CN104049279A - 一种用电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法。（1）在人工湿地上方布置直流电阻率对称四极测深装置，按电极距由小到大的方式测量视电阻率。（2）直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A、供电电极负极B和测量电极M、测量电极N均对称于测点布设，每改变一次供电极距，计算该极距的视电阻率。（3）将测量到的视电阻率进行反演，根据反演得到的电阻率值绘制电阻率测深曲线。（4）人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，堵塞区域表现为相对高电阻率特征，在电阻率测深曲线上，据电阻率值的变化特征，确定堵塞区域在该测量点的垂向空间位置。本发明以介质的导电性差异为基础，通过电阻率差异实现人工湿地堵塞区域的定位。

Description

一种用电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种用电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法。

背景技术

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种污水处理生态工程新技术，由于具有灵活性好、投资少、能耗低、去污能力较强、管理方便、无二次污染等优点，应用日益普遍。然而近年来，人工湿地在运行过程中频繁出现堵塞等问题，净化性能下降，使用年限缩短。如美国及英国的355个潜流人工湿地中，近一半在使用五年内发生堵塞，填料水力传导率大幅下降，80％的水流直接由床体表面越流排出系统，出水水质恶化，服务年限由设计时的50-100年降低为10年、5年甚至更短；国内的白泥坑、雁田、沙田等人工湿地也出现了不同程度的堵塞现象。可见，人工湿地系统内部的堵塞问题已严重影响到人工湿地的持久、高效运行。

目前，对人工湿地发生堵塞判断的研究方法比较单一，都是基于示踪实验的表观水力停留时间(HRT)和停留时间分布(RDT)来研究人工湿地水力性能特征，并通过人工湿地水力性能来确定人工湿地是否发生堵塞。然而这种确定堵塞的方法都是针对人工湿地整体进行评价的，无法对堵塞区域进行定位，致使在治理堵塞的时候只能针对于人工湿地整体进行更换填料或疏通，时间成本高、经济效益差。因此，针对人工湿地堵塞区域的准确定位是亟待解决的问题。

本发明就是针对人工湿地的堵塞区域定位研究的盲区和难点，提出一种利用电阻率的差异来定位人工湿地堵塞区域的方法。该方法是以堵塞填料及未堵塞填料的导电性差异为基础，通过测量和研究人工建立的稳定电流场的分布规律来探测填料结构，了解堵塞分布特征，达到探测人工湿地堵塞区域的目的。

发明内容

本发明的目的是针对人工湿地存在的堵塞问题，提供一种用电阻率曲线或对比电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法，该方法简单易行，可填补人工湿地堵塞区域定位的技术空白。

具体步骤为：

(1)在人工湿地上方布置直流电阻率对称四极测深装置，按电极距由小到大的方式测量视电阻率；其中最大供电极距AB_max＝4H，H为人工湿地填料深度。

(2)直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A、供电电极负极B和测量电极M、测量电极N均对称于测点两侧布设，每改变一次供电极距，按下式计算该电极距的视电阻率ρ_s，即：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{MN}}}{I}$

$K=\mathrm{\π}\frac{\mathrm{AM}\·\mathrm{AN}}{\mathrm{MN}}$

式中：K为电极装置系数，ΔU_MN为测量电极M、N之间的电位差，I为供电电流。

(3)将步骤(2)测量得到的视电阻率进行反演，根据反演得到的电阻率值绘制电阻率测深曲线。

(4)人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，人工湿地堵塞区域表现为相对高电阻率特征，在电阻率测深曲线上，根据电阻率值的变化特征，确定堵塞区域在该测量点的垂向空间位置；如果该测量点存在堵塞问题，则继续在该点周围继续进行测量，以确定堵塞区域在三维空间的详细空间分布，实现堵塞区域的定位。

本发明的有益效果是：本发明针对人工湿地的堵塞区域定位研究缺乏的问题，提出一种用电阻率法来确定人工湿地的堵塞区域，该方法是以介质的导电性差异为基础，通过测量人工湿地堵塞区域与未堵塞区域的电阻率差异实现人工湿地堵塞区域的定位，解决了人工湿地堵塞区域无法精确定位的技术难题。在实际人工湿地堵塞区域定位中已取得很好的效果，该技术通过推广，将为人工湿地的持续、高效运行提供强有力的技术保障。

