CN110864723B - 地下水油品污染监测系统 - Google Patents

地下水油品污染监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下水油品污染监测系统，属于地下水油监测领域。通过在目标输油站场布设包含有深入地表以下的外管2、中心管3和外管侧壁的半圆形管4的监测井1，将浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及感油线缆6相连的监测传感器7分别置于监测井中，浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及与感油线缆6相连的监测传感器7由供电单元10进行供电，并将监测传感器7与数据传输单元8以及监测服务器9信号连接，以实现实时采集地下水的油膜厚度和检测土壤中烃类物质含量，并通过数据传输单元8将数据传输到监测服务器9进行存储与整理，生成监测数据报表，从而达到有效的对地下水油品污染进行监测的目的。

Description

地下水油品污染监测系统
技术领域
本发明涉及地下水油监测领域，特别涉及一种地下水油品污染监测系统。
背景技术
随着我国的管道工业的蓬勃发展，石油储备初具规模，面对长输管道和输油站场潜在的地下水污染的风险，技术人员通常采用防渗工程，但由于长期使用，油品泄漏事件时有发生。
为了及时发现地下水污染，一般是在油品管道或是输油站场周边开挖地下水监测井，在井中布设传感器进行监测，地下水监测井主要采取水位传感器、水压传感器、淤泥传感器、水质传感器等设备，又因目前的地下水监测井潜水层以下装有过滤材料，潜水层中的油膜无法被监测井中的设备探测到，导致布置的监测井无法有效的对地下水油品污染进行监测，当然也无法满足地下水油品泄漏污染的监测要求。于是，亟需一种可以对地下水油品污染进行有效监测的系统。
发明内容
本发明实施例提供了一种地下水油品污染监测系统，可以实现对地下水油品污染进行有效监测。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种地下水油品污染监测系统，所述系统包括：
布设于目标输油站场的预设范围内的至少一个监测井1，每个监测井1包括深入到地表以下的外管2、中心管3以及布设于所述外管2侧壁上的半圆形管4；
布设于每个监测井1的中心管3内部滤管的上开口下端地下水中的浮子式油膜监测器5，用于实时采集所述每个监测井1中的地下水的油膜厚度；
布设于每个监测井1的半圆形管4内的感油线缆6以及布设于所述每个监测井1的外管2的地表部分的监测传感器7，所述监测传感器7用于通过所述感油线缆6与井中土壤的接触和传导，实时检测所述每个监测井1中土壤的烃类物质含量；
布设于每个监测井1的数据传输单元8，与所述浮子式油膜监测器5和所述监测传感器7信号连接，对所述浮子式油膜监测器5和所述监测传感器7输出的监测数据进行处理，传输给监测服务器9；
布设于每个监测井1的供电单元10，用于给所述每个监测井1的浮子式油膜监测器5、所述监测传感器7以及所述数据传输单元8提供电能；
所述监测服务器9，用于对接收到的监测数据进行存储以及分析整理，生成监测数据报表；
在一种可能设计中，所述浮子式油膜监测器5上设置有配重坠。
在一种可能设计中，所述浮子式油膜监测器5通过导线与所述数据传输单元8相连。
在一种可能设计中，所述布设于每个监测井1的半圆形管4内的感油线缆6呈垂直布设，感油线缆6全身与所监测土壤接触，且朝向泄露源的方向。
在一种可能设计中，所述系统还包括：布设于每个监测井1的报警器11，所述报警器11用于当地下水的油膜厚度达到预设厚度和/或土壤的烃类物质含量达到预设值时，进行报警。
在一种可能设计中，所述布设于每个监测井1的报警器11位于监测井1地面部分的井壁外侧，与所述监测井1内壁贴合。
在一种可能设计中，所述供电单元10采用太阳能发电系统外接市电的双重供电模式。
在一种可能设计中，所述数据传输单元8包括信号控制与处理子单元和无线分组业务子单元，所述信号控制与处理子单元用于对所述浮子式油膜监测器5和所述监测传感器7输出的监测数据进行处理，所述无线分组业务子单元，用于将处理后的监测数据发送至所述监测服务器9。
在一种可能设计中，所述数据传输单元8采用RS485的串行数据通信模式。
本发明提供的技术方案有益效果至少包括：
