垃圾填埋是我國(guó)目前運(yùn)用最廣泛的城市生活垃圾處理技術(shù)和方式。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市生活垃圾量持續(xù)增加，垃圾填埋場(chǎng)的數(shù)量也隨之增加。對(duì)城市垃圾填埋場(chǎng)處理的首要問(wèn)題是防止填埋場(chǎng)附近地下水及地表水受到垃圾滲濾液的污染，因此，在合理選址的基礎(chǔ)上必須考慮防滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。垃圾填埋場(chǎng)防滲透系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是用高密度聚乙烯（HDPE）作人工襯墊，簡(jiǎn)稱土工膜。HDPE土工膜用于填埋場(chǎng)防滲透，具有抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)和抗?jié)B性能好的優(yōu)勢(shì)。但HDPE土工膜防穿刺能力較差，很容易因施工方法、機(jī)械操作和環(huán)境影響等發(fā)生破損，形成裂縫、孔洞和刮痕等缺陷，降低了襯墊的防滲效果，垃圾滲濾液就會(huì)通過(guò)破裂位置流到周圍土壤中，污染土壤和地下水，造成嚴(yán)重的后果[1-3]。

    在我國(guó)，填埋場(chǎng)及滲濾液收集過(guò)程中出現(xiàn)的滲漏問(wèn)題越來(lái)越引起有關(guān)部門的重視。因此，如何快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)土工膜破裂是防止?jié)B濾液污染地下水至關(guān)重要的工作。目前，用于人工防滲層的滲漏檢測(cè)方法主要為平面電壓場(chǎng)分析方法，但該方法不能檢測(cè)深度方向的電壓變化，僅從二維方向進(jìn)行分析，因而不夠準(zhǔn)確；此外，采集的電壓信號(hào)直接進(jìn)行分析，沒(méi)有經(jīng)過(guò)差分處理，因而易受外界干擾。由于大多數(shù)檢測(cè)方法需要先對(duì)垃圾填埋場(chǎng)預(yù)埋大量檢測(cè)電極，因此不適用于未埋檢測(cè)電極的垃圾場(chǎng)。由此可以看出，城市垃圾填埋場(chǎng)滲漏檢測(cè)還沒(méi)有很好的辦法，采用的分析方法也不能很好地反映滲濾液的實(shí)際滲漏情況，不能找出準(zhǔn)確的位置[4-6]。
1 土工膜快速檢測(cè)系統(tǒng)原理
    本垃圾填埋場(chǎng)土工膜滲漏快速檢測(cè)系統(tǒng)在小車上配套了測(cè)試探極、信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPS定位裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析與模型建立系統(tǒng)；測(cè)試探極通過(guò)導(dǎo)線和高壓(1 000 V)信號(hào)源正極，高壓(1 000 V)信號(hào)源的負(fù)極直接連接高壓電極。通過(guò)測(cè)量填埋場(chǎng)內(nèi)某處電壓的變化量來(lái)判斷測(cè)量點(diǎn)與漏點(diǎn)的遠(yuǎn)近以及方向，如圖1所示。

    當(dāng)給兩個(gè)電極供電，檢測(cè)電路未形成回路時(shí)，由于土工膜具有絕緣性，說(shuō)明土工膜沒(méi)有滲漏點(diǎn)；當(dāng)垃圾填埋場(chǎng)土工膜有破損滲透點(diǎn)（圖1中的點(diǎn)10）時(shí)，電流穿過(guò)漏洞形成回路，通過(guò)測(cè)量裝置取得探測(cè)電極1′～5′的電壓變化量ΔU1～ΔU5。若探測(cè)電極1′的電壓變化量?駐U1小于2′～5′的電壓變化量，則探測(cè)位置與滲漏點(diǎn)10距離較遠(yuǎn)；若探測(cè)電極1′的電壓變化量ΔU1大于2′～5′的電壓變化量，則探測(cè)位置與滲漏點(diǎn)10距離較近。并且通過(guò)合成1′、2′、4′得出探測(cè)點(diǎn)與滲漏點(diǎn)方向矢量，合成矢量的指示方向和夾角可判斷滲漏點(diǎn)位置。通過(guò)同樣的方法合成其他幾個(gè)探測(cè)電極，經(jīng)過(guò)多個(gè)方向矢量的綜合判定，確定電壓場(chǎng)變化方向以及滲漏點(diǎn)范圍。此時(shí)，移動(dòng)測(cè)試小車根據(jù)電壓變化趨勢(shì)方向運(yùn)動(dòng)一段距離后，再次測(cè)量電壓分布，判斷運(yùn)動(dòng)方向及距離是否正確并重新確定漏點(diǎn)位置，修正測(cè)試模型，如此重復(fù)測(cè)量幾次，可迅速、準(zhǔn)確地判斷土工膜滲透點(diǎn)。其中，檢測(cè)信號(hào)由差分模擬輸入模塊NI9213進(jìn)行采集，連在NI9213的每個(gè)通道經(jīng)過(guò)差分濾波器和多路復(fù)用器，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波降噪和信號(hào)放大處理后，由一個(gè)24 bit模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。然后傳給管理計(jì)算機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理分析和漏點(diǎn)判定，并由GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位記錄。
    小車行駛到下一位置時(shí)，將測(cè)試探極插入垃圾場(chǎng)，每移動(dòng)一個(gè)位置再插入一次。

