基于分布参数模型的填埋场渗漏检测高频电磁响应机理研究

Hazardous waste disposal safely has become a major environmental problem in the world, however, many artificial and natural factors will lead to impervious layer broken, and then lost the function of preventing soil and groundwater from leachate pollution. Therefore, locating the leakage positions fast and accurately has become a key problem. The project regards a new type of hazardous waste landfill as the research object, which using GCL (Geosynthetic Clay Liner) as the protective layer under geomembrane, conducts basic science research on the model of non-uniform transmission line leakage detection and parameter estimation. Its specific contents include: Analyzing the complex coupling of electromagnetic distribution for anisotropic medium in the leakage and no leakage interval; Studying mutation rules for non-uniform transmission line model’s characteristic impedance, propagation coefficient; Establishing a localization prediction model, which is about complex coupling AC electrical, bases on incentive parameters, physical properties of conductive fiber medium, structure of leakage interval and so on, through positioning experiments.The study aims to reveal variation of two terminal electrical parameters due to leakage positions, to provide the basis of theory and technology for solving limitations of the existing detection methods effectively and developing new online monitoring system.

危险废物安全填埋处理是世界各国面临的重大环境问题，许多人为或自然因素均会导致防渗层破损，使其失去阻隔渗滤液、保护土壤和地下水的功能。因此，快速准确定位其渗漏位置，成为亟待解决的关键问题。本项目以GCL(Geosynthetic Clay Liner，膨润土防水毯)作为膜下保护层的新型危险废物填埋场为研究对象，对非均匀传输线渗漏检测与线路参数估算模型进行基础科学研究。具体内容包括：理论分析检测层内渗漏与未渗漏区间各向异性介质复杂耦合电磁分布特性；研究非均匀传输线模型内特性阻抗、传播系数的突变规律；通过定位实验，建立基于激励参数、导电纤维介质物理属性、渗漏区间结构等多因素的复杂耦合交流电法渗漏定位预测模型。本项目旨在揭示双端电气量随渗漏位置的变化规律，为有效解决现有检测方法的局限性和研制新型渗漏定位在线监测系统奠定理论和技术基础。

随着经济高速发展，我国固体废物产生量逐年增多。现阶段，填埋是处理处置固体废物的重要手段之一。其核心要求是铺设防渗层（High Density Polyethylene，HDPE膜），用以隔绝污染源与周边环境。但是，在填埋场投入运营后，由于渗滤液腐蚀等原因，HDPE膜均会产生渗漏问题。因此准确快速定位其渗漏位置，为后续精准修复提供前期探测基础，具有重要的社会意义。. 本课题以GCL(Geosynthetic Clay Liner，膨润土防水毯)作为膜下保护层的新型填埋场为研究对象，建立了非均匀传输线交流电法渗漏定位预测模型。主要内容包括：理论分析了检测层内渗漏与未渗漏区间各向异性介质复杂耦合电磁分布特性及其边界和初始条件；研究了分布参数模型内特性阻抗、传播系数的突变规律；通过试验研究，分析了激励参数、导电纤维介质物理属性、渗漏区间结构等因素的作用机制。. 研究结果表明：非均匀传输线定位模型中衰减、相位常数均与激励电源频率成正比关系，在同频率下，相较于背景区，漏点模值较大；随着频率增大，双端电学参数差异性增大；检测模型特性阻抗的幅值会随激励频率的增加而减小，辐角则会增大，并且漏点固液混合物比背景区的数值大；模型中沿线电磁能量会逐渐衰减，相位均连续滞后，当漏点临近模型终端，相位差值趋于明显；伴随渗漏区间横向距离的增加，双端电气量幅值和相位差值较为明显，纵向基本不受影响；线间电磁波折射率减小会导致弯曲灵敏度增大；参数估算模型与实验测量结果较为吻合；共轭梯度算法在求解定位非线性方程组的收敛速度上，较其它算法有一定优势；电磁场在非均匀传输线模型中近似服从中心对称分布，当激励频率较低时，漏点附近电磁分布差异性较小，反之，电流密度有明显差异；HDPE膜损伤过程大致可分为五个阶段，各阶段均会产生不同程度的电磁应力，直接影响定位模型的精确度。. 项目的研究内容能有效解决目前直流电法检测无法形成电流场的问题，并且可以推广至其它半无限空间损伤定位检测的领域。

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