Original paper

Die Fließvorgänge in Kapillarsperrensystemen für Deponieabdichtungen

[Flowconditions in Capillary Barrier Systems for Waste Sites]

Wohnlich, Stefan

Kurzfassung

Das Kapillarsperrenkonzept bietet eine Alternative zu Tonbarrieren in Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten. Eine Kapillarsperre besteht aus einer feinkörnigen Schicht, die oberhalb einer grobkörnigeren Schicht plaziert wird. Sickerwasser wird in der oberen Schicht auf Grund von Kapillarkräften bis zu einem bestimmten Grenzwert (kritische hydraulische Druckhöhe) festgehalten und kann dort lateral drainiert werden. Zum Kapillarsperrenkonzept wurden Modellberechnungen und Versuche an einem maßstäblichen Glastank durchgeführt. Die Versuche zeigten die grundsätzliche Eignung von Kapillarsperren zur Verhinderung von vertikalen Wasserflüssen, wenn über der Kapillargrenze anfallendes Sickerwasser in ausreichender Menge lateral abgeführt werden kann. Anhand der Ergebnisse aus dem Glastank konnten für unterschiedliche Materialien und Hangneigungen genaue Durchbruchswerte bestimmt werden. Die Durchbruchswerte definieren die Randbedingungen, unter denen Kapillarsperren funktionsfähig sind und können somit zur Auslegung und Berechnung von Kapillarsperren herangezogen werden.

Abstract

Capillary barrier Systems provide an alternative to clay liners in waste site cover Systems. A capillary barrier consists of a relatively fine grained layer placed on top of a coarser gained layer. Vertical flow of water will be empeded at the interface of the two layers as long as the hydraulic head in the upper layers does not exceed the critical hydraulic head in the upper layer which forces pore water from the capillaries into the lower layer. Up to this critical head the water is stored in the upper layer and can be drained laterally. To verify the capillary barrier concept, large scale laboratory tests were done in a glas tank with different materials and slopes. The results show that capillary barriers can prevent the production of seepage water if the lateral drainage capacity of the upper layer exceeds the amount of infiltrating water. Breakthrough values could be determined for different materials and slopes. These breakthrough values can be used for the design of capillary barriers.

Keywords

Waste disposalcover sealingexperimental studiescoarse-grained materialsfine-grained materialscapillary barrierunsaturated flowwater transport