بخشی از مقاله
مدفن زبالههای مواد زائد جامد شهری که با اصول مهندسی - بهداشتی ساخته میشوند باید دارای حداقل یک لایه مانع انتقال آلودگی ساخته شده از خاک رسی متراکم یا لاینر در کف مدفن باشند. این لایه باید دارای ضریب نفوذپذیری قابل قبول بوده تا به عنوان لایه مانع انتقال آلودگی در کف مدفن عمل کند. اغلب مدفنهای زباله در کشور ما در زمینهایی احداث میشوند که دارای لایههای خاک غیراشباع در حد فاصل بین کف مدفن و سفره آب زیرزمینی هستند. این لایههای خاک غیراشباع به عنوان سیستم هیدروژئولوژیک طبیعی در میزان تراوش و انتقال آلودگی از میان لاینر نقش دارند. در این تحقیق با استفاده از مدلسازی عددی لندفیل در نرم افزار Seep/W میزان تراوش یکنواخت در ضخامتهای مختلف ناحیه غیراشباع تشکیل شده از نمونه خاکهای مختلف محاسبه شد. نتایج محاسبات نشان داد که خاکهای با دانهبندی درشتتر نسبت به خاکهای با دانهبندی ریزتر میزان تراوش یکنواخت پایینتری را با افزایش ضخامت از خود نشان میدهند و این درحالی است که با افزایش ضخامت ناحیه غیراشباع، تاثیر دانهبندی - درشت یا ریز دانه بندی شده - کمتر شده و در ضخامت بیش از 10 متر نرخ نشت تغییر ناچیزی از خود نشان میدهد.
کلمات کلیدی: مدفن زباله، لایه غیر اشباع، تراوش یکنواخت
1. مقدمه
نشت شیرابه از سیستم لاینر لندفیل از جمله مهمترین عوامل موثر در آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی میباشد .[1] در بسیاری از نقاط دنیا برای لاینرهای کامپوزیتی شامل ژئوممبرین، از پوشش لاینرهای رسی ژئوسنتتیکی یا از پوشش لاینرهای خاک رس فشرده شده - CCL - استفاده می شود. در تحقیقات اخیر کارهای قابل توجهی در مورد عوامل موثر بر میزان تراوش از طریق این لاینرها انجام شده است .[4-1] همچنین ثابت شده در برخی از موارد، لاینرهای تک لایه رسی با نفوذپذیری پایین تاثیر مهمی در بهبود کنترل میزان تراوش شیرابه دارند .[5] در کمبود یک ژئوممبرین با عملکرد خوب، یک سیستم زهکشی شیرابه که بتواند ارتفاع شیرابه را در حد استانداردهای طراحی پایین نگه دارد - معمولا 0/3 متر یا کمتر - [2]، استفاده از CCL و یا هر سیستم طبیعی کنترل تراوش و انتقال آلایندهها به سفره آبخوان از طریق سیستم لاینر لندفیل ضروری است .[6] بنابراین، طراحی سیستم-های لاینر لندفیل نیازمند مدلسازی موثر و خوب از یک سیستم با پارامترهای مناسب به منظور ارزیابی تأثیر بازدارنده بالقوه یک لاینر پیشنهادی در سیستم اصلی مورد مطالعه میباشند. اکثر مدلهای مدفن زباله محاسبه تراوش از سیستم لاینر به سفره آب زیرزمینی را بر اساس قانون دارسی محاسبه می-کنند. در نتیجه انتخاب مقدار عددی هدایت هیدرولیکی مناسب برای CCLها و همچنین خاک زیرین لاینر که همان خاک منطقه غیر اشباع میباشد، اهمیت بسیار زیادی دارد
این تحقیق بر روی لاینر رسی متراکم - CCL - که بصورت تک لایه بر روی زمین طبیعی غیراشباع اجرا شده است، بحث میکند. در این مطالعه از کد کامپیوتری SEEP/W استفاده شده است. این نرم افزار با استفاده از روش اجزا محدود به بررسی و تجزیه و تحلیل مکانیزمهای مختلف تراوش می-پردازد. این نرمافزار قادر است جریان اشباع و نیمه اشباع را در لایههای خاک مدل کند .[7]
