[发明专利]一种用于测试土体表面多组分气体释放通量的方法

权利要求书

1.一种用于测试土体表面多组分气体释放通量的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1:在待测土体表面布置静态箱，采样并分析静态箱中待测气体组分的浓度；获得不同时刻静态箱中待测气体组分的浓度测试数据，通过线性拟合方法获得待测组分的表面气体通量测试值N_measure；

步骤2：建立土体-静态箱多组分气体运移数值模型，设定气体运移参数及属性，并添加多组分气体运移控制方程并设置边界条件，其中土体中的气体运移参数取值，以及静态箱尺寸的取值根据现场实际工况选取，通过模型进行参数分析，获得不同的工况下测试偏差ε的取值范围；

所述步骤2具体为：

步骤2.1：建立土体-静态箱多组分气体运移二维轴对称数值模型，设定土体中气体运移参数及属性：

(1)土体中气体运移参数选取：渗透系数k_g，曲折系数τ，孔隙率，饱和度；

(2)静态箱的参数选取：静态箱半径r_c，高度h_c，插入土体深度d；

步骤2.2：添加多组分气体运移控制方程：

假设填埋气中包含n种组分，其中i组分气体通量包括扩散通量和对流通量，通过DGM模型计算，i组分气体的对流通量采用Darcy模型描述：

其中矩阵B为：

其中N_i为i组分的通量，x_i和x_j表示i和j组分气体的摩尔分量，D_ij为i组分和j组分气体的二元扩散系数，D_iM(m²/s)为第i组分的努森扩散系数；τ为曲折系数；C_i为i组分气体浓度；μ为空气粘滞系数；R为理想气体常数；

基于理想气体方程，i组分的摩尔分量可用各组分浓度和所有组分浓度之和的比例表示：

气体质量守恒方程为：

其中，θ_g为气体体积比，将气体通量和气体分压的表达代入气体质量守恒方程中，得到基本未知变量为各个组分分压C_i的偏微分方程组，偏微分方程组求解，得到各组分分压C_i分布；

步骤2.3：设置边界条件并获得静态箱区域土体表面气体释放通量N_i,z＝0；

土体-静态箱多组分气体运移数值模型的上边界条件为常浓度边界，即各个组分的浓度等于空气中的浓度:C_i＝C_i,air；底部边界条件为常通量边界：N_i＝N_bottom；静态箱放置于土体表面以后，i组分气体进入静态箱浓度逐渐累积上升，土体放置静态箱区域的顶部边界为：

C_i，chamber＝C_i，air+(∫∫N_i，z＝0dAdt)/V_chamber

式中，V_chamber(m³)为箱体体积，dA为静态箱覆盖区域面积单元，N_i,z＝0为t时刻土体表面释放进入静态箱的i组分气体通量，设定边界条件和参数取值后，运行模型；

步骤2.4：导出模型计算结果，即对应不同工况的静态箱区域土体表面气体释放通量N_i,z＝0，并根据下式求解测试偏差ε：

步骤3：根据步骤2给出的ε范围，在范围内选取一系列气体释放通量测试偏差ε，根据下式获得对应的气体释放通量假定值N_bottom；

步骤4：将步骤3中的气体释放通量假定值作为模型底部边界条件，根据步骤2建立的土体-静态箱气体运移数值模型获得对应的静态箱中待测组分浓度随时间变化的模拟数据；

所述的步骤4具体为：

步骤4中的模型采用步骤2中建立的土体-静态箱气体运移数值模型，不同之处在于，在步骤4中，数值模型的底部边界条件采用步骤3中假设的底部通量值；

底部边界条件为常通量边界：N_i＝N_bottom；静态箱放置于土体表面以后，i组分气体进入静态箱浓度逐渐累积上升，土体放置静态箱区域的顶部边界为：

C_i，chamber＝C_i，air+(∫∫N_i，z＝0dAdt)/V_chamber

式中，dA为静态箱覆盖区域面积单元，N_i,z＝0为t时刻土体表面释放进入静态箱的i组分气体通量；设定边界条件和参数取值后，运行模型，得到不同时刻静态箱中对应组分浓度C_i,chamber；

步骤5：将所有待测组分浓度随时间变化的模拟数据与步骤1中获得的浓度测试数据比较，选择最接近的模拟数据对应的气体释放通量假定值作为气体释放通量真实值。