附图说明

图1为本发明实施例直流电阻率测量布点示意图。

图中标记：1-1未堵塞区域人工湿地床体；1-2人工湿地疑似堵塞区域；1-3疑似堵塞区域上方的测深点；1-4未堵塞区域上方的测深点。

图2为本发明实施例对称四极电极排列方式测量装置原理图。

图中标记：2-1为供电电极正极A；2-2为测量电极M；2-3为测点O；2-4为测量电极N；2-5为供电电极负极B。

图3为本发明实施例1电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的电阻率测深曲线图。

图中标记：3-1电阻率测深曲线。

图4为本发明实施例2对比电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的对比电阻率测深曲线图。

图中标记：4-1：人工湿地未堵塞区域的电阻率测深曲线；4-2：人工湿地堵塞区域的电阻率测深曲线。

图5为本发明实施例3定位人工湿地堵塞区域的电阻率测深曲线类型图。

图中标记：5-1：人工湿地未发生堵塞的电阻率测深曲线；4-2：人工湿地发生堵塞的电阻率测深曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明的工作原理是：一般人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，人工湿地堵塞区域表现为相对高电阻率特征，这样在电阻率测深曲线上，根据电阻率值的变化特征，可确定堵塞区域在该测量点的垂向空间位置。下面是在该原理指导下同一构思的三个具体实施方案。

实施例1：

(1)如图1、2所示，首先在疑似堵塞区域1-2上方布置电阻率测深点1-3，使用直流电阻率对称四极测深装置进行测量，测量电极M2-2和测量电极N2-3间距10cm，供电电极正极A2-1和供电电极负极B2-5以10cm差值从0.2m到2m，按图2所示的直流电阻率对称四极测深装置从浅到深对该点进行电阻率测深。

(2)直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A2-1、供电电极负极B2-5和测量电极M2-2、测量电极N2-3均对称于测点O2-3两侧布设，每改变一次供电极距，按下式计算该电极距的视电阻率，即：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{MN}}}{I}$

$K=\mathrm{\π}\frac{\mathrm{AM}\·\mathrm{AN}}{\mathrm{MN}}$

式中：K为电极装置系数，ΔU_MN为测量电极M、N之间的电位差，I为供电电流。

(3)将步骤(2)测得的视电阻率进行反演后，根据反演结果绘制图3所示的电阻率测深曲线3-1。从图3所示的电阻率测深曲线3-1曲线可以看出，堵塞区域的电阻率值基本大于80Ω·m，未堵塞区域的电阻率在60Ω·m；堵塞区域的中心位于人工湿地表面一下60cm处，然后再根据反演得到的模型数值，确定该点堵塞区域在垂向上位于40～80cm的范围内，如此，根据此电阻率测深曲线变化特征可确定堵塞区域垂向空间位置。然后，再以10cm继续在该点两侧布置其它的测深点1-3，继续进行测量，直到确定堵塞区域在三维空间的详细空间分布，最终实现堵塞区域的定位。

实施例2：

本实施例是用对比电阻率曲线来定位人工湿地的堵塞区域。

(1)如图1、2所示，首先在人工湿地确定没有堵塞的区域1-1上方布置电阻率测深点1-4，使用直流电阻率对称四极测深装置进行测量，测量电极M2-2和测量电极N2-3间距10cm，供电电极正极A2-1和供电电极负极B2-5以10cm差值从0.2m到2m，按图2所示的直流电阻率对称四极测深装置从浅到深对该点进行电阻率测深。

(2)直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A2-1、供电电极负极B2-5和测量电极M2-2、测量电极N2-3均对称于测点O2-3两侧布设，每改变一次供电极距，按下式计算该电极距的视电阻率，即：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{MN}}}{I}$

$K=\mathrm{\π}\frac{\mathrm{AM}\·\mathrm{AN}}{\mathrm{MN}}$

式中：K为电极装置系数，ΔU_MN为测量电极M、N之间的电位差，I为供电电流。

(3)将步骤(2)测得的视电阻率进行反演后，得出图4所示的第1条电阻率测深曲线4-1；然后在人工湿地疑似堵塞区域1-2上方，使用同样的方法测量视电阻率值并进行反演，得出第2条电阻率测深曲线4-2。将所得的两条电阻率测深曲线绘制在同一坐标系，如图4所示。

