（环境工程专业论文）生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究.pdf

生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 l l l i l l l l l h l ll lll li l li i i i iiil y i8 2 8 2 3 8 学位论文完成日期：2 q ! q 生垒目 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： i 鬻 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵! 麴遗直墓丝益要挂别直堕的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：撇 签字日期：沙l 。年易月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：码蹴 导师签字： 、 签字日期：伽忉年侈月 日签字日期：年月 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 摘要 生活垃圾填埋场渗漏污染己成为全球普遍存在的环境问题。渗滤液中污染物 成分复杂，b o d 、c o d 、氨氮、金属离子、固体颗粒物都广泛存在。大多数污 染物渗入土壤后溶于孔隙水中，不溶于水的重金属和固体颗粒将构成土壤颗粒的 一部分，导致污染土壤导电性增强。基于此，近1 0 年来一种新型的多电极电阻 率映像法在污染区分布范围调查和扩散过程监测中已经应用并取得良好效果。但 基于电测结果的污染物含量求取则一直没有实现，一方面渗滤液污染土遵循的基 本电性方程没有建立，另一方面求解过程属于典型的多解反问题求解，定解条件 并不清晰。论文试图通过渗滤液污染土电阻率测试实验，量化研究不同因素对污 染土电阻率的贡献率，建立土样电阻率与污染物含量数学模型，探讨基于电阻率 检测结果的污染土中渗滤液含量求取方法。 论文共分五章。第一章主要介绍了相关研究现状，研究内容、技术路线和取 得的创新性成果等。第二章主要介绍了用于渗滤液污染调查的电学方法及其实现 原理。第三章中通过1 2 0 组污染和未污染土样电阻率测试，研究不同粒径配比、 不同初始含水量砂土在垃圾渗滤液持续污染过程中的电阻率变化特征；根据污染 土样电阻率测试数据，在a r c h i e 公式基础上分析了污染土电阻率变化主控因素， 尝试从电性变化机理上建立土样电阻率与渗滤液含量数学模型。研究表明含水土 体被良导性水相多成分污染物污染后导电性将增强，增强幅度和土体中细粒物质 含量及初始含水量有关。细粒物质含量越多电性变化越小，初始含水量越小导电 性增强幅度越大。污染导致的孔液电阻率降低、饱和度增大和悬浮物引起的导电 阻滞作用是引起土体电阻率变化的主要因素。渗滤液污染土电阻率模型遵循 a r c h i e 公式，涵盖变化因素的a r c h i e 型公式可用于分析污染土电阻率和污染物 含量的关系，但分析过程需要掌握污染土的孔隙度、胶结系数等参数和原始渗滤 液的电性特征。第四章以一个渗滤液污染过程的电学监测试验来验证第三章的 研究结论。在模拟土层渗滤液污染过程同时开展二维及三维电阻率映像法测试、 电极探杆法测试，并在七个位置点取样测试污染前后土样电阻率和渗滤液含量变 化。基于试验结果分析了二维、三维视电阻率剖面和重建剖面对污染区的反映能 力，不同方法电阻率测试结果的适用性、基于电测结果进行土中渗滤液含量求取 的可行性。研究结果表明测试视电阻率剖面异常区和实际污染区具有对应关系但 并不一致，重建剖面对实际污染区的刻画能力增强。三种电阻率测试值中，样品 法测试电阻率值最为准确，电剖面法和电极探杆法测试值可通过校正公式转换为 样品法测试电阻率值。基于实测污染土电阻率和第三章确定的污染土电阻率公式 计算得到的土中渗滤液含量与样品测试值相近，论文建立的生活垃圾渗滤液污染 土电阻率公式具有较强的适用性。第五章给出了论文的整体研究结论和进一步开 展的工作。 论文研究发展了污染土电阻率理论，为实现基于电阻率技术的地下污染量 化检测奠定了基础。 关键词：电阻率法；土壤污染；垃圾渗滤液；电阻率模型 i n v e s t i g a t i o no nt y p i c a le l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ym o d e l 0 fd o m e s t i cl a n d f i l l l e a c h a t ec o n t a m i n a t e ds o i l a b s t r a c t t h ec o n t a m i n a t i o nf r o md o m e s t i cl a n d f i l l l e a c h a t eh a sb e