CN103529478A - 地下污染团检测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关一种地下污染团检测系统及其方法,其是适用于地下污染团检测,该系统包括:一移动式电源,供给系统电源;一电流控制器,电连接所述移动式电源;一变频器,电连接所述电流控制器;二电缆线,分别电连接所述变频器;二通电电极,分别置放于所述地下水井中;其检测方法为:所述电流控制器提供适当电流予所述通电电极中,使电荷在地下水中移动而形成一流动路径,进而产生一磁场,经由设置地表上的磁场探测装置测得磁场特性用以分析地下污染团状况。藉此,本发明有助于在地表对于未知地下污染团进行大范围探测。

Description

地下污染团检测系统及其方法
技术领域
本发明是有关一种地下污染团检测系统及其方法,尤指一种利用人工电流于地下水的流动路径特性配合检测地表上所产生相对的磁场特性来用以分析地下污染团状况的系统及其方法。
背景技术
按,阳光、空气、水是构成生命的三要素,而人体更约有60~70%是水分;台湾地区早期的用水以农业灌溉为主,少部分为生活用水,工业用水更少;然而随着经济的发展,台湾地区用水结构已有明显不同,农业灌溉用水需求减少,民生及工业用水比例逐年提高;尤其近一、二十年来都市人口聚集及工业发展,产生都市污水、工业废水及养殖废水等,对地下水源造成不同程度的污染,因此饮用水的安全卫生已受到社会各界相当关注。
一般来说,地下水污染团不易调查其位置、范围及描绘其特征,在许多污染调查案例中,调查人员通常只能取得有限的可能污染来源及泄漏位置的资料;此外,污染物在地下环境中有不同且复杂的传输模式,并且少量的污染物残留相极可能形成大规模的污染,这些因素使得地下水源的污染调查成为一项挑战。
目前地下水污染团调查技术分成非地球物理(Non-Geophysical)与地球物理(Geophysical)等两大类,其中,曾应用于国内的地球物理调查技术有透地雷达、电磁波探测、地电阻影像剖面探测技术以及高解析反射震测技术等;地球物理调查技术具有非破坏性、快速调查评估的优势,且可同时评估地下环境的污染及水文地质情形,对大面积范围、深层地层或具复杂水文地质条件场址的污染调查评估,是相当适合使用的技术;然而这些地球物理调查技术对于污染物的调查上仍有缺点,如:
1.该污染物的自由相或残留量要够大到足以让该地球物理调查技术产生适当的解析影像。
2.该污染物与该土壤、地质环境悬殊差异,须足以显现异常现象的存在,才能清楚描绘出污染源特征。
因此,有如中国台湾专利公告第321724号一种伏流水的自动估算方法,其是先利用一透地雷达探勘法决定一伏流水取水区,并利用一实际观测法长期观测以求得该区伏流水的水位上升和下降模式,再于该区内建立一抽水站及一检测水质用的主伏流水观测点;该透地雷达探勘法于实施上,仍存在些许缺点:
1.该透地雷达所能检测到地表下的深度是有限制的。
2.对于石头、金属及木头等,不同于土壤材质的物质才能被检测出来。
3.由于非水液相类污染,如油污,其形态与水近似,当被吸收于土壤中时,该透地雷达于显像上无法清楚区别土壤含水、土壤含油或土壤含水及油等三种状态。
此外,尚有如中国台湾专利公告第321724号一种多功能地下水检层器,其是利用一可移动式的检测头,进行井内水质导电度分布、水位与井深探测,该创作的检测头有一中空外管,该外管上半部的内壁粘附两片相对的电极片,外管下半部为一绝缘质中空内管,且该检测头是由一码尺缆线连接至交变信号源,水质导电状态透过上述两片电极片及码尺缆线,由数字电压表显示;该多功能地下水检层器可量测井内不同深度的地下水导电度变化,分析判断地下水是否受到金属类或盐类污染,但对于污染团的范围大小及污染源特征却无法清楚描绘。
发明内容
今,本发明人有鉴于现有地下污染团检测系统及其方法的缺失再予以研究改良,提供一种地下污染团检测系统及其方法,以期达到更佳实用价值性的目的。
本发明的主要目的,旨在提供一种地下污染团检测系统及其方法,尤指一种利用人工电流于地下水的流动路径特性配合检测地表上所产生相对的磁场特性来用以分析地下污染团状况的系统及其方法。
