利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法技术

本发明专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法涉及一种用于定位HDPE膜渗漏位置的方法。其目的是为了提供一种结构简单、成本低、操作简便的定位HDPE膜渗漏位置的方法。本发明专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法包括步骤：1)将传输线以横纵排空间交错的布线方式铺设于HDPE膜下土壤层中，2)利用垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围，3)基于时域有限差分迭代方法得到数值解从而确定HDPE膜的具体渗漏位置。由于是利用时域有限差分迭代方法得到数值解从而能精确的确定HDPE膜的具体渗漏位置。

A Method for Locating the Leakage Location of HDPE Film Based on the Finite Difference Time Domain Principle

A method for locating the leakage position of HDPE film by using the principle of finite difference time domain relates to a method for locating the leakage position of HDPE film. The purpose is to provide a simple, low-cost and easy-to-operate method for locating the leakage position of HDPE membrane. A method for locating the leakage position of HDPE membrane by using the principle of finite difference time domain includes the following steps: 1) laying transmission lines in the soil layer under HDPE membrane in a staggered horizontal and vertical spatial arrangement; 2) measuring the numerical range of the three electrical transmission parameters before and after the change using landfill leachate; and 3) iterating based on finite difference time domain. The numerical solution was obtained to determine the specific leakage position of HDPE film. Because the numerical solution is obtained by finite difference time domain iteration method, the specific leakage location of HDPE film can be determined accurately.

【技术实现步骤摘要】
利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法
本专利技术涉及环境监测领域，特别是涉及一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的实验方法。
技术介绍
现有的垃圾填埋场实时防渗漏检测技术有直流电极法和传输线解析解法，直流电极法是在HDPE膜下黏土层布设一定规模的电极，在垃圾填埋场外近地面布置接收电极，通过测得的电势差异确定HDPE膜的破损位置。传输线解析解法是在HDPE膜下铺设网格状传输电缆，根据传输电缆终端负载时频特性来确定HDPE膜的破损位置。这两种方法虽然原理易懂，组件简单，实现方便，但是同样也存在着缺陷。对于直流电极法，由于新型垃圾填埋场HDPE膜下黏土层已由膨润土防水毯(GCL)代替，而膨润土防水毯的导电性能极差，所以直流电极法无法适用于新型垃圾填埋场；而对于传输线解析解法来说，其无法有效检测介于两根传输线间的微小漏点，且由于基于解析解法得到的解析解没有充分考虑反射信号的叠加串扰问题，因而最终得到的解析解与真实渗漏位置存在一定误差。另外，近年来，在数值算法的发展过程中，时域有限差分算法已发展较为成熟，且应用最为广泛，时域有限差分算法已应用到很多电磁领域，时域有限差分法的基本思想是用中心差商代替场量对时间和空间的一阶偏微商,通过在时域的递推模拟波的传播过程,从而得出场分布。现多用于超声波声场分析及室内声场模拟技术,该算法适用范围广，计算程序通用性好。因此专利技术人开始研究其能否引入HDPE膜渗漏位置定位的方法中以改进其缺陷。
技术实现思路
为了解决上述问题，针对现有直流电极法无法适用于新型垃圾填埋场，且传输线解析解法对传输线间微小漏点的检测无效现状。本专利技术结合了时域有限差分原理，实现了一种既适用于新型垃圾填埋场，又可检测到线间微小漏点的精确的方法。本专利技术一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的是基于时域有限差分原理对危险固体废弃物填埋场防渗层(HDPE膜)进行实时渗漏定位。时域有限差分法的基本思想是用中心差商代替场量对时间和空间的一阶偏微商,通过在时域的递推模拟波的传播过程,从而得出场分布。由于地质变迁、膜间焊接不牢固、环境应力等作用，使得HDPE膜会发生随机破损，进而垃圾渗滤液渗入到HDPE膜下天然土壤层中，明显改变土壤层中电导率、介电常数、磁导率三电学传输参数。而本专利技术的方法是将传输线以横纵排空间交错的布线方式铺设于HDPE膜下土壤层中，利用垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围，并基于时域有限差分迭代方法得到数值解从而确定HDPE膜的具体渗漏位置。因此，本专利技术专利解决的问题之一是如何确定污染层与非污染层土壤的三个电学传输参数以及如何结合时域有限差分迭代方法精确确定具体渗漏位置。为此,本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，包括步骤：1)将传输线以横纵排空间交错的布线方式铺设于HDPE膜下土壤层中，2)利用垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围，3)基于时域有限差分迭代方法得到数值解从而确定HDPE膜的具体渗漏位置。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述步骤2)涉及的系统包括两部分，即垃圾填埋系统和漏点检测系统，其中，垃圾填埋系统自上而下为垃圾层、卵石层、上层土工布、上层HDPE膜、GCL层、下层土工布、下层HDPE膜、天然土壤层，该漏点检测系统位于天然土壤层之中。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述漏点检测系统包含传输网格定位检测装置，是由横纵排空间交错的两排平行传输线组成，其中横排或纵排信号始端由多路模拟开关系统依次接通相邻两根传输线，且激励信号为交流信号。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述相邻的线与线间距较佳为0.15m，横纵排间距较佳为0.25m。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述步骤3)包括：(1)传输参数的标定；(2)定位模型设置；(3)进行定位分析。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述步骤(1)传输参数的标定的方法：①对于非渗漏区域土壤层，采用系统分层抽样方法来提取样本，将土层均匀分为q层，每层采用四点取样法随机取n/q个样本点，构成样本集合，分别检测n个样本点的磁导率μ、电导率σ、介电常数ε，其中：②对于渗漏区土壤层，采取随机抽样求取平均值方法来确定电学传输参数，随机取n个样本点，所对应磁导率、电导率、介电常数分别为(μ1，μ2，…，μn)，(σ1，σ2，…，σn)，(ε1，ε2，…，εn)，则平均电学传输参数为：本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述步骤(2)定位模型设置公式为：式中，H表示磁场强度,E表示电场强度,μ表示磁导率，ε表示介电常数，σ表示电导率；根据t＝(n-1)Δt时刻电场与t＝(n-1/2)Δt时刻磁场，可得到t＝nΔt时刻电场En；同理，根据t＝(n-1/2)Δt时刻磁场与t＝nΔt时刻电场，可求得t＝(n-1/2)Δt时刻磁场Hn+1/2。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述(3)进行定位分析步骤：当HDPE膜中某区[Xi，Yj]发生渗滤液渗漏时，在实验检测始端可依次得到各检测区的电场响应实验值A[Xn，Yn]，其中[Xn，Yn]为区域坐标,由于渗漏区与非渗漏区电场响应实验值差异明显，所以由A[Xn，Yn]的比较结果，可推得渗漏区位于[Xn，Yj]。采用网格搜索法把[Xn，Yj]区域划分为[X1，Yj]，[X2，Yj]，…，[Xn，Yj]。假设漏点位置为[Xa，Yj]，根据FDTD法计算出的检测位置电场响应值为A[Xa，Yj]，则可得式(27)：A[Xa,Yj]-A[Xi,Yj]＝δa(a＝1,2，…，n)(27)δa为计算值与实验值之间的误差的绝对值，取：δa＝min(δ1,δ2,…,δn)(28)则δa所对应的[Xa，Yj]区为漏点位置。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其中所述三种电学传输参数为磁导率、电导率及介电常数。本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法与现有技术不同之处在于本专利技术的一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其借助垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围，并利用时域有限差分迭代方法得到数值解从而能精确的确定HDPE膜的具体渗漏位置。下面结合附图对本专利技术的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法作进一步说明。附图说明图1为一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的渗漏定位系统原理示意图；图2为本专利技术一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的传输网格定位检测示意图；图3为本专利技术一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的非渗漏区样本总体示意图；图4：本专利技术一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的渗漏检测单元模型；图5：本专利技术一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法的定位原理示意图；图6，本专利技术的一个具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于,包含步骤：1)将传输线以横纵排空间交错的布线方式铺设于HDPE膜下土壤层中；2)利用垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围；3)基于时域有限差分迭代方法得到数值解从而确定HDPE膜的具体渗漏位置。