c o m ea g l o b a lc o m m o n e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m c o m p l e xc o m p o s i t i o no f p o l l u t a n t si nl e a c h a t ec o n t a i n sb o d ， c o d ，a m m o n i a ，m e t a li o n s ，a n ds o l i dp a r t i c l e sa n ds oo n t h em a j o r i t yo fp o l l u t a n t s a r ed i s s o l v e di np o r ew a t e ra f t e rp e r m i a t i n gt h r o u g ht h es o i l h e a v ym e t a l sa n ds o l i d p a r t i c l e si n s o l u b l ei nw a t e rb e c o m ep a r t so fs o i la n dr e s u l ti ne l e c t r oc o n d u c t i b i l i t y i n c r e a s eo fc o n t a m i n a t e ds o i l b a s e do nt h i s ，e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yt o m o g r a p h y ( e r t ) i san e wd e t e c t i o nm e t h o df o rc o n t a m i n a t e da r e a sp r o s p e c t i n ga n dd i f f u s i o n p r o c e s s m o n i t o r i n ga n dh a sa c h i e v e dg o o dr e s u l t si nt h ep a s t10y e a r s h o w e v e r , p o l l u t i o n c o n t e n th a sn o tb e e no b t a i n e db a s e do ne r t t h er e a s o ni st h a tt h eb a s i ce l e c t r i c a l e q u a t i o nf o rc o n t a m i n a t e ds o i li sn o te s t a b l i s h e da n db o u n d a r yc o n d i t i o n sa r en o t c l e a ri nt h et y p i c a lo fm u l t i p l es o l u t i o n so fi n v e r s ep r o b l e ms o l u t i o n b yl e a c h a t e c o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t yt e s t ，t h i sp a p e rs t u d yt h ee f f e c to fd i f f e r e n tf a c t o r so n c o n t a m i n a t e ds o i l r e s i s t i v i t yq u a n t i t a t i v e l y , e s t a b l i s hm a t h e m a t i c a lm o d e l sa b o u t c o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t ya n dp o l l u t i o nc o n t e n ta n di n v e s t i g a t et h em e t h o df o r o b t a i n i n gp o l l u t i o nc o n t e n tw i t he r t t h e s i si sd i v i d e di n t o f i v ec h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri n t r o d u c e st h er e l a t e d r e s e a r c h ，c o n t e n t ，t e c h n i c a ll i n ea n da c q u i r e di n n o v a t i v ef i n d i n g s t h es e c