2. روش تحقیق
در این تحقیق، سیستم مانع انتقال آلودگی لندفیل تشکیل شده است از: - 1 - یک لایه شنی به ضخامت حدود 0/3 متر برای جمعآوری شیرابه - LCS - ، - 2 - یک لایه رسی متراکم - CCL - به ضخامت حدود 0/6 متر برای ممانعت از انتقال آلودگی، و - 3 - خاک زمین طبیعی منطقه غیراشباع با ضخامت متغیر. بافت منطقه غیراشباع شامل خاکهایی است که قبلا از چندین قسمت مختلف شهر ارومیه نمونه برداری شده است. این خاکها شامل چهار نمونه بوده که از کارخانه آجرپزی قزل نازلو، خاکبرداری مقابل دانشگاه ارومیه، پایین دست محل دفن زباله در نزدیکی جاده سرو و کارخانه آجرپزی قزل خامنه نمونهبرداری شدهاند. جریان شیرابه از طریق سیستم لاینر لندفیل با استفاده از مدل جریان نیمه اشباع در SEEP/W شبیهسازی شده است. شبیه-سازیها با فرض شرایط حالت پایدار انجام شدند. برای توصیف سیستم لاینر لندفیل در مدل جریان عددی غیر اشباع SEEP/W، دو شرط مرزی مشخص تعریف شد. بار پیزومتریک 0/3 متر به عنوان حد بالا برای شیرابه تعریف گردید و بار پیزومتریک صفر نیز به عنوان حد پایین برای نشان دادن سفره آب زیر زمینی که در پایین سیستم لاینر لندفیل قرار دارد، تعریف شد.
مش بندی اتخاذ شده در مدل Seep/W از مشهایی به ابعاد 2/5 سانتی متر استفاده میکند. با توجه به مش بندی اتخاذ شده، لایه 60 سانتیمتری CCL به کار گیری شده در لاینر لندفیل دارای 24 گره خواهد بود. تعداد گرهها در منطقه غیر اشباع با توجه به ضخامت متغیر خاک زمین طبیعی این ناحیه، متفاوت و متغیر است - به عنوان مثال در ناحیهای با ضخامت 1 متر 40 گره و در ناحیهای به ضخامت 5 متر دارای 200 گره و در ناحیهای با ضخامت 10 متر دارای 400 گره میباشد - . شبکههای بهتری نیز به منظور بهبود عملکرد مش بندی مورد استفاده قرار گرفت هر چند هیچ بهبود قابل توجهی در نتایج مدل به دست نیامد.
3. معرفی نمونه خاکهای ناحیه غیراشباع زیر مدفن
دادههای خاکهای ناحیه غیراشباع زیر مدفن زباله که در این تحقیق استفاده شد، از دادههای آزمایشگاهی میباشند که از پایان نامههای دورههای کارشناسی ارشد که در دانشگاه ارومیه کار شدهاند، جمع آوری شده است .[8] در این تحقیق با استفاده از نرم افزار RETC و به کمک نتایج آزمایشگاهی نمونه خاکهای مورد مطالعه، تابع هدایت هیدرولیکی برای استفاده در نرمافزار Seep/W بدست آمد. تابع هدایت هیدرولیکی خاک کارخانه آجرپزی قزل نازلو و خاک پایین دست محل دفن زباله و تابع هدایت هیدرولیکی خاک مقابل دانشگاه ارومیه و خاک کارخانه آجرپزی قزل خامنه به ترتیب به نمایندگی برای خاکهای با بافت درشت و ریز انتخاب شدند. مقادیر هدایت هیدرولیکی اشباع مربوطه به خاک کارخانه آجرپزی
قزل نازلو و خاک پایین دست محل دفن زباله به ترتیب 3/64×10-6 ⁄و 6/67×10-6 ⁄تعیین شده است؛ در حالیکه این مقدار برای خاک مقابل
دانشگاه ارومیه و خاک کارخانه آجرپزی قزل خامنه به ترتیب برابر ⁄ 2/6×10-6و 1/43×10-7 ⁄ تعیین شده است. منحنی تابع هدایت
هیدرولیکی این توابع در شکلهای 1 و 2 آورده شده است.
