CN107389531B - 用于土工膜的渗漏监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于土工膜的渗漏监测系统，包括：供电单元，具有两个采用非金属导电材料制成的供电电极，分别连接于主防渗土工膜的膜上和膜下；若干监测传感电极，采用非金属导电材料制成，均匀排列于主防渗土工膜下面，采集主防渗土工膜下对应位置的电势；数据采集单元，采集各监测传感电极的电势数据；控制分析单元，对数据采集单元采集的各监测传感电极的电势数据进行分析，确定主防渗土工膜下的电势异常区从而确定主防渗土工膜的渗漏点并进行报警提示。本发明通过采集各监测传感电极的电势数据，可以确定土工膜下的电势异常区从而确定土工膜的具体的渗漏点并进行报警提示，避免了使用金属电极带来的不能够抵抗酸碱和抗电化学腐蚀的问题。

Description

用于土工膜的渗漏监测系统
技术领域
本发明涉及土工膜防渗工程技术领域，特别是涉及一种土工膜防渗工程中长期渗漏监测技术领域，具体为一种用于土工膜的渗漏监测系统。
版权申明
本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。
背景技术
垃圾填埋场、人工湖、水库、矿山尾矿库、堆浸场等项目一般采用防渗土工膜来建设防渗系统。但是土工膜在制造、运输和施工安装等环节都可能发生破损破坏，破损的土工膜必然产生渗漏。如果是垃圾填埋场等污染项目，渗漏的渗滤液必然污染地下水等周围环境，造成环境的破坏。传统的填埋场的渗漏监测方式是采用监测井，这种监测方式比较滞后，渗漏已经发生一段时间并扩散进入地下水，对环境造成一定的污染后才能被发现。对于冶金堆浸场项目，渗漏的溶液相当于利润损失。
传统的监测井方式只能确定填埋场土工膜破损并发生泄露，不能定位漏洞的位置。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的实施例的目的在于提供一种用于土工膜的渗漏监测系统，用于解决现有技术中土工膜防渗系统在施工运行过程中出现破损泄漏却无法定位渗漏位置的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的实施例提供一种用于土工膜的渗漏监测系统，包括：供电单元，具有两个采用非金属导电材料制成的供电电极，分别连接于主防渗土工膜的膜上和膜下，使得所述主防渗土工膜的膜上和膜下分别形成电场；若干监测传感电极，均匀排列于所述主防渗土工膜下，采集所述主防渗土工膜下对应位置的电势；其中，所述监测传感电极采用所述非金属导电材料制成；数据采集单元，通过信号传输电缆与各所述监测传感电极相连，采集各所述监测传感电极的电势数据；控制分析单元，与所述数据采集单元相连，对所述数据采集单元采集的各所述监测传感电极的电势数据进行分析，确定所述主防渗土工膜下监测传感电极之间的电势异常区从而确定所述主防渗土工膜的渗漏点并进行报警提示。
于本发明的一实施例中，所述非金属导电材料由导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维、金属粉末中的一种或多种组合与非金属高分子聚合物混合形成。
于本发明的一实施例中，所述监测传感电极的电阻率小于10-5Ω·m。
于本发明的一实施例中，还包括次防渗土工膜，所述供电单元的两个所述供电电极分别分别连接于所述主防渗土工膜的膜上和膜下；所述监测传感电极位于所述主防渗土工膜之下。
于本发明的一实施例中，所述监测传感电极按照等距离间距布置于导电土工布上或导电土工复合排水网上；所述间距为0.5米～20米之间。；每个所述监测传感电极的布设点位置通过GPS确定。
于本发明的一实施例中，所述导电土工复合排水网包括土工排水网、粘合于所述土工排水网的一面或两面的非金属导电土工布。
于本发明的一实施例中，所述供电单元采用高压直流电源或者正负脉冲方波供电。
于本发明的一实施例中，所述监测传感电极与所述信号传输电缆中的导线缆相连后密封，其中，所述信号传输电缆中所述导线缆的外绝缘层材料与所述监测传感电极中的所述非金属高分子聚合物材料相同。
于本发明的一实施例中，所述数据采集单元采用PXI架构、PXIE架构、PCI架构、PCIE架构或LXI架构，所述数据采集单元包括与各所述监测传感电极相连的数据采集卡或数字万用表；或者所述数据采集单元包括：数据采集卡或数字万用表、连接于各所述监测传感电极和所述数据采集卡或数字万用表之间的矩阵开关或多路复用器。。
