Page 332 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 328 · 环境工程技术学报 第 13 卷

条件均参考了实际场地的先验信息，建立模型的过 准确性。因此通过现场试验，确定了噪声值范围，然
程如下：1）建立一个长方体用来模拟堆体；2）在模拟 后在仿真数据中加入均值 为 0，方差 为 0.0 的高斯
5
堆体底部放 置 1 个与堆体底面积相同的长方体来模 噪声，使得仿真数据更加贴近真实值。
拟渗滤液，渗滤液和堆体存在电阻率差异，并设定堆 1.4 电阻率非线性反演模型
体的下表面 为 HDP 膜，将其电阻率值设定 为 1 个 1.4.1 B 神经网络
P
E
高阻值；3）在堆体上表面铺 设 3 条测线，模拟川形装 B 神经网络是一种根据误差反向传播算法进
P
置进行电势数据采集，另外将川形装置的测 线 2 再 行训练的多层前馈神经网络，由输入层、隐藏层和输
使用温纳方式进行采集，用于作为 与 L 法结果的对 出 层 3 部分组成， 以 3 层 B 神经网络为例，网络结
S
P
比分析。渗滤液模型如 图 4 所示。 构如 图 5 所示。相邻的各层神经元之间由权重系数

连接，信号从输入层输入，经过激活函数的作用后将
信号向下层传递，最后由输出层输出结果 [21-22] 。

图 4 填埋场渗滤液仿真模型示意
Fig.4 Schematic diagram of landfill leachate simulation model

1.3.2 电场控制方程
上述填埋场渗滤液仿真模型在进行探测时的电 图 5 B 神经网络结构示意
P
[20]
场分布需要服从以下控制方程 ： Fig.5 Schematic diagram of BP neural network structure

（1）
∇· J = Q j,v B 神经网络的基本思想采用梯度下降法，使得
（2） P
J = σE + J e
E = −∇v （3） 网络的实际输出值和目标值的误差均方差（ E k ）达到
式中： J为电流密度， A/m Q为电场中电荷总量， C； 最小，公式为：
；
2
；
；
n
E为电场强度， V/m J e 为位移电流密度， A/m σ为电 1 ∑ ( ) 2
2
E k = t j −y j （4）
导率， S/m v ； 为电势， V。 2
j=1
1.3.3 边界和场源设定 式中： t j 为第 j个神经元的期望输出； 为第 j个神经元
y j
由于填埋场四周与底部铺 有 HDP 膜，因此将 的实际输出； n为输出层神经元个数。
E
仿真模型的所有外边 界 (除上表面 均设置为绝缘 1.4.2 训练样本与测试样本
)
体，使电流无法流 出 HDP 膜，以模拟边界效应带来 根 据 上 述 仿 真 模 型 ， 将 川 形 装 置 获 取 到的
E
的影响。一般高密度电法在探测时需要足够的电流 18 组数据表示为 D = {(x i ,y i )} ，其中 N为样本总数，
N
0
i=1
强度，才能使采集的数据经过反演后较准确地反映 x i = {[x a ]|a = 1,2,··· ,m} ∈ R为输入样本，即采集的电
出地下情况，故将电流源强度设 为 1 A，又因模型模 势数据， m为 2 048； y i = y b |b = 1,2,··· ,n ∈ R为标
{[ ]
}
拟的是直流电法的勘探过程，所以将模型的相对介 签 ， 即 真 实 的 电 阻 率 数 据 ， n为 3 200。 将 D按照
电常数设置 为 1。按照上述条件设置模型参数，模拟 8∶ 的比例划分训练集和测试集，分别用 D train 和
2
川形装置采集测线上的电势数据 。 D test 表示，所含样本数为 14 和 36。B 网络的参数
[16]
P
4
1.3.4 训练数据获取 设置：输入节点数 为 2 048，输出节点数 为 3 200，设
渗滤液模型中堆体高度分别 为 6、 和 8 m，渗 置 2 层隐藏层，节点数分别 为 2 40 和 2 800，激活函
0
7
滤液高度 为 0.1～3 m，每次增 加 0.1 m。其中堆体电 数 为 ReLu；学习率为 10 ；训练轮数为 120；动量等
−4
阻率设为 20～50 Ω·m，渗滤液电阻率设为 2～10 于 0.99。
Ω·m。使用川形装置采集电势数据，通过改变模型中 1.5 方法验证
堆体和渗滤液的高度与电阻率，获 得 18 组电势数 采用以 下 2 种方式进行网络模型验证： 用 1. 节
0
4
据作 为 B 神经网络的数据集。 中仿真模型获取的测试数据集 D test 和现场实测数据
P
渗滤液仿真模型是在理想的条件下获得数据， 分别进行模型验证。
而在现场采集数据时，由于现场环境、人为操作等因 实测数据来源于江西 的 2 座生活垃圾填埋场的
素，采集的数据中经常会存在噪声干扰，影响数据的 川形装置探测数据。填埋 场 1 的底面积 为 450 m×