o n dc h a p t e r i n t r o d u c e st h ee l e c t r i c a lm e t h o da n di t si m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l ef o rt h el e a c h a t e p o l l u t i o ns u r v e y b y12 0g r o u po fu n c o n t a m i n a t e da n dc o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t y t e s t i n g t h em i r dc h a p t e rs t u d yr e s i s t i v i t yv a r i a t i o ni n t h ep r o c e s so fl e a c h a t e c o n t i n u o u sp o l l u t i o ni ns a n d o fd i f f e r e n t p a r t i c l e ss i z ec o m p o s i t i o n sa n dw a t e r c o n t e n t s a c c o r d i n gt oc o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t yt e s t i n gd a t a ，t h em a i nf a c t o r so f c o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t yc h a n g e si sa n a l y s i s e db a s e do nt h ea r c h i ef o r m u l aa n d m a t h e m a t i c a lm o d e l sa b o u tc o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t ya n dp o l l u t i o nc o n t e n ti st r i e d t oe s t a b l i s h e df r o mt h er e s i t i v i t ym e c h a n i s m e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e c o n d u c t i v i t yo ft h ew a t e r ys o i li n c r e a s e sw i t ht h eg o o dc o n d u c t i o nm u l t i - i n g r e d i e n t p o l l u t a n tp o l l u t i o n a n dt h ei n c r e a s i n gr a n g ei sr e l a t i o nw i t ht h ek i n do fs o i la n d i n i t i a lw a t e rc o n t e n t t h er a n g ei ss m a l l e rw h e nt h ef i n eg r a i nc o n t e n ti sm o r ea n d b i g g e rw h e n t h ei n i t i a lw a t e rc o n t e n ti ss m a l l e r t h ep o l l u t i o nc a u s e sp o r er e s i s t i v i t y r e d u c e ，s a t u r a t i o ni n c r e a s ea n ds u s p e n d e ds u b s t a n c el e a d st ot h ee l e c t r i cc o n d u c t i o n r e t a r d a t i o nw h i c hi st h e p r i m a r yf a c t o r c a u s e ss o i l r e s i s t i v i t yc h a n g e t h e l e a c h a t e c o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t ym o d e lf o l l o w st h ea r c h i ef o r m u l a t h ef o r m u l a c o u l db eu s e dt oa n a l y z et h er e l a t i o nb e t