[发明专利]一种基于表面监测和遗传算法优化的垃圾填埋场甲烷排放估算方法

说明书

本发明公开了一种基于表面监测和遗传算法优化的垃圾填埋场甲烷排放估算方法，属于环境岩土和随机搜索算法领域。在计算阶段，根据垃圾填埋场全场甲烷浓度监测结果，由峰值确定全场泄露点数量，随机生成相应数量的泄露点坐标与甲烷释放通量，结合监测时的风速风向、大气稳定度，代入高斯模型得到全场甲烷模拟浓度，与监测结果进行对比，使用遗传算法进行优化，最终输出目标函数R小于标准值0.1的一组泄露点坐标与甲烷释放通量作为估算结果。本发明能够在已知垃圾填埋场全场甲烷浓度检测结果与风速风向的情况下得到场内泄露点坐标与相应的排放通量，设计方法可靠，计算方便快捷，结果客观准确。

技术领域

本发明主要涉及环境岩土和随机搜索算法领域，特别是一种基于表面监测和遗传算法优化的垃圾填埋场甲烷排放估算方法。

背景技术

甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其排放量约占全球温室气体排放的20％，且在短期内对全球温室效应影响更加显著。

城市固体废弃物填埋场在处理过程中会产生大量甲烷气体，且随着中小型生活垃圾填埋处理量维持增长趋势，其量级尚达不到焚烧的要求，以致垃圾填埋场存在巨大的甲烷治理需求。为助力甲烷减排，有必要将填埋场中有机物分解产生的甲烷逸散排放进行量化。

目前我国已有学者提出一些气体污染源扩散溯源方法，但大多针对的是化工园区等建筑群内，利用红外光谱定量分析结合掩日通量法(SOF)扩散模型的，结合相应的优化算法进行分析；或是基于无人车搭载传感器结合溯源算法直接获取污染源坐标。这些方法部分需要大量数据进行构建数据库在库内进行搜索，部分方法对于环境场地的要求较高，无法适用于固体废弃物填埋场的复杂地形条件，同时也没有将实测气体浓度与释放通量相结合。因此，非常有必要提出一种适用于固体废弃物填埋场复杂条件下的甲烷排放估算方法，同时可搜索到多个泄露点坐标与相应的释放通量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面监测和遗传算法优化的垃圾填埋场甲烷排放估算方法，对于国内固体废弃物填埋场寻找场内甲烷等污染气体泄露点，即表面覆膜破损处具有重要意义。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于表面监测和遗传算法优化的垃圾填埋场甲烷排放估算方法，具体包括以下步骤：

S1：基于垃圾填埋场全场甲烷浓度监测数据，由甲烷浓度峰值数量得到全场泄露点数量估计值n；

S2：基于全场泄露点数量估计值n，使用遗传算法，随机生成m组作为初代，各组包含n个假定泄露点坐标与释放通量；

S3：基于假定泄露点坐标与释放通量，结合监测到的风速风向与大气稳定度信息，代入高斯模型得到全场甲烷模拟浓度分布情况，并将计算得到的全场甲烷浓度分布情况与监测结果进行对比，计算各组假定泄露点目标函数R；对比不同组假定泄露点目标函数R，若R_min＜0.1，则进入步骤S5，否则进入步骤S4；其中，R_min表示不同组假定泄露点目标函数R中的最小值；

S4：使用遗传算法，对上一代中的m组假定泄露点坐标与释放通量进行遗传、变异、交叉，生成新一代m组假定泄露点坐标与释放通量，返回步骤S3。

S5：输出R_min对应的一组泄露点坐标与甲烷释放通量作为估算结果。

进一步地，步骤S1中由垃圾填埋场甲烷浓度监测数据插值得到所述的全场甲烷浓度监测数据，从全场甲烷浓度监测数据中找到所有峰值，取浓度最大值为C_max；将所有峰值与C_max的10％进行比较，将峰值大于C_max的10％的峰值数量作为全场泄露点数量估计值。

进一步地，步骤S2中，所述的假定泄露点坐标与释放通量满足：