CN105301058A - 一种地下水污染动态监测的成像试验系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水污染动态监测的成像试验系统及其监测方法，本申请通过在箱体内对地下水污染过程进行模拟，利用电阻率成像技术，基于电阻率与污染物浓度的关系，对地下水污染过程中污染物的浓度进行模拟测试，可便捷地对地下水污染动态进行模拟监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下水污染动态监测的成像试验系统及其监测方法。
背景技术
水作为一种极其重要的资源,在经济和社会发展中具有重要的战略价值。由于地表水资源分布很不均衡而且容易受到污染，地下水资源的开发、利用和保护研究被提到了日益重要的地位。近几十年来，由于工农业生产的发展、新能源的开发利用、核废料的贮存、地下水中污染物的运移以及污染含水层的治理等方面的需要，对地下水运动的研究已经越来越深入。除了地下水资源的定量评价外，越来越多的研究涉及到地下水污染的圈定、预测以及防治等问题。
目前，地下水污染监测系统采用的是运用不同方法对仪器内标志点液体取样进行物理化学分析，得到有限个标志点的污染物属性，再通过数学插值方法得到未知点污染物属性，从而得到某一剖面污染物分布状态。所以传统地下水监测方式不但耗时费力，而且费用昂贵，这种方法无论使用何种方法取样，都会影响地下水以及污染物的径流状态，以及选取有限个样本进行数学计算也存在误差，有可能造成最终得到的结果失真。
高密度电阻率成像法属于电阻率成像法的范畴，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种勘探方法，是以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下水污染动态监测的成像试验系统及其监测方法，通过在箱体内对地下水污染过程进行模拟，利用电阻率成像技术，基于电阻率与污染物浓度的关系，对地下水污染过程中污染物的浓度进行模拟测试，可便捷地对地下水污染动态进行模拟监测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种地下水污染动态监测的成像试验系统，包括地下水污染模拟系统和电阻率成像系统；地下水污染模拟系统包括用于盛装砂样的无盖箱体，设置在箱体的左端部的水体补给区，设置在箱体的右端部的水体排泄区，设置在箱体的前壁的底部的水位观测孔，通过导流管与水位观测孔连接的水位观测装置，以及设置在箱体邻近水体补给区一端的上方的污染物投放装置。
电阻率成像系统包括沿箱体的延伸方向等间距插入箱体内的砂子表层的测量电极，与测量电极连接的多路电极转换器，与多路电极转换器连接的多功能数字直流激电仪，以及与多功能数字直流激电仪连接的上位机。
进一步地，水体补给区设有补给孔和补给水位调节管；水体排泄区设有排泄孔和排泄水位调节管。
进一步地，箱体的前壁上设有若干取样孔。
进一步地，污染物投放装置为进料漏斗。
进一步地，水位观测装置包括若干垂直固定在观测管支架上的水位观测管，水位观测孔通过导流管连接至水位观测管的底部。
进一步地，测量电极通过多芯线缆连接。
一种上述地下水污染动态监测的成像试验系统对地下水污染动态进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用地下水污染模拟系统模拟地下水径流及地下水污染过程；
S2：利用电阻率成像系统对所述地下水污染过程进行监测，得到地下水污染动态的2.5维可视化成像图。
进一步地，上述S1具体包括以下步骤：
S11：在地下水污染模拟系统的箱体内按所模拟地区的土壤孔隙度装填砂样；
S12：向箱体内进行供水，对箱体内的所述砂样进行饱和处理；
S13：调节箱体的水体补给区的水位高度和水体排泄区的水位高度，以控制箱体内的径流区的水流流速；
S14：再向箱体内投放污染物模拟地下水污染过程。
进一步地，上述S2具体包括以下步骤：
S21：将若干测量电极等间距插入箱体内的砂样的表层；
S22：利用电阻率成像系统每隔30min采用温纳装置测量一次箱体内的地下水的电阻率，获得箱体内污染物污染地下水的电阻率分布；