w e e nc o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t ya n dt h e p o l l u t a n tc o n t e n t ，b u tt h ep r o c e s sn e e d st og r a s ps o i lp o r o s i t y ，c e m e n t e dc o e f f i c i e n t c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r sa n de l e c t r i cc h a r a c t e r i s t i c so fp r i m i t i v ei n f i l t r a t i o nf l u i d i n c h a p t e rf o u r ，t h e c o n c l u s i o n so fc h a p t e rt h r e ea r ep r o v e db yl e a c h a t ep o l l u t i o n e l e c t r i c i t ym o n i t o r i n gt e s t i n g 2 da n d3 dr e s i s t i v i t yi m a g i n gm e t h o d ，a sw e l la s e l e c t r o d ep r o b er o dm e t h o da r eu s e di nt h ep r o c e s so fs i m u l a t e ds o i ll e a c h a t e p o l l u t i o n t h es o i lr e s i s t i v i t ya n dt h el e a c h a t ec o n c e n t r a t i o na r et e s t e db e f o r ea n da f t e r s o i lc o n t a m i n a t i o ni ns e v e np r e s e tp o s i t i o n s b a s e do nt h et e s tr e s u l t st h ea b i l i t yt o r e f l e c tt h ec o n t a m i n a t e da r e a sb y2 da n d3 di m a g e sa n dt h e i rr e c o n s t r u c t i o n si s a n a l y z e d i nc h a p t e rf o u r ，t h ec o n c l u s i o n so fc h a p t e rt h r e ea r ep r o v e db yl e a c h a t e p o l l u t i o ne l e c t r i c i t ym o n i t o r i n gt e s t i n g 2 da n d3 dr e s i s t i v i t yi m a g i n gm e t h o d ，a s w e l la se l e c t r o d ep r o b er o dm e t h o da r eu s e di nt h ep r o c e s so fs i m u l a t e ds o i ll e a c h a t e p o l l u t i o n t h es o i lr e s i s t i v i t ya n dt h el e a c h a t ec o n c e n t r a t i o na r et e s t e db e f o r ea n da f t e r s o i lc o n t a m i n a t i o ni ns e v e np r e s e tp o s i t i o n s b a s e do nt h et e s tr e s u l t st h ea b i l i t yt o r e f l e c tt h ec o n t a m i n a t e da r e a sb y2 da n d3 di m a g e sa n dt h e i rr e c o n s t r u c t i o n si s a n a l y z e d t h ea p p l i c a b i l i t yo fr e s i s t a n c er e s u l t st e s t i n gt h r o u g hd i f f e r e n tw a y s ，t h e f e a s i b i l i t y o fc a c u l a t i n gl e a c h