Влияние нарушений целостности глиняного покрытия на миграцию фильтрата на полигонах твердых бытовых отходов
Автор: Руслан Игоревич Катаев
Соавторы: Паршакова Я.Н. ; Катаев Р.И.
Организация: Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь ; Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь
Современные системы изоляции полигонов твердых коммунальных отходов представляют собой сложные многослойные конструкции, включающие компоненты, эффективность которых существенно снижается при возникновении механических повреждений различного генезиса. Многочисленные исследования последних десятилетий демонстрируют, что параметры этих дефектов, в частности их геометрические характеристики и пространственное распределение, оказывают определяющее влияние на характер миграции фильтрационных вод. Экспериментальные данные, полученные в контролируемых лабораторных и полевых условиях, свидетельствуют о существенно нелинейной зависимости между размерами повреждений и интенсивностью фильтрационного потока, что требует разработки специализированных математических моделей [1].
Для оценки скорости распространения фильтрационных вод в рамках настоящего исследования осуществлено численное моделирование распространения фильтрата из недренированного понижения полигона в нижележащий водоносный горизонт при наличии дефекта изолирующего слоя. Дефекты представлены разрывами в слое суглинка, вытянутыми в горизонтальном направлении. Длина разрывов составляет около десяти метров, а их ширина варьируется. Область разрыва полностью замещена техногенным слоем. Результаты моделирования показали, что на начальном этапе фильтрат распространяется за счёт диффузии. Затем, вследствие развития неустойчивости Рэлея — Тейлора, возникает конвективный поток в виде вихревых структур, которые обеспечивают поступление более чистой воды к границе слоёв основания и существенно увеличивают скорость проникновения фильтрата в глубину. Формируются «пальцы концентрации», чей пространственный размер со временем возрастает и при достижении нижней границы системы становится сопоставимым с толщиной нижнего слоя. В слое образования фильтрата быстро развивается интенсивная концентрационная конвекция, а также наблюдается проникновение конвективного потока в нижележащие слои основания полигона ТКО. В результате развитие неустойчивости Рэлея — Тейлора значительно ускоряется. Скорость распространения фильтрата за счёт конвекции резко возрастает и приводит к линейному усреднению концентрации.
