發布時間：2021-05-15所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：在我國城鎮化快速進程中，垃圾填埋場數量激增，伴隨而來的滲漏污染事件頻頻發生，對人們生存環境造成了嚴重的威脅，制約了城市發展。本次研究通過在四川省某垃圾填埋場開展的高密度電阻率法調查，歸納總結出了垃圾場主斷面上電阻率異常特征，再結合地
摘要：在我國城鎮化快速進程中，垃圾填埋場數量激增，伴隨而來的滲漏污染事件頻頻發生，對人們生存環境造成了嚴重的威脅，制約了城市發展。本次研究通過在四川省某垃圾填埋場開展的高密度電阻率法調查，歸納總結出了垃圾場主斷面上電阻率異常特征，再結合地質、鉆孔資料綜合解釋驗證，應用三維可視化分析技術，查明了垃圾場原址邊界范圍和垃圾場底部地質情況，其包括：巖石裂隙位置、含水破碎帶，排查出了有建設施工隱患的不穩定地質體，為垃圾填埋場的環境修復治理及土地恢復開發再利用提供了可靠的地球物理依據。
關鍵詞：垃圾填埋場;高密度電阻率法;三維可視化成像;裂隙及邊界識別
1引言
垃圾填埋場是采用衛生填埋方式的垃圾集中堆放場地，因為成本低、衛生程度好在國內被廣泛應用。早期建成的垃圾填埋場由于缺乏現代化垃圾分類處理的科學依據，存在著選址不合理、垃圾處理方法簡單等一系列問題，從而導致近年來垃圾填埋場滲透污染事件頻發，產生的環境問題主要包括：垃圾體滲漏污染地下水、垃圾堆填產生的沼氣易燃易爆、垃圾填埋場場地土體蓬松和邊坡失穩產生的次生地質災害等[1-3]。本次研究的垃圾填埋場已經影響到城市的擴建和道路改造，制約了城市的發展。圖1垃圾場位置衛星影像圖高密度電阻率法剖面布置示意Fig.1Satelliteimageofwastedumplocation高密度電阻率法具有快速、成本低、樣本大、信息豐富而連續、可實時動態監測地下水污染擴散趨勢等優點，可應用在垃圾填埋場及周邊土壤污染治理修復和工程建設風險評估中。利用三維可視化成像技術可以很好地識別填埋后的垃圾場原址邊界范圍和垃圾場底部巖石裂隙位置、含水破碎帶，排查出有建設施工隱患的不穩定地質體，為垃圾填埋場及其周邊的環境修復治理及土地恢復開發再利用提供可靠依據。
2垃圾填埋場概況
研究區內的垃圾填埋場始建于20世紀90年代，位于偏僻山溝的低洼地，已廢棄數年，原垃圾場地范圍內雜草叢生，垃圾堆體邊界模糊。
巖沿溝谷走向具有不同程度的裂隙破碎帶或節理密集帶分布且存在透水層，在大氣降雨的淋濾作用下，污染物滲入垃圾填埋場的底部，使得場區底部防滲處理不達標，存在地下水污染情況。在垃圾填埋場廢棄以后，該區曾發生過垃圾堆體底部沼氣爆炸事件，造成場地基巖土體疏松，存在著次生地質災害隱患[3]。因此，對該垃圾填埋場及其周邊的環境治理修復迫在眉睫。
垃圾填埋場附近山體呈“V型”山谷，地貌為侵蝕構造、低山地形，海拔高度在310～364m，出露地層主要為第四系黏土層及砂巖、泥巖。構造較為發育，區內斷裂由一組斷層破碎帶組成，該破碎帶基本控制了溝谷的NE向展布特征。區內地下水賦存形式以裂隙潛水為主，第四系孔隙滯留水次之。已發現其下游地下水有超標污染現象，初步確定上游垃圾場是本區地下水的主要污染源，沿山谷分布的斷層裂隙帶是污染溶液進行擴散的重要通道。為查明該區地下垃圾滲漏通道分布，為防滲治理提供依據，采用高密度電阻率法的探測技術，在垃圾場攔護壩內自西向東依次布置了4條南北向剖面，即L1～L4;為查明垃圾填埋場橫向界限自南至北布設兩條東西向剖面，即L5～L6，其分布位置見圖1(c)。
3高密度電阻率法有效性及采集裝置
3.1開展高密度電阻率法前提條件
高密度電阻率法可高效地獲取地下介質電阻率沿垂向及水平方向的變化規律。針對特定的工程地質問題[4]，可通過合理地設置工作點距、排列長度等，對地下介質電阻率分布進行精細、高密度的探測[5-10]，依據不同性質巖土體、不良地質體的電阻率差異，可以為巖土體分層、不良地質體劃分提供地球物理依據。
高密度電法主要應用于以下方面[11-13]：①巖土體分層，包括基覆界面、地層層面、風化層面等;②電性異常體探測，異常體包括斷裂構造、構造破碎帶、溶蝕破碎帶、洞穴等;③滑坡、不穩定斜坡的探測。
相關期刊推薦：《工程地球物理學報》(雙月刊)2004年創刊，主要刊登工程、環境地球物理的新理論、新方法、新技術;重、磁、地震、電磁法、地質雷達、核磁共振等方法的應用新成果;工程勘察(尤其是國家重大、重點工程)和環境勘察中的新技術新成果;GPS、GIS、RS技術應用新方法新領域;地球物理資料采集、資料處理和反演方面的新進展;以及適用于工程和環境領域的地球物理儀器等方面的學術論文。