于本发明的一实施例中，所述控制分析单元根据各所述监测传感电极的电势数据获取2D或3D电势映像图，根据所述电势映像图确定所述主防渗土工膜下监测传感电极之间的电势异常区从而确定所述主防渗土工膜的渗漏点。
如上所述，本发明的用于土工膜的渗漏监测系统具有如下有益效果：
本发明通过在土工膜下布置采用非金属导电材料制成形成的若干监测传感电极，避免了使用金属电极带来的不能够抵抗酸碱和抗电化学腐蚀的问题和使用金属电极会破坏土工膜的潜在风险；通过采集各所述监测传感电极的电势数据，可以确定土工膜下的电势异常区从而确定土工膜具体的渗漏点并进行报警提示，有效解决了现有技术中土工膜防渗系统在施工运行过程中出现破损泄漏却无法定位渗漏位置的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1显示为本发明的用于土工膜的渗漏监测系统在一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
100 渗漏监测系统
110 供电单元
111 膜上供电电极
112 膜下供电电极
120 监测传感电极
130 主防渗土工膜
140 信号传输电缆
150 数据采集单元
160 控制分析单元
170 导电土工复合排水网
180 次防渗土工膜
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的实施例的目的在于提供一种用于土工膜的渗漏监测系统，用于解决现有技术中土工膜防渗系统在施工运行过程中出现破损泄漏却无法定位渗漏位置的问题。以下将详细阐述本发明的用于土工膜的渗漏监测系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的用于土工膜的渗漏监测系统。
本发明的实施例提供一种用于土工膜的渗漏监测系统，用于监测防渗土工膜的在运行期间的破损泄漏情况。具体地，如图1所示，所述渗漏监测系统100包括：供电单元110，若干监测传感电极120，数据采集单元150以及控制分析单元160。
于本实施例中，所述供电单元110提供主防渗土工膜130膜上膜下的电势，所述供电单元110具有两个采用非金属导电材料制成的供电电极：膜上供电电极111(例如为负极)和膜下供电电极112(例如为正极)，所述膜上供电电极111和所述膜下供电电极112分别连接于主防渗土工膜130膜上和膜下，使得所述主防渗土工膜130的膜上和膜下分别形成电场。
其中，所述供电单元110的供电电极由非金属导电材料制成，形成非金属供电电极，避免使用金属电极被腐蚀氧化。于本实施例中，所述非金属导电材料由但不限于导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维、金属粉末中的一种或多种组合与非金属高分子聚合物，例如选用聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚甲醛(POM)以及聚四氟乙烯等，所述非金属高分子聚合物优选具有耐酸碱塑料材料混合形成，比如高密度聚乙烯。。
所述非金属供电电极的电阻率要求达到导体级别，相当于电阻率小于10-5Ω·m。
所述供电单元110的供电电源采用金属导线连接非金属供电电极，非金属供电电极和所述金属导线采用全密封方式连接，避免金属导线裸露被腐蚀损坏。
于本实施例中，所述供电单元110由特殊的变压和波形处理，采用高压直流电源或者正负脉冲方波供电，即所述供电单元110可以采用高压直流电源供电，也可以采用正负脉冲方波供电。
于本实施例中，所述监测传感电极120采集所述主防渗土工膜130下一定间距的电势，若干监测传感电极120均匀排列于所述主防渗土工膜130下，采集所述主防渗土工膜130下对应位置的电势。具体地，于本实施例中，所述监测传感电极120采用点阵方式布置于所述主防渗土工膜130下面。其中，所述监测传感电极120采用等间距布置，间距为0.5米～20米，一般不超过10米，常规5～8米。
一旦主防渗土工膜130出现渗漏，主防渗土工膜130上液体泄漏穿过膜，主防渗土工膜130膜下的监测传感电极120可以检测到泄漏产生的电势变化，通过对各监测传感电极120的电势采集和数据分析，绘制出电势图，即可判断泄漏位置。