为达本发明的地下污染团检测系统及其方法的主要目的与功效,该地下污染团检测系统包括有:一移动式电源,供给系统电源;一电流控制器,电连接所述移动式电源;一变频器,电连接所述电流控制器;二电缆线,分别电连接所述变频器;二通电电极,是与所述电缆线另一端连接后,分别置放于所述地下水井中;一磁场探测装置,是设置于地表上,用以检测磁场特性。
如上所述,本发明的地下污染团检测系统,其中所述磁场探测装置是进一步包括一磁场感测器,是电连接所述移动式电源;一信号连接器,是电连接所述磁场感测器;一数据撷取盒,是电连接所述信号连接器;一携带型电脑,是电连接所述数据撷取盒。
如上所述,本发明的地下污染团检测系统,其中,所述通电电极为一重锤式电极,其是包括一重锤及一电极端子。
如上所述,本发明的地下污染团检测系统,其中,所述电缆线是为防磁电缆线。
如上所述,本发明的地下污染团检测系统,其中,所述移动式电源可为一燃料发电机或一移动式电池。
本发明提供一种地下污染团检测方法,其是利用一电流控制器提供适当电流,并经过一变频器调整,设定电流频率在无其他频率干扰下,最后电流透过电缆线再到一通电电极,使电荷在地下水中移动而形成一流动路径,而此流动路径所产生的磁场,经由设置地表上一磁场探测装置测得磁场特性,用以分析地下污染团的状况。
依物质与磁场的关联性而言,除了物质本身的磁性特征能产生磁场外,根据电流的磁效应,电荷的流动亦会产生磁场(请参阅图6),图中所示一箭头是电流方向,另环形箭头是磁场方向;而地下水中通常含有多种离子,可视为电的良导体,故在地下水中通电使电荷在地下水中移动而形成电流,此流通的电流所产生的磁场将可在地表上利用精密的磁场探测装置加以检测分析,此外,根据电流的流动特性,电流通常选择低阻力的优势通路(Preferential Pathway)流动,若在流动路径中有高阻力的障碍物存在{如:岩石、非水液相(Non-aqueousPhase Liquid)},则电荷流动的路径就会显得弯曲,地表上所显现的磁场特性(X、Y、Z三轴的磁场强度)也会有所不同,因此地表上所测得的磁场特性可以反映地表下的状况(如:污染物在地下水中的沉积位置与范围);且污染物的存在对于地下水原本的导电能力若产生弱化或增强的影响,该弱化或增强的现象也会影响地表检测磁场的强弱。
综上所述,该地下污染团检测系统及其方法,其优点为:
1.因该系统为检测地表所显现的磁场特性,不同磁场变化都能被加以检测分析,改善现有检测技术须依靠足量污染物来产生适当解析影像的缺点。
2.该系统所能分析污染物种类较广泛,尤其对于非水液相类以及含金属离子成份类的污染团,已能由磁场变化情形判定该污染团的位置及范围大小。
3.由于该系统为检测二地下水井间不同深度所形成的磁场特性,加以分析判读,故能清楚描绘出地下污染团的范围大小及污染源特征。
附图说明
图1是本发明地下污染团检测系统的连接结构示意图
图2是本发明的磁场探测装置连接结构示意图
图3是本发明的检测方法作动示意图
图4是本发明的电流流动特性示意图
图5是本发明的高聚集电流流动特性示意图
图6是电流磁效应示意图
附图标号:
(1)移动式电源  (2)电流控制器
(3)变频器      (4)电缆线
(5)通电电极    (51)重锤
(52)电极端子   (6)磁场探测装置
(61)磁场感测器 (62)信号连接器
(63)数据撷取盒 (64)携带型电脑
(7)地下水井    (8)非水液相
(81)污染团     (9)电流。
具体实施方式
为令本发明的技术手段、发明目的及达成功效有更完整及清楚的揭露,兹详细说明如下,并请一并参阅揭示的图式及元件符号。
首先,请参阅图1所示,是本发明的地下污染团检测系统连接结构示意图,其包括有:一移动式电源(1),供给系统电源;一电流控制器(2),是电连接该移动式电源(1);一变频器(3),是电连接该电流控制器(2);二电缆线(4),是电缆线(4)于本发明较佳实施例中是为防磁电缆线,其是分别电连接该变频器(3);二通电电极(5),该二通电电极(5)于本发明较佳实施例中是为二重锤式电极,该重锤式电极是进一步包括一重锤(51)以及一电极端子(52);一磁场探测装置(6),其是进一步包括一磁场感测器(61),是电连接该移动式电源(1);一信号连接器(62),是电连接该磁场感测器(61);一数据撷取盒(63),是电连接该信号连接器(62);一携带型电脑(64),是电连接该数据撷取盒(63)(请参阅图2)。
