高密度电阻率法在垃圾填埋场渗漏检测中的应用探究

王金亮

（天津华北地质勘查局核工业二四七大队 天津 301800）

目前我国垃圾处理技术与其他国家一样，主要采用填埋、堆肥、焚烧等方法，其中，大部分城市垃圾采用堆放或填埋的方式进行处理。填埋处理是中国当前乃至今后很长一段时间内生活垃圾的主要处理手段，当前填埋处理量占中国生活垃圾处理总量的80%以上[1]。随着我国工业化和城镇化进程的加快，未来生活垃圾的产生量以及填埋量还将会大幅度增长。

通过填埋的方式处理垃圾，在有效缓解与日俱增的垃圾的同时，也给周围的环境带来了较大破坏。这其中，最主要的便是填埋场的渗漏污染问题。目前，许多新建的填埋场大多采用人工单层防渗系统，难以有效解决垃圾填埋场的渗漏问题。而要解决垃圾填埋渗漏问题，除了新建填埋场中应用新的防渗技术之外，还需要我们对已建填埋场渗漏的点位及其对周围环境的污染现状进行查明和掌握，以此作为垃圾填埋场污染评估和防治的依据，这也是当前物探工作的研究热点之一。目前，工作中常用到的测漏污染检测方法有：浅层地震检测法、高密度电阻率法、地质雷达探测法、瞬变电磁法等等。其中，高密度电阻率法应用较为广泛。

1 垃圾填埋场渗漏污染特点

城市垃圾在填埋之后，降水以及垃圾本身所含的水量较为丰富等因素，使得水容易与垃圾产生淋滤作用，使得垃圾中的污染物溶解或悬浮于渗滤液中，从而造成了二次污染。具体来说，垃圾填埋场的渗漏污染主要呈现出以下特点：一是从渗漏液的污染物含量来看，有机污染物的浓度和重金属含量较高，成分也较为复杂，氨氮含量会随着填埋时间的推移而增加；二是从渗滤液污染物的流向来看，填埋场中渗漏点处的污染比其他地方严重，而且会随着时间的推移不断向周围扩张，渗漏通道往往是与渗漏点的围岩裂隙破碎、节理密级带相连通，最终流向了垃圾填埋场的周围的地势低洼处或下游；三是从污染物的渗漏扩散速度来看，其与水力的梯度、渗透的系数以及水动力弥散的系数息息相关，由此可见，在多雨季节，垃圾填埋场的渗漏污染更为严重。

2 高密度电阻率法

高密度电阻率法（multi-electroderesistivitymethod）是集电剖面法与电测探的观测特点为一体的地学层析成像技术，它兼具剖面法与电测探法的效果，并具有点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态等优点[2]。被广泛应用于采空区、断裂构造以及岩溶、垃圾填埋场渗漏的调查和研究中。这种方法的工作原理是以岩土（体）的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况，见图1。

图1 高密度电阻率法工作原理示意图

地下介质视电阻率通过下式进行计算[3]：

式中：ρ——岩土层视电阻率，Ωm；

ΔV——电位差，V；

I——供电电流，A；

K——装置系数（与电极间距有关）。

3 高密度电阻率法应用于垃圾填埋场渗漏检测的技术要求及意义

3.1 前提条件

地下含水层、含水裂隙带以及岩溶破碎带会与围岩隔水层之间存在着较为明显的电性差异，这为电阻率法探测地下含水部位提供了必要的物质条件。被污染的地下水由于大量污染物的介入，会使电性特征产生改变，那些含有无机污染物的水中多以带电离子形式存在，增加了水体的导电性。实验表明，没有受到污染的水体的电阻率一般为20~100Ωm，但含有无机污染物的水体中的电阻率一般是＜10Ωm，含有有机污染物的水体中又多以大分子化合物的形式溶解于水体中，地下水的导电性会大大减小，通常有机污染的水体电阻率将增加为10~100Ωm[4]。由这些特征可以得出：含水地层或构造破碎带往往会与围岩间有着较为明显的电性差异，而污染水体与无污染水体之间也存在着较为明显的导电性差异，通过这一原理，可以为高密度电阻率法查明垃圾污染渗漏通道的具体点位、水流特征以及污染晕的分布规律都提供了用武之地。