a t ec o n c e n t r a t i o ni ns o i lb a s e do ne l e c t r i c a l m e a s u r e m e n tr e s u l t sa r ea l s oa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w st h a ta p p a r e n tr e s i s t i v i t y a n o m a l i e sp r o f i l eh a v ec o r r e s p o n d e n c ew i t hc o n t a m i n a t e da r e a ，b u tn o tu n a n i m o u s l y t h er e c o n s t r u c t i v ep r o f i l ei m a g e sh a v eb e t t e rr e f l e c t i o nt oc o n t a m i n a t e da r e a o ft h e t h r e em e t h o d s ，t h er e s u l t so fe l e c t r i cr e s i s t i v i t ya r em o s te x a c tb yd i r e c t l yt e s t i n gs o i l s a m p l e s ，w h i c hc a na l s od e r i v ef r o mt h er e s i s t i v i t yr e s u l t st e s t e db yu s i n ge l e c t r i c a l p r o f i l i n ga n dd e c 仃o d ep r o b er o dm e t h o d st h r o u g hu p d a t i n gf o r m u l a s a n dt h et w o r e s u l t sa r ev e r yc l o s e t h ed o m e s t i cl a n d f i l l - l e a c h a t ec o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t y f o r m u l ae s t a b l i s h e di nt h i sp a p e rh a ss t r o n ga p p l i c a b i l i t y t h ef i f t hc h a p t e rg i v e st h e p a p e r so v e r m lc o n c l u s i o n sa n df u r t h e rw o r k t h e o r yo fc o n t a m i n a t e ds o i lr e s i s t i v i t yi sd e v e l o p e di nt h i sp a p e r , a n dt h e f o u n d a t i o nh a sb e e ne s t a b l i s h e df o rr e a l i z a t i o no f q u a n t i t a t i v e d e t e c t i o no f u n d e r g r o u n dp o l l u t i o nb a s e do nr e s i s t i v i t y k e y w o r d s ：e l e c t r i c a lm e t h o d ；c o n t a m i n a t e ds o i ll a y e r ；l a n d f i l l - l e a c h a t e ； e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ym o d e l v 目录 o 前言1 1 绪论3 1 1 国内外研究现状：3 1 1 1 岩土体电阻率基本式a r c h i e 公式的产生与发展3 1 1 2 渗滤液污染土电阻率法探测研究4 1 1 3 渗滤液污染土电阻率特征研究6 1 2 研究意义9 1 3 研究思路与开展工作1 0 1 3 1 研究思路1 0 1 3 2 主要研究方法及工作内容1 0 1 4 研究取得的主要进展1 1 2 污染土电阻率测试技术1 2 2 1 电阻率映像( e i 盯) 技术1 2 2 1 1e r t 法探测原理：1 2 2 1 2e r t 法工作方式15 2 2 电极探杆技术：17 2 3 土样电阻率检测方法1 8 2 4 小结：1 9 3 渗滤液污染砂土电阻率特征实验研究2 0 3 1 污染土样电阻率测试实验2 0 3 1 1 实验材料2 0 3 1 