通过在目标输油站场布设包含有深入地表以下的外管2、中心管3和外管2侧壁的半圆形管4的监测井1，将浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及感油线缆6相连的监测传感器7分别置于监测井1中，浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及与感油线缆6相连的监测传感器7由供电单元10进行供电，并将监测传感器7与数据传输单元8以及监测服务器9信号连接，以实现实时采集地下水的油膜厚度和检测土壤的烃类物质含量，并通过数据传输单元8将数据传输到监测服务器9进行存储与整理，生成监测数据报表，从而达到有效的对地下水油品污染进行监测的目的。
附图说明
此处的附图被并入了说明书中并构成本说明书中的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明所提供的一种水油品污染监测系统的监测井的结构示意图；
图2是本发明所提供的一种水油品污染监测系统的监测井中各管的位置关系图；
图3是本发明所提供的一种水油品污染监测系统的系统示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文将有更详细的描述，这些附图和文字描述并不是为了通过任何形式限制本发明的构思的范围，而是通过参考特定的实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
这里将先详细的对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的，本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明实施例提供了一种地下水油品污染监测系统，如图1所示，地下水油监测系统包括：布设于目标输油站场的预设范围内的至少一个监测井1，每个监测井1包括深入到地表以下的外管2、中心管3以及布设于该外管2侧壁上的半圆形管4；布设于每个监测井1的中心管3内部滤管的上开口下端地下水中的浮子式油膜监测器5，用于实时采集该每个监测井1中的地下水的油膜厚度；布设于每个监测井1的半圆形管4内的感油线缆6以及布设于该每个监测井1的外管2的地表部分的监测传感器7，该监测传感器7用于通过该感油线缆6与井内土壤的接触和传导，实时检测该每个监测井1中土壤的烃类物质含量；布设于每个监测井1的数据传输单元8，与该浮子式油膜监测器5和该监测传感器7信号连接，对该浮子式油膜监测器5和该监测传感器7输出的监测数据进行处理，传输给监测服务器9；布设于每个监测井1的供电单元10，用于给该每个监测井1的浮子式油膜监测器5、该监测传感器7以及该数据传输单元8提供电能；该监测服务器9，用于对接收到的监测数据进行存储以及分析整理，生成监测数据报表。
本实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过在目标输油站场布设包含有深入地表以下的外管2、中心管3和外管2侧壁的半圆形管4的监测井1，将浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及感油线缆6相连的监测传感器7分别置于监测井1中，并将监测传感器7与数据传输单元8以及监测服务器9信号连接，以实现实时采集地下水的油膜厚度和检测土壤的烃类物质含量，并通过数据传输单元8将数据传输到监测服务器9进行存储与整理，生成监测数据报表，从而达到有效的对地下水油品污染进行监测的目的。
监测井1的选址以及基本结构
监测井1的选址可以参考当地水文和地勘资料，当预设范围是输油站场周边100m范围内时，在沿地下水流方向的较低洼处布设监测井1；当预设范围是在站场内时，在断裂面上布设监测井1，监测井1密度为1～2个/km2；当预设范围是油罐区等泄漏源区域内时，在防火堤外布设监测井1，间距不大于50m。监测井1的深度可以根据各地地下水潜水层深度设定，需要钻挖到潜水层水面下1～3m，监测井的顶端应超过地面0.5m以上。
监测井在构建过程中，采用钻具进行钻孔至潜水层以下3米，然后用扩孔器或钻具进行扩孔使孔径为原来的两倍左右，进而安装外管2和中心管3，该外管2的直径尺寸应与孔径尺寸相当，外管2的直径可以为中心管3直径的2倍左右。在一种实施方式中，该孔径为400mm，采用的外管2直径为398mm，采用的中心管直径为180～250mm。
外管2可以是钢管，位于其内部的中心管3可以是PVC-U管，该中心管的底部为滤管，其余部分为盲管。该中心管的底部滤管延伸到水井的底端，该中心管的顶端安装有管帽。