3.2 技术要求

高密度电阻率法在垃圾填埋场渗漏破损探测中，是一种勘探信息量较为丰富、分辨率较高的地球物理勘探法。首先是将不同电势施加到土工膜（泥土或水）上面及其下面。覆盖土工膜的泥土或水的电势场相对均匀。土工膜作为一种很好的绝缘体，在存在孔洞时电场导通，通过移动测量仪探测导通位置，精确定位产生渗漏孔洞的点。其次是要保证电极良好地接地性，在数据采集前要做到保证每个电极的接地电阻＜10Ωm；再次，是在野外测试的时候，要全面的填写野外班报，保证后期质量的监控以及数据的处理；第四是要对采集全程及时掌握监控，发现异常要及时处理，保证采集的数据真实可靠。

3.3 施工要求

高密度电阻率法应用到垃圾填埋场渗漏检测中，在现场数据采集时需要做到：一是考虑地形的影响。垃圾填埋场一般选择在一些地势低洼或者较为便宜的山沟直接进行填埋，这时在勘探测量时要注意地形变化，做好安全预案；二是考虑探测体埋深过大问题。根据电法的相关理论，当探测体的规模与埋深达到一定比例之后才能被探测到，例如当规模较小、埋深较大时一般不容易被仪器接收，理论的探测径深比为1:6；第三是注意多解性问题。探测体电阻率和埋深之间存在S等值和T等值关系，要确定好参数，否则会导致结果误差较大；第四是要注意旁侧影响。实践中，如果两个相邻的测点，靠近山体或水边所测得的曲线形态变化较大，通常情况下，场地开阔的，一般选择四极装置，四极装置可以最大限度地使用测量场地，反之，最好使用三极装置（AMN、MNB），三极装置一般要比四极装置节约一半的测量用地[5]。

3.4 节能环保意义

高密度电阻率法可以帮助人们及时的探知垃圾填埋场渗漏点的具体位置，并且能够准确探明渗漏处的污染物水质特征以及水流特征，准确确定渗漏通道的具体流向，这为人们及时准确知晓垃圾填埋场的渗漏状况提供了第一手资料，为具体的防渗、减渗措施的运用提供了参考依据，具有积极的现实意义。

4 结语

高密度电阻率法应用到垃圾填埋场渗漏液的检测中，充分利用了垃圾渗滤液的渗漏污染物物性差异的特点，为高密度电阻率法的运用提供了基础。虽然与常规电阻率法原理相同，但高密度电阻率法实现了对采集数据的快速、高效、自动化处理，因此保证了检测效率和检测质量的提升，通过实践发现选用偶极和温纳两种装置类型组合测量效果更佳；此外，通过合理选择布线极距、隔离系系数能够有效提升探测的分辨率；运用梯度带缓陡特点，掌握垃圾渗漏破碎带的污染程度，为人们及时掌握渗漏状况，采取有效应对措施提供了有效途径。

[1]蔡博峰,刘建国，曾宪委.等.基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究[J].气候变化研究进展,2013,9（6）.

[2]邓超文.高密度电法的原理及工程应用[J].韶关学院学报(自然科学版),2007,28(6).

[3]苏永军,胡清龙,容娇君.等.高目睹电阻率法技术与研究[J].西部探矿工程,2007,(10).

[4]程业勋,刘海生,赵章元.城市垃圾污染的地球物理调查[J].工程地球物理学报,2004,1(1).

[5]吴灿灿,曹静,王芳,等.高密度电阻率法的综合应用[J].科技经济市场,2009,(7).