2 实验设计与实施2 0 3 2 实验结果与讨论2 1 3 2 1 渗滤液稀释电阻率特征分析2 1 3 2 2 未污染砂土电阻率变化规律2 3 3 2 3 污染土电阻率随孔液饱和度变化规律2 4 3 2 4 渗滤液污染砂土电阻率基本特征2 4 3 3 研究问题讨论2 5 3 3 1 污染土电阻率的主控因素分析2 5 3 3 2 污染土电阻率公式研究3 0 3 4 基于电阻率探测结果的污染土中渗滤液含量求取3 0 3 5 小结3 1 4 渗滤液污染砂土电阻率探测实例研究3 2 4 1 实验设计与实施3 2 4 1 1 实验材料与装置3 2 4 1 2 实验过程3 3 4 1 3 数据处理3 6 4 2 实验结果分析与讨论3 8 4 2 1 二维视电阻率剖面对污染断面的反映3 8 4 2 2 三维视电阻率剖面对污染区的反映4 2 4 2 3 电极探杆法探测电阻率对污染土样污染程度反映能力4 8 4 2 4 二维电阻率映像法探测电阻率值、电极探杆法探测电阻率值与土样电 阻率对比分析4 9 4 3 污染土电阻率公式适用性分析5 1 4 3 1 背景实验数据采集5 1 4 3 2 渗滤液饱和度求取5 2 4 4 小结5 4 5 结论与下一步工作5 5 5 1 结论5 5 5 2 下一步工作5 6 参考文献5 7 附件：6 1 附表1 渗滤液侵入前后三维电阻率实验数据6 1 附表2 渗滤液侵入前后二维平行于y 轴测线电阻率实验数据7 0 附表3 渗滤液侵入前后二维平行于x 轴测线电阻率实验数据7 8 致谢8 6 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 0 前言 卫生填埋最早出现在1 9 3 0 年，与堆肥法、焚烧法共同构成世界上最常用的三 种垃圾处理方法( 龙燕，19 9 7 ) 。垃圾填埋场在垃圾填埋过程及封场后都产生渗滤 液，渗滤液成分复杂，污染负荷高，自然沉降性能力较差( 张锡根，1 9 9 6 ；喻晓，2 0 0 2 ) 。 污染物的渗透、迁移常导致土壤及地下水严重污染( 贾永刚，2 0 0 3 ；赵新泽，2 0 0 2 ；夏 立江，2 0 0 1 ) 。目前我国垃圾天然堆放场，原有城市内部工业基地的废弃使用以及 由于污染问题原住人口迁移而遗留的污染场地都面临着重新开发利用的问题，如不 进行详细勘测治理将造成诸多环境和人体健康问题( 周春海，2 0 0 5 ；李琦等，1 9 9 7 ； 贾尚星等，2 0 0 3 ；郭秀军等，2 0 0 3 ) 。 和其他国家一样，我国于2 0 0 1 年颁布的城市生活垃圾卫生填埋技术规范 对垃圾填埋场天然防渗层渗透系数及厚度指标专门做了规定。即便如此渗滤液仍然 可以经过长时间的渗漏，导致地下土壤和含水层污染。刘东等人( 1 9 9 3 ) 对武汉市郭 茨口垃圾场环境污染调查表明，该垃圾场已经对附近的汉江造成严重污染。广州市 北郊老虎窿填埋场、大田山填埋场周围水环境长达5 年的追踪监测表明，垃圾渗滤 液对地下水的影响确实存在，尤其是不易降解的有机污染物和微量重金属元素的影 响应该引起足够重视( 郑曼英等，1 9 9 8 ) 。对北京北天堂地区地下水调查研究表明， 该地区填埋生活垃圾致使地下水环境受到明显污染，主要污染因素为c o d 、b o d 、 酚、细菌总数、总硬度及溶解性固体。2 0 0 0 年北天堂周围的地下水已不能饮用，且 随着时间推移地下水的污染范围逐年增大，地下水环境质量恶化越来越严重( 王诩 虹等，2 0 0 2 ) 。在2 0 0 4 年1 0 月中国地质大学举办的中德环境工程地质论坛上，罗 泽娇等人( 2 0 0 4 ) 提到武汉市金1 5 垃圾填埋场地下水氨氮含量较高，超标达8 4 倍，而 且武汉市流芳垃圾填埋场也给大气、地下水造成比较严重的污染。上海黄浦江上游 港口段，近年检测水质时发现水中氨氮和硝酸盐的含量明显增高，原因是位于该江 段距江堤不足2 0 0 m 的地方有一个大的三林塘垃圾填埋场，其垃圾渗滤液不停地流 入江中( 张红梅等，2 0 0 3 ) 。2 0 0 5 年3 月，北京市地勘局地调院发布的我国第一个城 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 市生活垃圾地质环境调查成果北京城市生活垃圾处理现状及选址地质环境调查 显示北京市垃圾处理场9 5 违规，且多使用露天堆放或简易填埋等原始方式处理， 造成水体、土壤、大气污染并传播疾病。此外广东大田山垃圾场、湖南岳阳羊角山 垃圾场、山东蓬莱垃圾场、武汉郭茨口垃圾场、青岛湖岛垃圾场都发现渗滤液对地 下环境造成了不同程度污染( 贾永刚，2 0 0 3 ) 。 由于渗滤液的多组分和腐蚀性，土体被污染后性质将发生显著变化。目前我国 对污染场地的勘测研究严重滞后，国内还没有专门用于污染土的勘察设备和分析、 试验仪器，实际工作中多采用钻探、井探、物探、原位测试、室内土工试验等岩土 工程勘察中的通用手段。