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传统的垃圾填埋场覆盖系统依赖压实粘土或土工合成材料做成的屏障层。屏障型覆盖层有时被描述成“不透水”，然而实际上几乎所有屏障型覆盖层由于垃圾降解沉陷、水流和风力侵蚀、干湿循环、冻融循环、紫外线降解和动物穿透等因素导致渗漏。生态覆盖系统则无需水力屏障层，该系统利用非压实覆盖土层储蓄降水、依靠植物的蒸腾和土壤蒸发消耗土壤水，从而实现渗沥污染控制，比屏障型覆盖系统更为廉价、实用和易于建造、维护简单。
1屏障型覆盖系统的缺陷
垃圾填埋场覆盖系统是垃圾填埋场污染控制体系的主要组成部分，它应当具备以下功能：（1）减少降水入渗和降水入渗导致的地下水污染；（2）隔离垃圾填埋体，避免污染物向周围环境扩散；（3）防止风力和雨水侵蚀。我国《城市生活垃圾卫生填埋技术规范CJJ17-2001》规定垃圾填埋场的终场覆盖采用屏障型覆盖系统，即采用压实粘土或土工合成材料做成防渗屏障。但是，垃圾降解和重力固结产生不均匀沉陷，降雨径流侵蚀，干湿循环，冻融循环，紫外线降解、穴居动物和植物根系穿透等因素都可能导致屏障型覆盖的破坏和功能失效。我国现有垃圾填埋场绝大多数为简易垃圾填埋场，垃圾填埋时没有进行分层压实，沉陷和不均匀沉陷问题更加突出，而且简易垃圾填埋场选址时往往缺乏对地质条件的勘查、垃圾填埋库底部和侧壁没有设置防渗衬里，在这种情况下，屏障型覆盖不仅不能防止降水渗入垃圾填埋库，反而妨碍填埋库中的水分蒸发耗散，因此我国的垃圾填埋场普遍存在渗沥污染。
2腾发覆盖系统的渗沥控制原理和特点
最初人们在垃圾填埋场封场时采用植被主要是为了防止雨水冲蚀覆盖层土壤和改善环境，Nyhan等[1]研究覆盖层植草条件下填埋场水量平衡，发现草皮蒸腾耗水强度远大于裸土蒸发强度。Hauser等[2-3]、Warren等[4]、Koerner等[5]先后加入这项研究，探讨了影响植物蒸腾因素和意义，Hauser[6]把这种依靠植物和覆盖层土壤的腾发作用来控制渗沥的垃圾填埋场覆盖称为腾发覆盖（Evapotranspirative Landfill Cover），见图1。
2.1全新的渗沥控制理念
腾发覆盖没有屏障层，它利用两个自然过程控制降水渗入垃圾填埋体：（1）覆盖层土壤作为动态水库储蓄降水；（2）土壤储水库被植物蒸腾和土壤蒸发所抽空。
2.2结构简短费用低廉
腾发覆盖仅由植物、储水土层及其垫层组成，土层结构十分简单，因此节省工程费用。美国空军环境保良中心（AFCEE）统计出8座垃圾填埋场采用粘土屏障覆盖和土工膜屏障覆盖的单位造价为31.9～57.1美元/m2。AFCEE对F.E. Warren空军基地的6号垃圾填埋场拟采用3种对比覆盖方案进行投资估算，采用腾发覆盖可比屏障型覆盖大约节省20～25美元/m2。
2.3生态覆盖系统具有防止覆盖土层侵蚀破坏
植被可以截留降雨、减弱溅蚀。植物根系可以固结、凝聚土壤，增强土壤的抗冲蚀能力。
2.4特别适用于简易垃圾填埋场的整治
简易垃圾填埋场中的屏障型覆盖特别容易发生沉陷破坏，翻修或增设屏障层均涉及大量的土方工程。如果采用腾发覆盖进行简易垃圾填埋场的整治则省事得多，只需对原有的覆盖土层稍加改造并种上合适的植物，就能以低廉的费用达到渗沥控制目的。
3生态覆盖系统试验研究
为了探索适合我国国情的生态覆盖技术，武汉大学在国家自然科学基金的资助下，从2006年开始开展垃圾填埋生态覆盖技术的试验研究、数值模拟研究和方案优化[11-13]。
3.1试验方案
试验在武汉大学灌溉排水与水环境综合实验场进行，在6个混凝土测试坑内分别布置了6种不同覆盖层结构的试验处理，依次为：（1）60cm厚裸土覆盖层；（2）60cm厚土层+杂草+小灌木；（3）40cm厚土层+藤蔓植物+小灌木；（4）60cm厚土层+藤蔓植物；（5）60cm厚土层+杂草+灌木；（6）60cm厚土层+杂草+灌木+保水剂。每个试验处理测试坑的面积为1.3m×3.6m，深度为1.3m，垃圾层厚度均为60cm，覆盖土层均为壤土。
3.2生态覆盖系统水均衡分析
将生态覆盖层作为一个系统，该系统水量平衡要素满足以下平衡关系为：
ET=P+I-L-ΔW（1）