中心管3和外管2之间填充支撑材料，填充高度为高出滤管部分约30mm，在一种实施方式中，选取直径为20～30mm的石英石进行填充，并投入30～40mm的黄泥土作为隔离作用的环型密封圈。
将半圆形管4垂直设置于外管2和中心管3之间，开口处向泄漏源方向贴在外管2的管壁上，外管2和中心管3之间灌入有混凝土以实现密封加固监测井，具体位置情况如图2所示。在一种实施方式中，在灌入混凝土的过程中，需要给外管施加向上的力，以使混凝土灌至孔口位置时，外管的1.5m左右位于监测井中，0.5m左右位于地表以上。
在一种实施方式中，监测井构建完成后，需用混凝土修建井台并安装井盖。
浮子式油膜监测器5的位置及具体功能
浮子式油膜监测器5可以延伸至地下水层以下，实时采集地下水的油膜厚度。该监测器接触到地下水的部分可以具有耐腐蚀的特性，且该监测器采集数据的性能不会随着所接触的液体密度和液体所含杂质的变化而变化。
浮子式油膜监测器5通过敏感元件、信号接收装置、处理系统以及信息传输装置的共同工作将测量状态转变为可测的电信号，也即是将采集到的油膜厚度转换为可以传输的电信号，并将电信号通过导线传输到数据传输单元8中，进行进一步的处理与传输。
在一种可能设计中，该浮子式油膜监测器5浮在地下水的水面，与中心管3中的地下水接触，获得油膜厚度，油膜厚度以信号形式传输到数据传输单元8。可选的，监测器与数据传输单元8可以通过电缆线进行连接，实现数据传输。在一种实施方式中，为提高检测的敏感度和可靠性，浮子式油膜监测器5可采用ID 221型油膜监测传感器，同时配置有HG-6A检测器，该油膜监测传感器采用电磁能量吸收技术，能够探测到微小油层的存在，且可设定阶段性的报警点，如当探测到某化合物层时报警，或探测到某化合物层上升到预设的厚度时报警。
在一种可能设计中，该浮子式油膜监测器5上设置有配重坠，该配重坠可通过绳索或者金属线与该监测器相连，也可以在监测器上直接焊接。该配重坠可以为金属材质或陶瓷材质，当该配重坠为金属材质时，为防止腐蚀或发生反应而进一步污染地下水，应进行喷漆处理；当该配重坠为陶瓷材质时，为使监测器正常浮于水面，该配重坠质量不宜过轻或过重。
感油线缆6的结构以及具体功能
感油线缆6的全身与井内的土壤接触，感油线缆6的一端深入到土壤中，另一端与监测传感器7相连，进行土壤中烃类物质含量的采集，感油线缆6的材质应该具有灵敏性和耐腐蚀的功能。
感油线缆6的一端设有电子芯片，以用来供感油线缆6和监测传感器7进行数字通讯。在一种可能设计中，当感油线缆6中的传感线接触到土壤中的油品时，电阻会发生变化，电子芯片会及时发现电阻变化情况并将此信号传输到监测传感器7，监测传感器7做进一步的数据采集和处理从而得出土壤中烃类物质含量是否达到预设值。
在一种可能设计中，该感油线缆6型号可以是TraceTek TT 5000型感油感油线缆，当然，在实际监测领域中，可以将具有耐磨防潮、敏感易测、反应迅速、定位准确的一类感油线缆应用到土壤数据采集中。在一种实施方式中，该感油线缆可以使用固定件固定于监测井1的半圆形管4内，例如，可使用螺丝以及压板配合将感油线缆固定与监测井1的半圆形管4内。
在一种可能设计中，布设于每个监测井1的半圆形管4内的感油线缆6呈垂直布设，朝向泄露源的方向，可选的，感油线缆6的方向可以根据半圆形管4内土壤的硬度或杂质等的具体分布情况进行调整。
数据传输单元8的结构及具体功能
数据传输单元8与监测传感器7和浮子式油膜监测器5实现信号连接，其功能包括对监测器和传感器传输的监测数据进行处理和将处理的数据传输至监测服务器9。
在一种可能设计中，数据传输单元8包括信号控制与处理子单元和无线分组业务单元，该信号控制与处理子单元用于对来自监测传感器7和油膜监测器5的监测数据进行处理，该无线分组业务子单元用于将处理后的数据发送至监测服务器9。
在一种可能设计中，数据传输单元8包括信号控制与处理子单元和无线分组业务子单元，该信号控制与处理子单元用于对所述浮子式油膜监测器5和所述监测传感器7输出的监测数据进行处理，该无线分组业务子单元，用于将处理后的监测数据发送至所述监测服务器9。在一种实施方式中，该数据传输单元8采用RS485的串行数据通信模式，是综合考虑复杂程度、灵活性等因素选择的串口通信方法，可有效提升传输效率。
在一种实施方式中，该信号控制与处理子单元可以嵌入式安装多个数字信号处理电路，以实现对多个传感器同时传输的信号数据进行转化与处理。
在一种实施方式中，无线分组子单元采用封包交换技术，进行高速率的资料传输，并且可以与任何有串行通信接口的控制器进行连接。当然，可以采用任何一种可以实现与控制器连接，高效传输数据的通信技术。