其中，地球物理勘探方法作为一种非破坏性检测方法，具 有经济、快速、准确及检测范围广等优点，对污染场地的检测具很强的可行性和推 广价值。 土由固体矿物、水和空气三部分组成。渗滤液渗入土体后将导致污染土电性改 变。基于此类高浓度、多组分渗滤液渗入地下后引起的地下介质导电性变化，电阻 率法正成为地下介质渗滤液污染区域调查和扩散过程监测的重要手段。虽然地质背 景复杂性会影响电测剖面异常认识，但随着土体中污染物扩散规律研究和图像反演 重建技术日趋成熟，过去的1 0 年中电阻率探测技术已经在渗滤液污染区调查以及 其扩散过程的检测取得了良好的应用( m a x w e l la2 0 0 0 ；ea l - i s t t o d e m o u2 0 0 0 ；郭秀 军，2 0 0 5 ，2 0 0 6 ) 。但基于电测结果的污染物含量求取则一直没有实现，一方面渗滤 液污染土遵循的基本电性方程并没有建立，另一方面求解过程属于典型的多解反问 题求解，定解条件并不清晰。 在渗滤液污染土电阻率模型研究中，由于缺乏土体电阻率影响因素的系统研 究，使得仅有的一些认识不具有普遍性，从而大大限制了电阻率测试技术在污染土 调查中的应用深度。基于这种现状本文将通过室内试验、理论分析、现场模拟试验 等手段对污染土的电阻率特征开展系统研究，试图从电阻率理论上建立土中渗滤液 含量和土体电阻率的关系。 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 1 绪论 1 1 国内外研究现状 1 1 1 岩土体电阻率基本式a r c h i e 公式的产生与发展 岩石导电性研究开始于2 0 世纪3 0 年代早期，s u n d b e r g ( 1 9 3 2 ) 把饱和岩土体 电阻率和孔隙水电阻率、土体孔隙率建立关系，并定义电阻率因子为土体电阻率和 孔隙水电阻率比值。1 9 4 2 年，a r c h i e 把电阻率比值定义为电阻率结构因子f ，并建 立了结构因子和孔隙率关系： ” 风2 ，成 ( 1 1 ) f ：土 m ( 1 2 ) 式中，矽为孔隙率，m 被定义为胶结系数，成为孔隙水电阻率。 公式( 1 2 ) 被定义为a r c h i e 第一定律，适用于无粘性、饱和岩土体情况。而 后，a r c h i e 利用当时学者的实验数据找到了部分含水岩石电阻率的线性关系( 孙建 国，2 0 0 7 ) ： 肛2 1 , 0 0 ( 1 3 ) ，：上 & ( 1 4 ) 式中，& 是含水饱和度，n 后来被称为饱和度指数。 将( 1 1 、2 、4 ) 代入( 1 - 3 ) ，有： 岛5 专风2 专矾2 志几 5 ， 式( 1 - 5 ) 经常被写为： p t = 刎呸：”成 ( 1 6 ) 式中，a 为常数。式( 1 6 ) 是这篇论文的研究理论基础。 a r c h i e 公式一经发表就在美国和欧洲引起很大反响。在1 9 4 2 年后的6 0 年中，围绕 这个公式所进行的研究和开展的争论一直没有停止过。当下，在国际上仍然有人在 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 研究a r c h i e 公式中的参数m 和n 的物理意义及在不同条件下a r c h i e 公式的扩展形式。 关于胶结指数m 的物理意义，1 9 5 3 年w y l l i e 矛1 g r e g o r y 实验表明胶结指数与颗粒形 状和胶结状况有关。此后相关实验研究持续蛰j 1 9 5 6 年左右，研究初步证实了m 与岩石 内部结构和构造的关系，尤其与孔隙的曲折度和孔隙度有关。其后，a r u l a n a n d a n 和 m u r a l e e t h a r a n ( 1 9 8 8 ) 通过理论推导出胶结因子m 与颗粒形状的关系式；t h e v a n a n y a ( 1 9 9 3 ) 的研究表明m 与颗粒间的粘结、粒径、土粒的形状、种类以及土粒间胶结物 的分布密切相关。 饱和度指数n 的相关研究开始于1 9 4 9 年，hfd u n l a p 等人( a t l a n t i cr e f i n i n g c o m p a n y ) 发表的实验数据表明n 随岩石类型改变并存在一定的取值范围。1 9 5 3 年， gvk e l l e r 根据一组实验数据发表文章，指出n 的变化受岩石颗粒湿润性影响。这个 结论被sjp i r s o n 和wbm o r g a n 通过实验证实。虽然有关饱和度指数n 的研究在1 9 6 0 年左右取得了突破性进展，研究表明饱和度指数变化范围与岩石类型和岩石湿润性 有关，亲水性岩石具有较低的饱和度指数，亲油性岩石则相反。但是有些机制问题 直到2 0 世纪8 0 年代中期才得到进一步证明。 