式中，ET为土壤蒸发和植物蒸腾耗水量，简称腾发量，mm/d；P为降水量，mm/d，本试验中由于混凝土测坑壁高于地面，不产生径流，降水全部渗入覆盖土层；I为旱季灌水量，mm/d；L为下部渗漏量，mm/d，采用漏斗状渗沥水收集装置量测；ΔW为覆盖土层储水变化量，mm/d，由前后两天观测的含水率剖面计算得到。根据2007年5月16日-12月10日的逐日观测结果，由式（1）计算得到各试验处理逐日腾发量。表1为各试验处理在观测期水均衡要素的累计值。可以看出，在7个月的观测期内，无植被试验处理的土壤蒸发量为445.6mm，下渗量299.9mm，渗漏水量是降雨量的41.16%；在5种生态覆盖试验处理中，试验处理5即覆盖土层厚60cm+杂草+灌木组合的渗沥控制效果最好，蒸腾发耗散的水分高达876.1mm，是裸土覆盖蒸发量的1.97倍，渗漏量50.2mm，仅为裸土覆盖的16.74%，渗漏量与降水量（含灌溉）之比为5.83%。
4生态覆盖系统土层厚度的数值模拟优化
生态覆盖系统的渗沥控制效果取决于覆盖土层的储水能力和植物的蒸腾耗水能力。数值模拟一方面是为了与试验结果相互验证，另一方面是弥补试验处理数目的不足，通过数值模拟了解任意结构生态覆盖系统的渗沥控制效果。
表1各试验处理覆盖土层水量平衡关系（mm）
持续大量降雨情况下，如果覆盖土层没有足够的厚度储存降雨，就会产生渗漏。此外，试验情况表明土层储水能力不足，高温干旱季节植物需要灌溉，增加管理成本，并且灌水时机、灌水量控制不好，还可能导致人为渗沥污染。另一方面，覆盖土层厚度过大必然会增加蒸腾覆盖的建设成本。因此有必要根据当地气候和植物来优化覆盖土层厚度。
4.1数学模型[15]
4.1.1土壤水分运动方程
蒸腾覆盖中的植物为密植均布，土质均匀，故采用式（2）所示的一维饱和-非饱和土壤水分运动的控制方程近似描述其土壤水分运动：
式中，h为土壤基质势即土壤吸力，C(h)为容水度，K(h)为非饱和水力传导度，S(h,z,t)为根系吸水项。
根区土壤中任意点的根系吸水速率S(h,z,t)取决于植物潜在蒸腾强度Tp(t)、根系吸水胁迫系数α(h)、有效吸水根密度分布函数β(z)，即：
4.1.2定解条件
计算模型取垂直方向的矩形区域，上边界为通量边界，即蒸发强度或降雨强度边界。覆盖土层的下边界为垃圾层，按渗漏面边界处理；四周按不透水边界处理。初始条件即为数值模拟起始时刻实测的计算区域土壤吸力值。
4.2数值模拟结果
采用Hydrus2D软件和前述试验观测期的气象资料，模拟试验处理5植被条件下不同土层厚度覆盖系统的渗沥水控制效果见表2。可以看出，覆盖土层的储水能力随着厚度的增大而增大，覆盖层向垃圾层的渗漏量随着覆盖厚度的增加而减小，覆盖土层厚100cm时，渗漏量仅6.1mm，占降雨量的0.7%；覆盖土层厚110cm时，不向垃圾层渗漏。
表2不同覆盖土层的渗沥控制效果
5生态覆盖系统的结构形式
5.1植物
由于覆盖土层厚度有限，腾发覆盖系统一般不宜采用乔木。上述各试验处理的主要植物中，藤蔓植物和杂草复苏最早，3月上旬开始发芽并迅速繁茂，到4月初覆盖地面，而灌木在3月中下旬才逐渐开始复苏，到4月中旬树叶基本长全，5月份以后灌木枝叶充分发育，到7月底各种植物的生长基本达到了极限，此时各实验处理的叶面积指数最大。藤蔓植物和杂草的抗旱能力比较差，8月中下旬开始出现叶片枯黄现象，藤本植物枯黄凋萎更早更严重，灌木叶片则在11月份开始凋落。试验观测表明，在雨季（5～8月）藤本和草本植物有较好的水土保持效果，灌木表现出更强的蒸腾能力。综合考虑上述因素，对武汉及长江中游地区，垃圾填埋生态覆盖系统宜采用灌木和草本混合种植形式，其中灌木宜采用胡枝子、紫穗槐、荆条等根系发达、抗旱能力强、蒸腾能力强的灌木，草本则以狗牙根草、铁线草等抗旱能力强、生育期长、护土能力强的匍匐型草类。
5.2土壤
砂土持水能力差，很容易在重力作用下向垃圾层渗漏，因此砂土不宜作为腾发覆盖层。粘土比较密实，不利于根系生长，蓄水能力差，也不宜用于腾发覆盖层。壤土和粘壤土、砂壤土是垃圾填埋生态覆盖的适宜土类，为了较多地滞蓄降水和适于植物生长，土体密度应在1.1～1.5g/cm3之间。
5.3覆盖土层厚度
覆盖土层必须有足够的厚度来滞蓄降水和支撑植物生长，根据2007年武汉地区气象资料进行生态覆盖层土壤水分数值模拟和水均衡计算，结果（表2）表明，覆盖土层厚度达到100～110cm时，基本可以避免降水形成渗沥液。如果降水量更大或者降水量在时间上的分布更不均匀，势必要求更大的土层厚度。
[参考文献]略
