垃圾填埋是我國目前運用最廣泛的城市生活垃圾處理技術和方式。隨著經濟的增長和城市規模的擴大，城市生活垃圾量持續增加，垃圾填埋場的數量也隨之增加。對城市垃圾填埋場處理的首要問題是防止填埋場附近地下水及地表水受到垃圾滲濾液的污染，因此，在合理選址的基礎上必須考慮防滲系統的設計。垃圾填埋場防滲透系統中，目前國內外應用較多的是用高密度聚乙烯（HDPE）作人工襯墊，簡稱土工膜。HDPE土工膜用于填埋場防滲透，具有抗化學腐蝕能力強和抗滲性能好的優勢。但HDPE土工膜防穿刺能力較差，很容易因施工方法、機械操作和環境影響等發生破損，形成裂縫、孔洞和刮痕等缺陷，降低了襯墊的防滲效果，垃圾滲濾液就會通過破裂位置流到周圍土壤中，污染土壤和地下水，造成嚴重的后果[1-3]。

    在我國，填埋場及滲濾液收集過程中出現的滲漏問題越來越引起有關部門的重視。因此，如何快速、準確地檢測土工膜破裂是防止滲濾液污染地下水至關重要的工作。目前，用于人工防滲層的滲漏檢測方法主要為平面電壓場分析方法，但該方法不能檢測深度方向的電壓變化，僅從二維方向進行分析，因而不夠準確；此外，采集的電壓信號直接進行分析，沒有經過差分處理，因而易受外界干擾。由于大多數檢測方法需要先對垃圾填埋場預埋大量檢測電極，因此不適用于未埋檢測電極的垃圾場。由此可以看出，城市垃圾填埋場滲漏檢測還沒有很好的辦法，采用的分析方法也不能很好地反映滲濾液的實際滲漏情況，不能找出準確的位置[4-6]。
1 土工膜快速檢測系統原理
    本垃圾填埋場土工膜滲漏快速檢測系統在小車上配套了測試探極、信號處理電路、數據采集系統、GPS定位裝置、計算機數據分析與模型建立系統；測試探極通過導線和高壓(1 000 V)信號源正極，高壓(1 000 V)信號源的負極直接連接高壓電極。通過測量填埋場內某處電壓的變化量來判斷測量點與漏點的遠近以及方向，如圖1所示。

    當給兩個電極供電，檢測電路未形成回路時，由于土工膜具有絕緣性，說明土工膜沒有滲漏點；當垃圾填埋場土工膜有破損滲透點（圖1中的點10）時，電流穿過漏洞形成回路，通過測量裝置取得探測電極1′～5′的電壓變化量ΔU1～ΔU5。若探測電極1′的電壓變化量?駐U1小于2′～5′的電壓變化量，則探測位置與滲漏點10距離較遠；若探測電極1′的電壓變化量ΔU1大于2′～5′的電壓變化量，則探測位置與滲漏點10距離較近。并且通過合成1′、2′、4′得出探測點與滲漏點方向矢量，合成矢量的指示方向和夾角可判斷滲漏點位置。通過同樣的方法合成其他幾個探測電極，經過多個方向矢量的綜合判定，確定電壓場變化方向以及滲漏點范圍。此時，移動測試小車根據電壓變化趨勢方向運動一段距離后，再次測量電壓分布，判斷運動方向及距離是否正確并重新確定漏點位置，修正測試模型，如此重復測量幾次，可迅速、準確地判斷土工膜滲透點。其中，檢測信號由差分模擬輸入模塊NI9213進行采集，連在NI9213的每個通道經過差分濾波器和多路復用器，對采集到的信號進行濾波降噪和信號放大處理后，由一個24 bit模/數轉換器（ADC）進行模/數轉換。然后傳給管理計算機，進行實時數據處理分析和漏點判定，并由GPS定位系統進行定位記錄。
    小車行駛到下一位置時，將測試探極插入垃圾場，每移動一個位置再插入一次。

    假設電極的半徑為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系如圖6所示。不同電壓下電極埋深對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 實際測試分析
    試驗環境：長方型水槽，外形尺寸為610×370×95 cm3（長×寬×高）。介質：電解質溶液（模擬垃圾填埋場填埋物）。使用測量設備：抗腐蝕探針，高輸入阻抗精密放大電路，五位半數字萬用表（RD6551），數字示波器，高精度信號發生器，放電電極，卷尺。信號源5輸出恒電流信號1 mA，探極7、8、9隨正放電極4水平移動，負放電極3固定于液體下不移動。分別測量正放電極4與負放電極3水平距離為350 cm、250 cm、150 cm和50 cm 4種狀態下水平和垂直探極反映的電壓值。
    數據如表3所示，測試結果表明，隨著正放電極與負放電極水平距離減小，通過垂直探極測量的垂直方向電壓分量隨放電極距離減小會增加，距離越近垂直方向電壓分量增加越明顯。當土工膜沒有漏洞時，給電勢發生和遠距離回流電極加電壓不能形成回路電勢，膜上檢測電勢檢測不到有漏洞的信號；當土工膜有漏洞時，給兩電極加一定的電壓，電勢能利用通過膜上洞中的水導電形成供電回路檢測到信號，通過測量膜上不同方向電勢差就可判斷漏洞的位置。

    本文探尋垃圾填埋場土質高壓電位條件下兩電極之差規律，研究土工膜破裂與滲透液電流電場關系，具體研究了防滲透土工膜快速檢測技術方法。
    通過測試電極周圍多點電勢分布（包括隨深度變化電勢分布），對信號濾波、放大、調理處理，由數據采集系統采得信號并存于計算機中，然后由專用軟件建立模型。通過空間電勢參數可方便地進行空間矢量分析，得到電勢變化趨勢。移動測試小車根據電勢變化趨勢方向運動一段距離，再次測量電勢分布，重新修正測試模型。綜合各點信息并通過衛星GPS定位，形成垃圾填埋場內空間電場分布圖。若垃圾填埋場土工膜有破損滲透，經過分析空間電場分布圖可迅速判斷土工膜滲透點。本研究的優點：(1)不對垃圾填埋場大規模翻土，不需要大量鋪設檢測電極，用高壓直流電法滲漏檢測時采用電勢場多維矢量分析方法，不同于以前平面電勢場分析，可對滲漏點快速定向定位搜索。(2)利用車載檢測系統GPS導航加快檢測過程，提高檢測效率，降低勞動強度。
參考文獻
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