防滲膜的填埋場(chǎng)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(chǎng)的核心部分是安裝防滲系統。根據我國有關(guān)規定，危險廢物填埋場(chǎng)如果天然基礎層飽和滲透系數>1.0×10-6cm/s，則必須安裝雙襯層防滲系統。高密度聚乙烯（HDPE）防滲系數可達1.0×10-14cm/s，是目前各類(lèi)填埋場(chǎng)中最常采用的防滲材料。

但實(shí)踐發(fā)現，HDPE 膜十分脆弱，在防滲層鋪設期間，由于機械或人為的不規范操作，以及填埋場(chǎng)運營(yíng)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。

據報道，目前所有的填埋場(chǎng)防滲層都存在滲漏問(wèn)題。如果這些漏洞不及時(shí)被發(fā)現修補，垃圾滲濾液將會(huì )透過(guò)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(chǎng)由于結構特殊，采用高壓直流電法進(jìn)行滲漏檢測時(shí)，諸多因素會(huì )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(guò)采集檢測電極的感應電勢來(lái)定位漏洞。當膜完好無(wú)損時(shí)，總回路電流很?。山茷榱悖?，檢測層介質(zhì)中的電勢很小且分布均勻。當防滲層出現破損時(shí)，膜上下的供電電極通過(guò)漏洞形成回路，檢測層介質(zhì)電勢分布會(huì )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(chǎng)，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(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

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

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

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

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

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(diǎn)電流源，則有：

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

其中，I0 為漏洞電流強度，(x0 ,y0 ,z0 )為漏洞點(diǎn)的位置坐標，(x ,y ,z )為檢測層觀(guān)測點(diǎn)的位置坐標，Is 為膜下供電電極電流強度，(xS ,yS ,zS ) 為供電電極所在點(diǎn)的位置坐標。由于分界面電流密度的法向分量為零，可認為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(jiǎn)化問(wèn)題，假設防滲層上只有一個(gè)圓形漏洞。當漏洞電流大小、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(shí)，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(guò)漏洞正下方距上層膜5cm 處水平測線(xiàn)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檢測漏洞。

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

2.2 檢測層內不同高度處的電勢分布

假設漏洞位于上層膜的正中間，固定膜下供電電極的位置，將漏洞電流設為80mA，檢測層介質(zhì)電阻率為50Ωm。過(guò)漏洞正下方距上層膜不同距離（用z 表示）水平測線(xiàn)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(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

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(huì )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。將漏洞電流設為80mA，未被污染介質(zhì)的電阻率設為50Ωm，污染區域電阻率設為5Ωm。改變污染區域范圍（半徑），經(jīng)過(guò)漏洞正下方距上層膜5cm 處水平測線(xiàn)上的電勢分布如圖4 所示。由圖4 可看出，被污染區的電阻率變小使該區域的電勢降低，不利于檢測。此外，電勢只在污染區域內有差別，并且這種差別隨著(zhù)污染范圍的增大而增大。在污染區以外，漏洞電流產(chǎn)生的電勢與介質(zhì)無(wú)污染時(shí)相同。

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

2.4 供電電極位置對電勢分布的影響

將漏洞電流設為80mA，檢測層介質(zhì)電阻率設為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(xiàn)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，漏洞周?chē)碾妱菰礁?，越有利于檢測。

土工膜雙襯層填埋場(chǎng)電法滲漏檢測影響因素分析(轉）

3 結論

采用高壓直流電法對雙襯層填埋場(chǎng)進(jìn)行滲漏檢測時(shí)，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果

產(chǎn)生明顯影響。仿真結果顯示：

（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）滲濾液導致的污染區電阻率變小，使該區域的電勢降低，不利于檢測。此外，電勢只在污染區域內有差別，這種差別隨著(zhù)污染范圍的增大而增大。在污染區外，漏洞電流產(chǎn)生的電勢與介質(zhì)無(wú)污染時(shí)相同。

（4）供電電極與漏洞的水平距離越遠，漏洞周?chē)碾妱菰礁?，越有利于檢測。