S23：在电阻率成像系统的所测剖面内，将不同时间点采集的电阻率数据进行反演，得到箱体内的地下水在不同时间点的电阻率剖面等值线图，形成地下水污染过程的2.5维可视化成像图。
本发明的有益效果为：
1、本申请通过在箱体内对地下水污染过程进行模拟，利用电阻率成像技术，基于电阻率与污染物浓度的关系，对地下水污染过程中污染物的浓度进行模拟测试，可便捷地对地下水污染动态进行模拟监测，并得到地下水污染过程的2.5维可视化成像图。
2、本申请的箱体的前壁上设有取样孔，可便于测量人员对箱体内的水体取样进行物理化学分析进一步验证电阻率成像技术最终得到结果的准确性。
3、在试验过程中可通过补给水位调节管和排泄水位调节管调节补给水位和排泄水位的高度，以控制箱体内的水流速度。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的结构示意图；
图2为本发明最佳实施例的水位观测装置的结构示意图。
其中：1、箱体；2、水体补给区；21、补给孔；22、补给水位调节管；3、水体排泄区；31、排泄孔；32、排泄水位调节管；4、水位观测孔；41、取样孔；5、污染物投放装置；6、测量电极；61、多芯线缆；7、多路电极转换器；71、多功能数字直流激电仪；72、上位机；8、导流管；9、观测管支架；91、水位观测管。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示的地下水污染动态监测的成像试验系统，如图1所示的一种地下水污染动态监测的成像试验系统，包括地下水污染模拟系统和电阻率成像系统。
其中，上述地下水污染模拟系统包括用于盛装砂样的箱体1，设置在箱体1的左端部的水体补给区2，以及设置在箱体1的右端部的水体排泄区3；水体补给区2设有补给孔21和补给水位调节管22，水体排泄区3设有排泄孔31和排泄水位调节管32。试验过程中自来水由补给孔21进入箱体1中，流经箱体1内的砂样径流区再由排泄孔31排出箱体1外。试验过程中还可通过补给水位调节管22和排泄水位调节管32调节调节箱体1内水位高度，以控制箱体1内的水流速度。
上述箱体1的底部设有水位观测孔4，通过导流管8与水位观测孔4连接的水位观测装置。其中，如图2所示，水位观测装置包括与若干垂直固定在观测管支架9上的水位观测管91，水位观测孔4通过导流管8连接至水位观测管91的底部。根据连通器原理，箱体1内的水体经由导流管8进入水位观测管91，即可直观的得到箱体1内的水位高度。
上述箱体1的上方设有污染物投放装置5，即进料漏斗，进料漏斗通过三脚架固定在邻近水体补给区2的一端，污染物由进料漏斗进入箱体1内的水体中，模拟污染物对地下水的污染过程。
电阻率成像系统包括设置在箱体1内的若干通过多芯线缆61连接的测量电极6，并且测量电极6等间距插入箱体1内的砂子表层。测量电极6通过多芯线缆61连接至多路电极转换器7，多路电极转换器7连接至多功能数字直流激电仪71，多功能数字直流激电仪71连接至上位机72。在试验过程中，利用电阻率成像系统每隔30min测量一次电阻率分布，利用电阻率成像技术获取污染物过程的可视化图像，直至污染物全部排出箱体1，整个模型箱体1内电阻率稳定为止。
此外，箱体1的前壁上设有若干取样孔41，可便于测量人员对箱体1内的水体取样进行物理化学分析进一步验证电阻率成像技术最终得到结果的准确性。
一种利用上述地下水污染动态监测的成像试验系统对地下水污染动态进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用地下水污染模拟系统模拟地下水径流及地下水污染过程；
S2：利用电阻率成像系统对地下水污染过程进行监测，得到地下水污染动态的2.5维可视化成像图。
进一步地，S1具体包括以下步骤：
S11：在地下水污染模拟系统的箱体1内按所模拟地区的土壤孔隙度装填砂样；
S12：向箱体1内进行供水，对箱体1内的砂样进行饱和处理；
S13：调节箱体1的水体补给区2的水位高度和水体排泄区3的水位高度，以控制箱体1内的径流区的水流流速；
S14：再向箱体1内投放污染物模拟地下水污染过程。
进一步地，S2具体包括以下步骤：
S21：将若干测量电极6等间距插入箱体1内的砂样的表层；
S22：利用电阻率成像系统每隔30min采用温纳装置测量一次箱体1内的地下水的电阻率，获得箱体1内污染物污染地下水的电阻率分布；
