響到檢測效果。本文對主要影響因素進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了仿真分析。

1 檢測原理

高壓直流電法的基本原理是利用HDPE 膜的高阻特性，對防滲層施加高壓直流電，在膜上或膜下布置檢測電極，通過采集檢測電極的感應(yīng)電勢來定位漏洞。當(dāng)膜完好無損時，總回路電流很小（可近似為零），檢測層介質(zhì)中的電勢很小且分布均勻。當(dāng)防滲層出現(xiàn)破損時，膜上下的供電電極通過漏洞形成回路，檢測層介質(zhì)電勢分布會在漏洞附近產(chǎn)生突變，從而可以確定漏洞位置。對于雙襯層填埋場，為對主次防滲層皆可進(jìn)行滲漏檢測，可將檢測電極布置在兩層人工襯層之間，基本原理框圖如圖1 所示。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

在對主防滲層進(jìn)行檢測時，供電電極分別加在垃圾層和粘土層，通過采集膜下空間介質(zhì)的電勢分布來定位漏洞；在對次防滲層進(jìn)行滲漏檢測時，將供電電極分別加在粘土層和膜下土壤層，通過檢測膜上空間的電勢分布來定位漏洞。

以主防滲層的滲漏檢測為例，通電后，檢測層中的空間電勢分布滿足泊松方程。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

由于粘土電阻率遠(yuǎn)小于HDPE 膜的電阻率，以上方程滿足以下邊界條件：

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

其中邊界是指包圍檢測層的四周面，n 為面的外法向。若將漏洞電流源視作點電流源，則有：

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

其中，I0 為漏洞電流強度，(x0 ,y0 ,z0 )為漏洞點的位置坐標(biāo)，(x ,y ,z )為檢測層觀測點的位置坐標(biāo)，Is 為膜下供電電極電流強度，(xS ,yS ,zS ) 為供電電極所在點的位置坐標(biāo)。由于分界面電流密度的法向分量為零，可認(rèn)為IS=I0。

由以上分析可看出，可影響檢測層介質(zhì)電勢分布的主要因素有：漏洞電流大小、檢測電極與防滲層之間的距離、介質(zhì)的電阻率以及供電電極的位置。

2 檢測層電勢分布的影響因素

為簡化問題，假設(shè)防滲層上只有一個圓形漏洞。當(dāng)漏洞電流大小、檢測電極與防滲層之間的距離、介質(zhì)的電阻率以及供電電極的位置分別發(fā)生變化時，對檢測層的電勢分布分別進(jìn)行仿真研究。

2.1 漏洞電流大小對檢測層電勢分布的影響

將檢測層電阻率設(shè)為50Ωm。在漏洞位置、供電電極位置、檢測電極與防滲層之間的距離不變的情況下，改變漏洞電流大小，在經(jīng)過漏洞正下方距上層膜5cm 處水平測線上的電勢分布如圖2 所示。由圖2 可看出，電勢的大小與漏洞電流的大小成正比，電流越大越有利于檢測。此外，漏洞電流越大，漏洞電流影響的范圍越大，越有利于在較大范圍內(nèi)檢測漏洞。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

2.2 檢測層內(nèi)不同高度處的電勢分布

假設(shè)漏洞位于上層膜的正中間，固定膜下供電電極的位置，將漏洞電流設(shè)為80mA，檢測層介質(zhì)電阻率為50Ωm。過漏洞正下方距上層膜不同距離（用z 表示）水平測線上的電勢分布如圖3 所示。從圖3 可以看出，檢測電極距防滲層越近，漏洞附近的電勢值越大，越有利于檢測。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

2.3 介質(zhì)非均勻性對電勢分布的影響

由于膜被破壞，滲濾液會經(jīng)漏洞污染到膜下介質(zhì)。膜下介質(zhì)中被污染部分的電阻率低于未被污染區(qū)域的介質(zhì)電阻率，從而引起膜下介質(zhì)的非均勻性。將漏洞電流設(shè)為80mA，未被污染介質(zhì)的電阻率設(shè)為50Ωm，污染區(qū)域電阻率設(shè)為5Ωm。改變污染區(qū)域范圍（半徑），經(jīng)過漏洞正下方距上層膜5cm 處水平測線上的電勢分布如圖4 所示。由圖4 可看出，被污染區(qū)的電阻率變小使該區(qū)域的電勢降低，不利于檢測。此外，電勢只在污染區(qū)域內(nèi)有差別，并且這種差別隨著污染范圍的增大而增大。在污染區(qū)以外，漏洞電流產(chǎn)生的電勢與介質(zhì)無污染時相同。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

2.4 供電電極位置對電勢分布的影響

將漏洞電流設(shè)為80mA，檢測層介質(zhì)電阻率設(shè)為50Ωm，漏洞位于上層膜的正中間，改變供電電極的位置，在漏洞正下方距上層膜5cm 處水平測線上電勢分布如圖5 所示。從圖5 可看出，供電電極與漏洞的水平距離越遠(yuǎn)，漏洞周圍的電勢越高，越有利于檢測。

土工膜雙襯層填埋場電法滲漏檢測影響因素分析(轉(zhuǎn)）

3 結(jié)論

采用高壓直流電法對雙襯層填埋場進(jìn)行滲漏檢測時，漏洞電流大小、檢測電極與防滲層之間的距離、介質(zhì)的電阻率以及供電電極的位置皆可對檢測結(jié)果

產(chǎn)生明顯影響。仿真結(jié)果顯示：

（1）檢測層介質(zhì)的電勢大小與漏洞電流的大小成正比，電流越大越有利于檢測。此外，漏洞電流越大，漏洞電流影響的范圍越大，越有利于在較大范圍內(nèi)檢測漏洞。

（2）檢測電極距防滲層越近，漏洞附近的電勢值越大，越有利于檢測。

（3）滲濾液導(dǎo)致的污染區(qū)電阻率變小，使該區(qū)域的電勢降低，不利于檢測。此外，電勢只在污染區(qū)域內(nèi)有差別，這種差別隨著污染范圍的增大而增大。在污染區(qū)外，漏洞電流產(chǎn)生的電勢與介質(zhì)無污染時相同。

（4）供電電極與漏洞的水平距離越遠(yuǎn)，漏洞周圍的電勢越高，越有利于檢測。