关于土体结构因子的物理意义，w y l l i e 禾1 g r e g o r y ( 1 9 5 3 ) 、j a c k s o n ( 1 9 7 5 ) 、 k u t t e r ( 1 9 7 8 ) 、a r u l a n a n d a n 和k u t t e r ( 1 9 7 8 ) 、a m l m o l i ( 1 9 8 0 ) 等都进行了实验 研究。实验结果表明结构因子f 与土颗粒形状、长轴方位、接触排列、孔隙度、胶结 状况、饱和度等因素有关。对于各向异性土体来说，结构因子沿方向的变化差异非 常大。 结构因子f 又称地层因子，可表示为孔隙度西和曲折度t 的函数： f = 歹西 ( 1 7 ) 1 1 2 渗滤液污染土电阻率法探测研究 土的电阻率取决于土的孔隙率、孔隙形状、孔隙液电阻率、饱和度、固体颗粒成 分、形状、定向性、胶结状态等( 刘国华，2 0 0 4 ) 。污染土是指由于外来致污物质侵 入改变了原生性状的土( 朱春鹏，2 0 0 7 ) 。土体被渗滤液污染后，水相污染物进入土壤 4 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 与孔隙水混合导致孔液电阻率改变；而其中的大分子和螯合分子随渗流运动进入土 颗粒之间，改变颗粒间胶结方式，即改变了土的胶结指数m ( 孙建国，2 0 0 7 ) ；渗滤液 中一些不溶于水的非水相流体( n a p l s ) 进入土壤中会使土颗粒与这种污染结合状 态随渗滤液侵入量发生改变，即发生类似油水驱替迁移( 郑西来，2 0 0 4 ) ，进而发 生电阻率阶段性的改变。基于污染土体电阻率变化系统发展的地下渗滤液污染探测 不过2 0 年的历史。 1 9 9 4 - - - 1 9 9 6 年韩国的jry o o n 曾多次在n a n j i d o 垃圾填埋场应用各种电法进行 污染物分布调查。所得的勘测资料与钻孔资料进行比对后表明，电阻率低于1 0 0 m 的区域为渗滤液饱和带。在一年的时间里，渗滤液污染区域电阻率不断下降，污染 厚度不断增加，这一数据可以精确到每年3 6 m ，一直到达基岩为止。 1 9 9 8 年由美国环保局、防御部( 陆海空三军) 、能源部、内务部等联合编撰了 应用地球物理方法勘测n a p l s 现状报告。报告中介绍了存在于木材防腐剂废 弃物、煤焦油废弃物、杀虫剂中重于水的碳氢化合物液体( n a p l s ) 探测问题。研 究显示钻孔试验、土样化学分析试验等方法往往检测不到的污染物，经电阻抗透视 技术、地震波法等物探方法勘察取得了部分良好结果。这表明物探方法能够检测出 污染和未污染的界限并界定出污染物的范围和污染深度。 2 0 0 0 年英国ea r i s t o d e m o u 等研究了直流电阻率法和时域激发极化法在垃圾填 埋场污染物运移监测中的应用。该填埋场主要用于存放液体废弃物，废弃物中不仅 含有高浓度氯化物、硫酸盐等无机物，还包含高浓度有机化合物，从钻孔中提取液 体的最低电阻率值仅为0 2 5 0 m 。研究场地含水层系统向东倾斜，包含三个含水层 和粘土夹层，其中粘土夹层的存在会一定程度上影响土体的电阻率值。有机化合物 的存在要求激发极化法作为辅助的勘测手段。垂直于地下水流向的测线测量数据表 明，相对于控制测线而言系统电阻率不断减小，随着远离填埋场方向污染土电阻率 随渗滤液侵入量减少而减小。直流电阻率法和时域激发极化法的应用帮助建立了该 垃圾填埋场污染物运移模型。经过分析电阻率显著变化得出了垃圾填埋场南、北两 端分别接收不同类型废弃物的结论。 生活垃圾渗滤液污染土电阻率特征研究 2 0 0 4 年m o t ae ta l 发表了利用电阻率法中的温纳、偶极装置、电测深、自然电 位法等综合探测坐落在花岗岩裂隙带上垃圾填埋场的实例。实现表明几种电阻率法 配合探测的做法可大大提高探测结果的可靠度。探测中一个意外的收获在于由于垃 圾渗滤液沿填埋场基底的花岗岩裂隙方向扩散，通过探测渗滤液的扩散方向确定了 裂隙发育方向。 国内开展的一个典型实例是2 0 0 4 年程业勋等通过采用高密度电阻率法和地质 雷达法对北京市两个垃圾填埋场垃圾开展的渗漏液扩散范围、扩散深度检测。在比 较了各方法的效果后结合钻孔资料得出了污染土壤和地下水呈低电阻率的特征，视 电阻率在1 0 0 m 左右就可定性为被渗滤液污染，据此可确定地下污染物的空间分 布。研究还同时表明高密度电阻率法在探测土壤和地下水污染方面效果显著，并且 与其他方法探测结果具有良好的相关性。 1 1 3 渗滤液污染土电阻率特征研究 在诸多实例探测中，关于污染土电性特征的研究也陆续开展。 2 0 0 1 年韩国学者g i ll i my o o n 等研究了不同浓度的工业垃圾渗滤液( 体积占水 的o 、5 、1 0 、3 0 ) 的侵入对不同种类砂土( 砂、风化砂土、粉质砂土) 电 阻率影响，指出砂土的电阻率很大程度上依赖于含水率及孔隙水导电性并给出3 点 规律：( 1 ) 土体未受污染时，土的类型对其电阻率存在较大影响；( 2 ) 土含水量 对土的电阻率影响十分显著，当含水量一定时，三种土样电阻率随渗滤液浓度的增 大而减