研究區內地層巖性與電性特征(表1)表明，垃圾填埋物的電性特征與圍巖(第四系覆土層、砂巖、泥巖)之間存在一定差異，即垃圾填埋物和土壤污染體的電阻率低于覆蓋土層、下伏黏土(未被污染的黏土)和基巖的電阻率。這為開展高密度電阻率法提供了地球物理前提和條件，可以通過不同的電阻率特征來查明垃圾填埋物的賦存狀態及結構特征[14，15]。
3.2高密度電阻率法技術采集裝置
高密度電法數據采集系統由主機、多路電極轉換器、電極系統3部分組成。多路電極轉換器通過電纜控制電極系統各電極的供電與測量狀態。主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發出工作指令，向電極供電并接收、存貯測量數據。高密度電法系統如圖2所示。通過現場試驗對比，當測區地形起伏較大時，溫納裝置能完整地顯示各地層，并且當對覆蓋層進行厚度探測時，溫納裝置結果最為準確。為達到最佳的調查效果，選用溫納裝置進行探測。室內資料處理時采用RES2DINV自動迭代反演程序，其正演過程采用有限元法，反演采用光滑約束最小二乘反演技術。
4三維可視化成像
4.1剖面電阻率最小二乘迭代反演結果
從電阻率反演擬斷面(圖3(a)～圖3(c))可以看出，3條剖面上低電阻率異常區均沿山坡地勢自北至南呈條帶串珠狀展布，電阻率值表現為低阻異常，電阻率值在10～20Ω·m之間，地表為垃圾及腐殖土堆積;剖面中段由于填方作業，地表表現為中高阻的電性特征，中淺部為低阻異常，過剖面鉆孔成果表明，垃圾頂板埋深10m左右，底板埋深15～18m，其電性特征為明顯的低阻異常，這一特點表明剖面中段近似水平層狀低阻層位為垃圾填埋所產生的異常;坡地上的垃圾可能經過后期的運移、滾落，局部呈低阻，且由于地下水向低處匯聚，所以在坡地上垃圾填埋體的視電阻率幅值比平地上相對高。剖面南段低電阻率異常為地表水田耕地所引起，施工期間應當注意開挖過程中避免垃圾污水向南滲漏污染農田。
剖面深部高阻異常呈水平層狀，推測是以砂巖為主的基巖，局部地段存在基巖薄弱區。該處電性特征表現為鞍狀，視電阻率幅值相對下降，推測與基巖風化破碎有關，并具有明顯的裂隙特征，需引起重視，以防止垃圾污染物向下游地下水系侵蝕污染。
根據在研究區內的6條剖面上圈定的異常范圍，在平面上勾繪了垃圾堆體的大致分布范圍：垃圾堆體北側寬約115m，中部范圍有所加大，寬度約130m，沿L2線向南范圍收窄(圖4(d))。
4.2高密度電阻率法三維可視化分析
通過現場實地踏勘測量垃圾堆體范圍并結合研究區域近年遙感影像地貌變化特征，對研究區內南北向4條剖面和東西向2條剖面電阻率反演斷面進行了綜合三維可視化分析，分結果如下：
1)在L1～L4四條南北向剖面低電阻率異常區邊界范圍確定了垃圾堆體南北邊界范圍和垃圾堆體的頂底板埋深。
2)在L5、L6兩條東西向剖面低電阻率異常區范圍確定了垃圾堆體中心凹槽處東西向邊界位置。
3)確定了該垃圾填埋場內原垃圾堆體的邊界位置及頂、底板埋深厚度，其最薄處垃圾堆體厚2～3m，最厚處約15m。通過三維可視化分析更加直觀清楚地還原了垃圾堆體整體在空間上的分布，根據網格單元的平均體積和統計的網格單元數目[16-20]，可對垃圾堆體范圍和體積進行測算，確定垃圾堆體的方量約為31×104m3。
4.3三維可視化成像推斷裂隙位置
整合各剖面地質解釋結果，將各斷層裂隙位置展布到相應平面測點位置上，結合已掌握的地質及水文地質資料，推斷解釋出地下隱伏地質構造分布：橫穿垃圾場方向有全區性的北東東向基巖斷裂有2條。連接各剖面斷點位置，推斷F1、F2這2條裂隙帶為區內垃圾污染物滲漏的主要通道。此結論經鉆探和巖樣測試配合驗證，結果可靠。
5結論
通過L1～L4這4條南北向和L5、L6這2條東西向高密度電阻率法探測剖面，對野外實測數據進行了最小二乘迭代反演，在電阻率反演斷面圖中圈定了垃圾堆體填埋物所引起的7處低電阻率異常區，結合地質及遙感影像資料確定了垃圾堆體平面展布位置并認為F1、F2兩條裂隙為本區垃圾污染物滲漏的主要通道。
對實測的6條剖面分別進行的南北向、東西向剖面三維可視化建模工作，更加直觀清晰地展示和還原了垃圾填埋場在三維空間分布位置，確定了垃圾填方量為31×104m3，為城市垃圾填埋場修復治理工作提供了有力依據。
本文采用的高密度電阻率反演方法是基于二維剖面的反演，再進行三維可視化成像進而形成擬三維空間成果;隨著物探硬、軟件設備的研發，采用三維高密度電阻率測量系統進行三維電阻率反演，應用三維可視化成像技術效果會更佳。——論文作者：鄭福龍，韓磊，龐有煒，陳挺，張鷗，馮化鵬
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