S23：在电阻率成像系统的所测剖面内，将不同时间点采集到的电阻率数据进行反演，得到箱体1内的地下水在不同时间点的电阻率剖面等值线图，形成地下水污染过程的2.5维可视化成像图。
本发明采用电阻率成像技术，无需在实验过程中进行采样分析即可获得地下水中污染物过程的可视化图像，因此是一种无损，快捷，可视化检测方法。监测数据可对地下水污染过程中污染物的分布规律进行定量描述，测量设备简单，操作方便，检测过程自动化程度高，其次在不同时间段进行测量，可得到污染物在不同时间段的“伪3维”的电阻率分布，从而得到地下水污染过程中污染物浓度分布的可视化成像图，本发明还可进行目前常用方法取样进行物理化学分析进一步验证电阻率成像技术最终得到结果的准确性。
Claims (9)
1.一种地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，包括地下水污染模拟系统和电阻率成像系统；所述地下水污染模拟系统包括用于盛装砂样的无盖箱体，设置在所述箱体的左端部的水体补给区，设置在所述箱体的右端部的水体排泄区，设置在所述箱体的前壁的底部的水位观测孔，通过导流管与所述水位观测孔连接的水位观测装置，以及设置在箱体邻近水体补给区一端的上方的污染物投放装置；
所述电阻率成像系统包括沿所述箱体的延伸方向等间距插入箱体内的砂子表层的测量电极，与所述测量电极连接的多路电极转换器，与所述多路电极转换器连接的多功能数字直流激电仪，以及与所述多功能数字直流激电仪连接的上位机。
2.根据权利要求1所述的地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，所述水体补给区设有补给孔和补给水位调节管；所述水体排泄区设有排泄孔和排泄水位调节管。
3.根据权利要求2所述的地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，所述箱体的前壁上设有若干取样孔。
4.根据权利要求1所述的地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，所述污染物投放装置为进料漏斗。
5.根据权利要求1所述的地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，所述水位观测装置包括若干垂直固定在观测管支架上的水位观测管，所述水位观测孔通过导流管连接至所述水位观测管的底部。
6.根据权利要求1所述的地下水污染动态监测的成像试验系统，其特征在于，所述测量电极通过多芯线缆连接。
7.一种利用权利要求1至6任一所述的地下水污染动态的监测成像试验系统对地下水污染动态进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用地下水污染模拟系统模拟地下水径流及地下水污染过程；
S2：利用电阻率成像系统对所述地下水污染过程进行监测，得到地下水污染动态的2.5维可视化成像图。
8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：
S11：在所述地下水污染模拟系统的箱体内按所模拟地区的土壤孔隙度装填砂样；
S12：向所述箱体内进行供水，对所述箱体内的砂样进行饱和处理；
S13：调节所述箱体的水体补给区的水位高度和水体排泄区的水位高度，以控制箱体内的径流区的水流流速；
S14：再向所述箱体内投放污染物模拟地下水污染过程。
9.根据权利要求7或8所述的监测方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：
S21：将若干测量电极等间距插入所述箱体内的所述砂样的表层；
S22：利用所述电阻率成像系统每隔30min采用温纳装置测量一次所述箱体内的地下水的电阻率，获得箱体内污染物污染地下水的电阻率分布；
S23：在所述电阻率成像系统的所测剖面内，将不同时间点采集的电阻率数据进行反演，得到箱体内的地下水在不同时间点的电阻率剖面等值线图，形成地下水污染过程的2.5维可视化成像图。
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