于本实施例中，，所述监测传感电极120形状并不限定，例如为圆柱形状，长方体形状。正方体形状等。
其中，所述监测传感电极120采用所述非金属导电材料制成；于本实施例中，所述非金属导电材料由但不限于导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维、金属粉末中的一种或多种组合与非金属高分子聚合物混合形成。例如选用聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚甲醛(POM)以及聚四氟乙烯等，所述非金属高分子聚合物优选具有耐酸碱塑料材料混合形成。
于本实施例中，防渗土工膜可为单层膜，也可以为双层膜：包括主防渗土工膜130和次防渗土工膜180。
所以本实施例中渗漏监测系统100可用于单层膜的防渗，此时主防渗土工膜130下一般会有一层粘土层或者GCL，在粘土层土质不好或者GCL太干燥区域，需要加上一层导电土工复合排水网或者导电土工布作为渗漏监测导电层。
本实施例中渗漏监测系统100还可用于双层膜的防渗，在土工膜1包括主防渗土工膜130和次防渗土工膜180时，所述供电单元110的两个所述供电电极分别分别连接于所述主防渗土工膜的膜上和膜下，所述监测传感电极120位于所述主防渗土工膜和之下。
于本实施例中，在所述土工膜包括主防渗土工膜和次防渗土工膜180时，所述监测传感电极120优选地置于导电土工布上或导电土工复合排水网170上。其中，导电土工复合排水网所述监测传感电极120按照等距离间距布置于导电土工布上或导电土工复合排水网170上，或者置于其他具有导电功能的材料之上。所述间距的选取范围为0.5米～20米之间，一般不超过10米，常规5～8米。每个所述监测传感电极的布设点位置通过GPS确定，以便后期维护修复能够快速定位。
于本实施例中，所述导电土工复合排水网170包括土工排水网、粘合于所述土工排水网的一面或两面的非金属导电土工布。在所述土工排水网一面粘合有所述用于主防渗土工膜130的渗漏监测系统100时，所述土工排水网的另一面粘合金属导电土工布或非导电土工布。也可以采用具有导电功能的土工网双面复合非导电无纺布制成的导电土工复合排水网。
其中，所述非金属导电土工布包括土工布和与所述土工布连接的非金属导电结构，通过所述非金属导电结构使得所述土工布具有导电功能。于本实施例中，用于土工布的导电材料为非金属材料，使用这种方式制成的土工布，具有抗老化、抗腐蚀、抗酸碱、抗电化学腐蚀等功能，能够适用于环境恶劣的环境。具体地，于本实施例中，所述非金属导电结构包含碳纳米管、石墨烯和超导碳黑中的一种或多种组合。
其中，所述非金属导电结构的一种具体结构为由所述碳纳米管、所述石墨烯、所述超导碳黑中的一种或多种组合与粘结剂混合形成连续的导电涂层，所述导电涂层涂布于所述土工布的表面。所述导电涂层涂布于所述土工布的一面或两面。
所述非金属导电结构的另一种具体结构为由所述碳纳米管、所述石墨烯、所述超导碳黑中的一种或多种组合与塑料粒子制成的导电纤维；该导电纤维即为非金属导电纤维，在制作所述土工布时，添加所述导电纤维使所述导电纤维连入所述土工布形成非金属导电混纺土工布。
于本实施例中，为使所述监测传感电极120的电阻率达到导体要求，所述监测传感电极120电阻率小于10-5Ω·m。
于本实施例中，所述数据采集单元150通过信号传输电缆140与各所述监测传感电极120相连，采集各所述监测传感电极120的电势数据。
于本实施例中，所述信号传输电缆140中的导体采用不锈钢丝加铜丝制成，所述监测传感电极120与所述信号传输电缆140中的导线缆通过焊接、粘结等方式连接密封，其中，所述信号传输电缆140中所述导线缆的外绝缘层材料与所述监测传感电极120中的非金属高分子聚合物材料相同，特别是选用HDPE(High Density Polyethylene，高密度聚乙烯)制造。所述导线缆的外绝缘层采用热熔或者高频超声焊接的方式与所述监测传感电极120连接，但不限于上述连接方式，也可以采用胶结方式连接，或者通过注塑方式连成一体。
