Page 330 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 326 · 环境工程技术学报 第 13 卷

且我国填埋场设计标准规定填埋场底部渗滤液水位 1 模型和方法
应低 于 30 cm。因此，对填埋场渗滤液水位进行探测
1.1 基本框架和流程
和管控至关重要。
人工神经网络的非线性反演是通过对样本数据
高密度电法作为中浅层工程勘察的一种勘探方
的训练，得到一个能正确解释采集数据的网络模
法，具有无损、快速、时空高分辨率等优点，目前在
型。传统的神经网络电阻率反演方法，是利用神经
工程地质、工业场地污染和固废堆场渗漏监测等方
网络在视电阻率与真实电阻率之间形成非线性映
面得到广泛研究和应用 [4-6] 。付士根等 利用高密度
]
[7
射，但由于川形装置的特殊结构，无法获取到测线下
电法对填埋场渗滤液进行探测，根据低阻区域分布
方视电阻率与其位置的一一对应关系。因此笔者采
特征，识别了渗滤液空间分布和液位高度等信息；张
用的基于川形装置的电阻率反演方法，是将电势数
[8
]
健智 采用高密度电法并结合钻孔验证，证实了电
据经过数据预处理后作为神经网络的输入，测线下
阻率剖面图上的低电阻率区域与渗滤液的堆积有
方真实的电阻率数据作为输出，即是在采集的电势
[9
关。传统的高密度电法装置，如温纳装置 的视电
]
数据和真实电阻率数据间形成非线性的映射关系。
阻率剖面图呈倒梯形，随着测量深度的加深，剖面图
使用神经网络对电势数据进行反演时，首先需
所能反映的信息越少，分辨率也随之降低。因此当
渗滤液堆积在填埋场底部时，传统的高密度电法装 要获得堆体内渗滤液在不同高度的电势数据，其次
P
置获取到的数据中包含渗滤液的信息较少，分辨率 利 用 B 神经网络学习电势数据与渗滤液信息（渗滤
也低。基于此，笔者在传统的高密度电法装置上加 液所处位置与水位高度等）间的关系。利 用 COMSOL
s
)
以改进，提出了川形探测装置，使得采集的数据中包 Multiphysic 仿真软 件 (版 本 5.5 模拟获得川形装置
含更多的渗滤液信息。 采集的电势数据样本，以模拟数据为基础训练神经
P
另一方面，填埋场底部往往铺有 HDPE（High 网络。为验 证 B 神经网络方法应用于垃圾填埋场
Density Polyethylene, 高密度聚乙烯）膜，当渗滤液堆 渗滤液水位反演问题的可行性和有效性，分别利用
L
积在填埋场底部时，若采用传统的最小二乘（LS）法 COMSO 模型获得的仿真测试集和现场采集的数
P
进行反演，反演结果会受 到 HDP 膜高阻特性的影 据 对 B 神经网络的渗滤液水位识别结果进行验证。
E
响，无法准确识别 出 HDP 膜上的渗滤液区域。目 川形装置数据神经网络的框架和流程如 图 1 所示。
E
前人工神经网络 [10 ] 因其在输入与输出间具有优良的 1.2 填埋场数据采集装置与方法
非线性映射能力，许多学者将其用在电阻率反演问 高密度电法装置是通过对创建的地下稳定电流
题上，并取得了大量的研究成果 [11-15] 。B 神经网络 场进行观察和研究，达到勘探目的。若要采用高密
P
作为人工神经网络中最具代表性的网络之一，在电 度电法获得堆体底部的渗滤液的水位信息，测线上
阻率反演领域也得到了广泛的应用。本研究表明， 供电电极建立起的电流场必须流经大部分渗滤液堆
使 用 B 神经网络的方法代 替 L 法进行反演，可以 积的区域。传统的高密度电法装置是在一条测线上
S
P
有效地消 除 HDP 膜边界效应的影响，提高渗滤液 布有等间距排列的电极，电极间距的设置对探测深
E
水位探测的分辨率。 度有很大影响。当极间距过小时，绝大部分电流将
综上所述，针对填埋场环境下传统高密度电法 无法流经渗滤液区域，不能获得包含渗滤液水位信
探测装置及其反演方法存在的不足，本文构建了川 息的数据；当增大极间距时，虽然探测深度会增加，
形探测装置，并采 用 B 神经网络模型算法对采集信 但在深处的分辨率会降低，而且经常受到场地规模
P
息进行反演，实现填埋场堆体内渗滤液不同水位高 限制，电极间距无法设置得太大。因此传统的高密
度的电势数据到真实电阻率数据间的非线性反演。 度电法装置获得的渗滤液信息有限，并且反映的只
将川形装置采集的电势作 为 B 神经网络的输入，将 是一根测线上的情况，无法获得整个场地的渗滤液
P
真实电阻率数据作为输出进行训练，由此得到采集 信息。针对传统高密度电法装置在探测堆体底部渗
数据和电阻率数据间的非线性映射关系。通过仿真 滤液问题上存在的不足，笔者提出了基于高密度电

数据和实例数据, 对 B 神经网络 和 L 法的反演结 法的川形测量装置（ 图 2）。
P
S
果进行对比 [16] ，验证了基于川形装置 的 B 神经网络 川形装置主要 由 3 条布有电极的平行测线、工
P
可以较准确地找出渗滤液的位置与水位高度，而 控机、信号源、采集单元等构成，因 为 3 条测线等间
L 法由于受 到 HDP 膜边界效应的影响，无法得出 距布设，近似为“川”字，因此称为川形装置。川形装
S
E
渗滤液的位置与水位高度等信息。 置利用外侧 的 2 条测 线 (测 线 1 和测 线 3 上的电极
)