(4)对比两条电阻率测深曲线可以看出，对于堵塞发生的区域，两条电阻率测深曲线出现明显的异常分离张开现象，没有堵塞的区域两条电阻率测深曲线近似重合，只是在靠近受堵塞区域的时候，受堵塞区域影响，稍有分离，但也出现了逐渐靠拢的趋势。然后再根据反演得到的模型数值，确定该点堵塞区域在垂向上大致位于40～80cm的范围内。确定该点在垂向上的堵塞位置之后，同样再以10cm的继续在该点两侧布置其它的测深点1-3，继续进行测量，直到确定堵塞区域在三维空间的分布，最终实现堵塞区域的定位。

实施例3：

本实施例是假定我们对人工湿地堵塞区域完全不了解，即无法确定人工湿地疑似堵塞区域大致位置的情况下，用电阻率测深曲线类型图来定位人工湿地的堵塞区域。

(1)如图1所示，假如不知道1-2所在的大致位置，首先在人工湿地上方以约50cm的间距均匀布置电阻率测深点，使用直流电阻率对称四极测深装置进行测量，测量电极M2-2和测量电极N2-3间距10cm，供电电极正极A2-1和供电电极负极B2-5以10cm差值从0.2m到2m，按图2所示的直流电阻率对称四极测深装置从浅到深对这些点进行电阻率测深。

(2)直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A2-1、供电电极负极B2-5和测量电极M2-2、测量电极N2-3均对称于测点O2-3布设，每改变一次供电极距，按下式计算该电极距的视电阻率，即：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{MN}}}{I}$

$K=\mathrm{\π}\frac{\mathrm{AM}\·\mathrm{AN}}{\mathrm{MN}}$

式中：K为电极装置系数，ΔU_MN为测量电极M、N之间的电位差，I为供电电流。

(3)将步骤(2)测得的视电阻率进行反演后，绘制各测点的电阻率测深曲线，将这些测深曲线组合在一起，得到图5所示的电阻率测深曲线类型图。

(4)在步骤(3)绘制的电阻率测深曲线类型图(图5)的基础上，判断堵塞发生的区域。对于堵塞发生的区域，电阻率测深曲线5-2在堵塞区域电阻率明显增大，在曲线上出现高阻凸起，再参照实施例1和实施例2的判断方法，判断堵塞区域在垂向上的位置；在未发生堵塞的区域，电阻率值变化不大，电阻率测深曲线5-1比较平直。然后，在堵塞发生的区域，再以10cm继续在该点周围布置加密测深点，继续进行测量，直到确定该堵塞区域在三维空间的详细空间分布，最终实现堵塞区域的定位。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种用电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法，其特征在于具体步骤为：

(1)在人工湿地上方布置直流电阻率对称四极测深装置，按电极距由小到大的方式测量视电阻率；其中最大供电极距AB_max＝4H，H为人工湿地填料深度；

(2)直流电阻率对称四极测深装置的供电电极正极A、供电电极负极B和测量电极M、测量电极N均对称于测点O两侧布设，每改变一次供电极距，按下式计算该电极距的视电阻率ρ_s，即：

${\mathrm{\ρ}}_s=K\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{MN}}}{I}$

$K=\mathrm{\π}\frac{\mathrm{AM}\·\mathrm{AN}}{\mathrm{MN}}$

式中：K为电极装置系数，ΔU_MN为测量电极M、N之间的电位差，I为供电电流；

(3)将步骤(2)测量得到的视电阻率进行反演，根据反演得到的电阻率值绘制电阻率测深曲线；

(4)人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，人工湿地堵塞区域表现为相对高电阻率特征，在电阻率测深曲线上，根据电阻率值的变化特征，确定堵塞区域在该测量点的垂向空间位置；如果该测量点存在堵塞问题，则继续在该点周围继续进行测量，以确定堵塞区域在三维空间的详细空间分布，实现堵塞区域的定位。