于本实施例中，所述数据采集单元采用PXI(PCI extensions forInstrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)架构、PXIE架构PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准)架构、PCIE架构或LXI(LAN eXtension forinstrumentation，局域网的模块化测试平台标准)架构。PXIE是PXI的升级，为PXIExpress，PCIE是PCI的升级，为PCI Express。所述数据采集单元150包括与各所述监测传感电极120相连的数据采集卡或数字万用表；或者所述数据采集单元150包括：数据采集卡或数字万用表、连接于各所述监测传感电极120和所述数据采集卡或数字万用表之间的矩阵开关或多路复用器。
各所述监测传感电极120可以通过所述信号传输电缆140与所述数据采集卡直接相连，对于采集点较多的场合，所述所述监测传感电极120的数量较多，一般是48个所述监测传感电极120以上，采用矩阵开关或者多路复用器通过所述信号传输电缆140连接各所述监测传感电极120，然后矩阵开关或者多路复用器再接入所述数据采集卡或者数字万用表。
于本实施例中，所述控制分析单元160与所述数据采集单元150相连，对所述数据采集单元150采集的各所述监测传感电极120的电势数据进行分析，确定所述主防渗土工膜130下监测传感电极120之间的电势异常区从而确定所述主防渗土工膜130的渗漏点并进行报警提示。根据报警点的座标位置，通过GPS定位找出实际发生破损点。
其中，在所述供电单元110采用正负脉冲方波供电时，正向脉冲方波供电式下测到的电势数据减去负向脉冲方波供电下测到的数值作为最终用于分析的数值，在所述供电单元110采用高压直流供电时，直接采用所测数据用于分析。
此外，所述供电单元110可以采用分区供电模式，每个供电电极覆盖范围根据现场测试得出。
具体地，所述控制分析单元160根据各所述监测传感电极120的电势数据获取2D或3D电势映像图，根据所述电势映像图确定所述主防渗土工膜130下监测传感电极120之间的电势异常区从而确定所述主防渗土工膜130的渗漏点。通过长期监测，能够实时或者分时监测防渗主防渗土工膜130的破损泄漏情况，再对破损进行修复后，避免污染物泄漏造成环境污染。对于冶金堆浸场，可以避免含有矿物的溶液泄漏，造成经济损失和环境污染。通过本实施例的渗漏监测系统100可以做到防渗主防渗土工膜130结构的零渗漏。
为使本领域技术人员进一步理解本发明的原理，以下对本实施例的监控过程进行说明，具体如下：
将供电单元110的供电电极和供电电源连接，所述膜上供电电极111和所述膜下供电电极112分别连接于主防渗土工膜130的上下，使得所述主防渗土工膜130的上下分别形成电场，建立一个稳定的电势场，一旦主防渗土工膜130出现破损泄漏，漏洞区域形成点电源电势，该点产生电势突变，监测传感电极120将采集到的电势通过信号传输电缆140传输到数据采集单元150的矩阵卡和数据采集卡中，采集的电势数据进入控制分析单元160，控制分析单元160通过对采集到的电势数据进行统计分析，利用绘图软件绘制出2D或3D的电势映像图，根据电势映像图判断主防渗土工膜130的破损渗漏位置，并可进行报警提示。
所以本实施例中的渗漏监测系统100采用电学长期渗漏检测系统进行实时监测，能够及时发现渗漏，在渗漏产生时即报警，可以定位漏洞的位置。渗漏监测系统100构建时，在主防渗土工膜130之下安装用于定位的监测传感电极120，通过线缆将监测到的电信号传输到数据采集单元150和控制分析单元160(中央处理电脑)，进行实时的数据分析，得出填埋场防渗主防渗土工膜130的安全运行情况。对防渗结构地完整性进行长期实时监测，及时发现渗漏，在渗漏的初期就可以报警，确定漏洞的位置，对泄漏破损点的主防渗土工膜130采取适当的工程措施进行修补，保证主防渗土工膜130在整个运行期间的完整性，做到零渗漏。对于污染场所，可以避免泄漏液体污染周围环境，对于矿山堆浸场所，可以避免渗漏造成经济损失。
综上所述，本发明通过在土工膜下布置采用非金属导电材料制成形成的若干监测传感电极120，避免了使用金属电极带来的不能够抵抗酸碱和抗电化学腐蚀的问题和使用金属电极会破坏土工膜的潜在风险；通过采集各所述监测传感电极120的电势数据，可以确定土工膜上的电势异常区从而确定土工膜上具体的渗漏点并进行报警提示，有效解决了现有技术中土工膜防渗系统在施工运行过程中出现破损泄漏却无法定位渗漏位置的问题。所以本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述土工膜为水平防渗土工膜；所述渗漏监测系统包括：