如上所述,于本发明的较佳实施例中,该移动式电源为一燃料发电机或一移动式电池。
再请一并参阅图1、图3所示,是本发明连接结构示意图及检测方法作动示意图,其检测方法为该移动式电源(1)提供电源给该电流控制器(2),并调整需用的电流大小,该电流控制器(2)可显示电流值的大小,再经过该变频器(3)作电流频率的改变,设定在无其他频率干扰的频率下,如此可减少该系统本身或周遭环境所发出的磁场对该磁场量测的干扰,最后电流透过该二电缆线(4)再到地下水井(7)中的通电电极(5),该通电电极(5)可因重锤(51)的重力作用而减少因水的浮力对于该电极端子(52)位置定位的影响,故能置入地下水井中不同的深度,而电荷在不同深度地下水中的流通路径,能相对形成不同的电流磁场,该磁场探测装置(6)则设置于地表上,在规划的网格点上进行检测。
又请参阅图4所示,是本发明的电流流动特性示意图,图中所示一向左箭头系电流方向,另环形箭头系磁场方向;电流(9)通常选择低阻力的优势通路流动,若在流动路径中有高阻力的障碍物存在{如:岩石、非水液相(8)},则电荷流动的路径就会显得弯曲,使得相对产生的磁场于X、Y以及Z三轴的磁场强度也产生变化,进而地表上所显现的磁场特性也会跟电荷于流动路径无障碍物存在时有所不同,而能进一步描绘出该污染团的位置及范围。
复请参阅图5所示,图中所示一向左箭头是电流方向,另环形箭头是磁场方向;本发明亦可运用在检测地表下的含金属离子成份的污染团(81),因地下水电流的流动路径特性,产生高聚集电流,而形成较强的磁场特征,可以进一步描绘出该污染团分布的范围。
藉此,本发明是利用地下水井中不同深度的地下水电荷的流动路径特性于地表上所产生相对的磁场特性来用以分析地下污染团沉积位置与范围或水文地质特征,有助于在地表对于未知污染源进行大范围探测,进一步提升对于地下水的污染物范围调查以及地下水文地质结构调查的效果。

Claims (10)

1.一种地下污染团检测系统,其是适用于地下污染团检测,其特征是,所述地下污染团检测系统包括有:
一移动式电源,供给系统电源;
一电流控制器,电连接所述移动式电源,用以调整电流大小;
一变频器,电连接所述电流控制器,用以调整至适当频率;
二电缆线,分别电连接所述变频器;
二通电电极,分别置放于所述地下水井中,用以提供电荷于地下水中;以及
一磁场探测装置,是设置于地表上,用以检测地表下电流所产生的磁场。
2.如权利要求1所述的地下污染团检测系统,其特征是,所述电缆线为防磁电缆线。
3.如权利要求1所述的地下污染团检测系统,其特征是,所述通电电极为一重锤式电极。
4.如权利要求3所述的地下污染团检测系统,其特征是,所述重锤式电极,是包括一重锤及一电极端子。
5.如权利要求1所述的地下污染团检测系统,其特征是,所述磁场探测装置是包括一携带型电脑、一数据撷取盒、一信号连接器以及一磁场感测器。
6.如权利要求1所述的地下污染团检测系统,其特征是,所述移动式电源是燃料发电机或移动式电池其中之一。
7.一种地下污染团检测方法,其是适用于地下污染团检测,其特征是,所述地下污染团检测方法为利用一电流控制器提供适当电流,并经过一变频器调整,设定电流频率在无其他频率干扰下,最后电流透过电缆线再到一通电电极,使电荷在地下水中移动而形成一流动路径,而此流动路径所产生的磁场,经由设置地表上一磁场探测装置测得磁场特性,用以分析地下污染团的状况。
8.如权利要求7所述的地下污染团检测方法,其特征是,所述电缆线为防磁电缆线。
9.如权利要求7所述的地下污染团检测方法,其特征是,所述通电电极为一重锤式电极。
10.如权利要求7所述的地下污染团检测方法,其特征是,所述磁场探测装置是包括一携带型电脑、一数据撷取盒、一信号连接器以及一磁场感测器。
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