    假設(shè)電極的半徑為10 mm，土壤的電阻率為100 Ω·m，電極的接地電阻隨電極埋深的變化如圖5所示；假設(shè)電極半徑為10 mm，埋深為0.5 m ，土壤電阻率為100 Ω·m，電極的接地電阻和土壤與電極間距離的關(guān)系如圖6所示。不同電壓下電極埋深對(duì)接地電阻的影響如表1所示，不同電壓下接地電阻隨電極直徑的變化情況如表2所示。

3 實(shí)際測(cè)試分析
    試驗(yàn)環(huán)境：長(zhǎng)方型水槽，外形尺寸為610×370×95 cm3（長(zhǎng)×寬×高）。介質(zhì)：電解質(zhì)溶液（模擬垃圾填埋場(chǎng)填埋物）。使用測(cè)量設(shè)備：抗腐蝕探針，高輸入阻抗精密放大電路，五位半數(shù)字萬(wàn)用表（RD6551），數(shù)字示波器，高精度信號(hào)發(fā)生器，放電電極，卷尺。信號(hào)源5輸出恒電流信號(hào)1 mA，探極7、8、9隨正放電極4水平移動(dòng)，負(fù)放電極3固定于液體下不移動(dòng)。分別測(cè)量正放電極4與負(fù)放電極3水平距離為350 cm、250 cm、150 cm和50 cm 4種狀態(tài)下水平和垂直探極反映的電壓值。
    數(shù)據(jù)如表3所示，測(cè)試結(jié)果表明，隨著正放電極與負(fù)放電極水平距離減小，通過(guò)垂直探極測(cè)量的垂直方向電壓分量隨放電極距離減小會(huì)增加，距離越近垂直方向電壓分量增加越明顯。當(dāng)土工膜沒(méi)有漏洞時(shí)，給電勢(shì)發(fā)生和遠(yuǎn)距離回流電極加電壓不能形成回路電勢(shì)，膜上檢測(cè)電勢(shì)檢測(cè)不到有漏洞的信號(hào)；當(dāng)土工膜有漏洞時(shí)，給兩電極加一定的電壓，電勢(shì)能利用通過(guò)膜上洞中的水導(dǎo)電形成供電回路檢測(cè)到信號(hào)，通過(guò)測(cè)量膜上不同方向電勢(shì)差就可判斷漏洞的位置。

    本文探尋垃圾填埋場(chǎng)土質(zhì)高壓電位條件下兩電極之差規(guī)律，研究土工膜破裂與滲透液電流電場(chǎng)關(guān)系，具體研究了防滲透土工膜快速檢測(cè)技術(shù)方法。
    通過(guò)測(cè)試電極周圍多點(diǎn)電勢(shì)分布（包括隨深度變化電勢(shì)分布），對(duì)信號(hào)濾波、放大、調(diào)理處理，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采得信號(hào)并存于計(jì)算機(jī)中，然后由專用軟件建立模型。通過(guò)空間電勢(shì)參數(shù)可方便地進(jìn)行空間矢量分析，得到電勢(shì)變化趨勢(shì)。移動(dòng)測(cè)試小車根據(jù)電勢(shì)變化趨勢(shì)方向運(yùn)動(dòng)一段距離，再次測(cè)量電勢(shì)分布，重新修正測(cè)試模型。綜合各點(diǎn)信息并通過(guò)衛(wèi)星GPS定位，形成垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)空間電場(chǎng)分布圖。若垃圾填埋場(chǎng)土工膜有破損滲透，經(jīng)過(guò)分析空間電場(chǎng)分布圖可迅速判斷土工膜滲透點(diǎn)。本研究的優(yōu)點(diǎn)：(1)不對(duì)垃圾填埋場(chǎng)大規(guī)模翻土，不需要大量鋪設(shè)檢測(cè)電極，用高壓直流電法滲漏檢測(cè)時(shí)采用電勢(shì)場(chǎng)多維矢量分析方法，不同于以前平面電勢(shì)場(chǎng)分析，可對(duì)滲漏點(diǎn)快速定向定位搜索。(2)利用車載檢測(cè)系統(tǒng)GPS導(dǎo)航加快檢測(cè)過(guò)程，提高檢測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
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