供电单元，具有两个采用非金属导电材料制成的膜上供电电极和膜下供电电极，分别连接于主防渗土工膜的膜上和膜下，使得所述主防渗土工膜的膜上和膜下分别形成电场；
若干监测传感电极，均匀排列于所述主防渗土工膜下的导电土工布或导电土工复合排水网上，采集所述主防渗土工膜下对应位置的电势，以检测到泄漏产生的电势变化；其中，所述监测传感电极采用所述非金属导电材料制成；所述监测传感电极按照等距离间距点阵布置于导电土工布上或导电土工复合排水网上；每个所述监测传感电极的布设点位置通过高精度GPS确定并记录；所述导电土工布或所述导电土工复合排水网包括土工排水网、粘合于所述土工排水网的一面或两面的非金属导电土工布；在所述土工排水网一面粘合有所述用于主防渗土工膜的渗漏监测系统时，所述土工排水网的另一面粘合金属导电土工布或非导电土工布；所述非金属导电土工布包括土工布和与所述土工布连接的非金属导电结构，通过所述非金属导电结构使得所述土工布具有导电功能；所述非金属导电结构的一种具体结构为由碳纳米管、石墨烯、超导碳黑中的一种或多种组合与粘结剂混合形成连续的导电涂层，所述导电涂层涂布于所述土工布的表面；所述导电涂层涂布于所述土工布的一面或两面；
数据采集单元，通过信号传输电缆与各所述监测传感电极相连，采集若干所述监测传感电极中任一监测传感电极的电势数据；
控制分析单元，与所述数据采集单元相连，对所述数据采集单元采集的各所述监测传感电极的电势数据进行泄露产生的电压变化分析，确定所述主防渗土工膜下任意监测传感电极之间的电势异常区，从而确定所述防渗土工膜的渗漏点并进行报警提示，通过GPS坐标定位查找实际破损点。
2.根据权利要求1所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述非金属导电材料由导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维中的一种或多种组合与非金属高分子聚合物混合形成。
3.根据权利要求1或2所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述监测传感电极的电阻率小于10-5Ω·m。
4.根据权利要求1所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，还包括次防渗土工膜，所述供电单元的两个所述供电电极分别连接于所述主防渗土工膜的膜上和膜下；所述监测传感电极位于所述主防渗土工膜之下。
5.根据权利要求1或4所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述监测传感电极的间距为0.5米～20米之间。
6.根据权利要求1所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述供电单元采用高压直流电源或者正负脉冲方波供电。
7.根据权利要求2所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述监测传感电极与所述信号传输电缆中的导线缆相连后密封，其中，所述信号传输电缆中所述导线缆的外绝缘层材料与所述监测传感电极中的所述非金属高分子聚合物材料相同。
8.根据权利要求1所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述数据采集单元采用PXI架构、PXIE架构、PCI架构、PCIE架构或LXI架构；所述数据采集单元包括与各所述监测传感电极相连的数据采集卡或数字万用表；或者所述数据采集单元包括：数据采集卡或数字万用表、连接于各所述监测传感电极和所述数据采集卡或数字万用表之间的矩阵开关或多路复用器。
9.根据权利要求1所述的用于土工膜的渗漏监测系统，其特征在于，所述控制分析单元根据各所述监测传感电极的电势数据获取2D或3D电势映像图，根据所述电势映像图确定所述主防渗土工膜下监测传感电极之间的电势异常区从而确定所述主防渗土工膜的渗漏点。
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