【技术特征摘要】
1.一种利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于,包含步骤：1)将传输线以横纵排空间交错的布线方式铺设于HDPE膜下土壤层中；2)利用垃圾渗滤液对土壤三种电学传输参数的改变，分别测得改变前后三电学传输参数的数值范围；3)基于时域有限差分迭代方法得到数值解从而确定HDPE膜的具体渗漏位置。2.根据权利要求1所述的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于：所述步骤2)涉及的系统包括两部分，即垃圾填埋系统和漏点检测系统，其中，垃圾填埋系统自上而下为垃圾层、卵石层、上层土工布、上层HDPE膜、GCL层、下层土工布、下层HDPE膜、天然土壤层，该漏点检测系统位于天然土壤层之中。3.根据权利要求2所述的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于：所述漏点检测系统包含传输网格定位检测装置，是由横纵排空间交错的两排平行传输线组成，其中横排或纵排信号始端由多路模拟开关系统依次接通相邻两根传输线，且激励信号为交流信号。4.根据权利要求3所述的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于：所述相邻的线与线间距为0.15m，横纵排间距为0.25m。5.根据权利要求以上任一权利要求所述的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于：所述步骤3)包括：(1)传输参数的标定；(2)定位模型设置；(3)进行定位分析。6.根据权利要求5所述的利用时域有限差分原理定位HDPE膜渗漏位置的方法，其特征在于：所述步骤(1)传输参数的标定的方法：①对于非渗漏区域土壤层，采用系统分层抽样方法来提取样本，将土层均匀分为去q层，每层采用四点取样法随机取n/q个样本点，构成样本集合，分别检测n个样本点的磁导率μ、电导率σ、介电常数ε，其中：②对于渗漏区土壤层，采取...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚宇，张卫，孙焕奕，张晓娟，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13