شکل - 1 توابع هدایت هیدرولیکی برای - a - خاک کارخانه آجرپزی قزل نازلو، - b - خاک مقابل دانشگاه ارومیه، جهت شبیه سازی
شکل - 2 توابع هدایت هیدرولیکی برای - c - خاک پایین دست محل دفن زباله، - d - خاک کارخانه آجرپزی قزل خامنه، جهت شبیه سازی در .Seep/W
به منظور بررسی تأثیر هدایت هیدرولیکی اشباع لاینر رسی متراکم بر روی عملکرد کلی سیسستم مانع انتقال آلودگی مدفن زباله، هدایت
هیدرولیکی سیستم لاینر باید یک مرتبه پایینتر، یعنی 1×10-10 ⁄نسبت به کارهای عملی یعنی 10- 9 ⁄ شبیه سازی شود .[1] در این تحقیق جهت
مقایسه هر دو حالت مدلسازی شده است، همچنین هدایت هیدرولیکی اشباع لایه LCS برابر ⁄ 1×10-3درنظر گرفته شد.
4. نتایج و بحث
در این بخش نتایج حاصل از تحلیلهای عددی برای 4 نمونه خاک تهیه شده از نقاط مختلف ارومیه برای مقایسه با یکدیگر ارائه و مورد بحث قرار گرفته است. تحلیلهای عددی با کمک گرفتن از نرم افزار RETC - مدل وان گنوختن - جهت بدست آوردن منحنی مشخصه رطوبتی و هدایت هیدرولیکی غیر اشباع نمونههای مورد مطالعه آغاز شد. منحنیهای بدست آمده از نرم افزار RETC برای مدلسازی لندفیل در نرم افزار Seep/W مورد استفاده قرار گرفت. شبیه سازی عددی برای لاینر رسی متراکم با دو ضخامت مختلف به مقدار 60 و 120 سانتیمتر و دو نوع هدایت هیدرولیکی به مقدار 10- 9 ⁄ و 10- 10 ⁄ برای نمونههای مورد مطالعه انجام شده است.
4.1 میزان تراوش یکنواخت ناحیه غیر اشباع برای لاینر رسی متراکم با هدایت هیدرولیکی ثابت
نتایج برای انواع مختلف خاک ناحیه غیر اشباع برای CCL با ضخامتهای 60 و 120 سانتیمتر و مقدار هدایت هیدرولیکی 10- 9متر بر ثانیه در شکل-های 3 و 4 نشان داده شده است. شکل 3 میزان تراوش یکنواخت ناحیه غیراشباع - برای خاک کارخانه آجرپزی قزل نازلو و خاک پایین دست محل دفن زباله - در برابر ضخامتهای مختلف این ناحیه برای CCL به ضخامتهای 120 و 60 سانتی متر و هدایت هیدرولیکی ثابت 10- 9 ⁄ را نشان میدهد.
شکل -3 میزان تراوش یکنواخت ناحیه غیر اشباع در برابر تغییر ضخامت ناحیه غیر اشباع برای CCL با ضخامت 60 و 120 سانتی متر و هدایت هیدرولیکی ثابت 10- 9 ⁄ برای - الف - خاک کارخانه آجرپزی قزل نازلو - ب - خاک پایین دست محل دفن زباله.
همانطور که در شکل -3الف مشاهده میشود با افزایش عمق ناحیه غیر اشباع میزان تراوش یکنواخت برای خاک کارخانه آجرپزی قزل نازلو در CCL با هدایت هیدرولیکی ثابت و ضخامت 60 و 120 سانتی متر تا ضخامت 3 متر ناحیه غیر اشباع افزایش مییابد ولی پس از آن با افزایش ضخامت ناحیه غیر اشباع، میزان تراوش یکنواخت برای لاینر رسی متراکم با ضخامت 60سانتی متر تقریباً روند ثابتی را دنبال میکند اما برای لاینر رسی با ضخامت 120 سانتی متر با شیب ملایمی روند کاهشی در پیش میگیرد. همچنین با توجه به شکل -3ب ملاحظه میشود که با افزایش ضخامت ناحیه