供电单元10的供电方式和具体功能
供电单元10与监测井1中的浮子式油膜监测器5、监测传感器7和数据传输单元8连接，以提供电能。供电单元输出的电能可以是稳定的交流电，也可以采用太阳能供电和风能供电相结合的供电方式。为减少对人身安全和其他动植物的威胁，可以采用密封的方式将供电单元10与外界隔绝开来。
在一种可能设计中，该供电单元10采用太阳能发电系统外界市电的双重供电模式。在太阳能发电系统供电不足的情况下接用外界市电作为电能补充，使得供给系统稳定持续的电能。
在一种可能设计中，该供电单元10采用太阳能发电系统外接市电的双重供电模式，供电单元10可由LRP30M125型单晶硅太阳能电池板组成。进一步来讲，可以采用一类能够进行稳定持续供电的供电单元，对应地，可以采用一类能够保障监测装置持续稳定运行的安全可靠的供电方式。
监测服务器9的具体功能
监测服务器9接收来自数据传输单元8传输的监测数据，并进行数据的处理。在一种实施方式中，多个监测井的监测数据均传输到一个监测服务器，该监测服务器对来自多个监测井的监测数据进行存储以及分析整理。具体过程为，通过流控制和SQL(StructuredQuery Language，结构化查询语言)语句书写，将编译和优化后的监测数据存储到数据库服务器中，经应用程序调用实现数据的执行分析和处理，同时存储过程还可以接收和输出参数数据，返回执行存储过程中的状态值。服务器中分析工具通过对监测数据进行信息分析和数据提取，添加必要的代码或后台存储数据，再将原始数据进行汇总，清洗成格式文件，进而生成监测数据报表，该监测数据报表可供监测人员参考。
本发明实施例提供的监测系统，如图3所示示意图，工作原理如下：
设置位于监测井1中的浮子式油膜监测器5和感油线缆6以及监测传感器7，使感油线缆6接触监测井中的土壤，感油线缆6一端的电子芯片获得土壤电阻的变化情况，并传输到监测传感器7；浮子式油膜监测器5与地下水层接触，通过敏感元件和信号接收装置的配合获得测量数据，也即是油膜厚度，通过处理系统和信息传输装置的配合，使测量的油膜厚度转化为可以传输的电信号，从而实现实时采集地下水油膜厚度和检测土壤中的烃类物质含量，浮子式油膜监测器5和监测传感器7将数据传输到数据传输单元8，数据传输单元8与监测服务器9信号连接，实现监测数据的进一步传输与处理；供电单元采用市电与太阳能电池板发电的双重发电模式，为浮子式油膜监测器5、数据传输单元8和监测传感器7供电。综合上述工作流程可实现实时有效监测地下水水油品污染的目的。
在一种可能设计中，该系统还包括布设于每个监测井1的报警器11，该报警器11用于当地下水的油膜厚度达到预设厚度和/或土壤中烃类物质含量达到预设数值时，进行报警。一种实施方式中，该报警器11设置于监测井1地面部分的井壁外侧，可以通过发出报警音的方式来通知监测井附近的监测人员。在一种实施方式中，报警器11可选用DSP 220型报警器，DSP核心控制板可实现相关算法的计算，并对反馈信号进行处理，控制信号的生成，对于监测数据的灵敏度和反应能力而言，具有很强的优势。
在一种实施方式中，该报警器11的功能可以集成于监测服务器侧，也即是，由监测服务器根据所接收到的油膜厚度以及土壤的烃类物质含量等，来判断地下水的油膜厚度是否达到预设厚度，以及土壤的烃类物质含量是否达到预设值，如果地下水的油膜厚度达到预设厚度和/或土壤的烃类物质含量达到预设值时，则可以输出报警信息，例如，该输出报警信息可以是指：在监测服务器的监测显示屏上对报警的监测井进行突出显示(如将该监测井的图标以红色显示)，或者播放报警音等方式。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案，通过在目标输油站场布设包含有深入地表以下的外管2、中心管3和外管2侧壁的半圆形管4的监测井1，将浮子式油膜监测器5、感油线缆6以及感油线缆6相连的监测传感器7分别置于监测井1中，并将监测传感器7与数据传输单元8以及监测服务器9信号连接，以实现实时采集地下水的油膜厚度和检测土壤的烃类物质含量，并通过数据传输单元8将数据传输到监测服务器9进行存储与整理，生成监测数据报表，从而达到有效的对地下水油品污染进行监测的目的。
以上所述仅是本发明的较佳的实施例，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地下水油品污染监测系统，其特征在于，所述系统包括：
布设于目标输油站场的预设范围内的至少一个监测井(1)，每个监测井(1)包括深入到地表以下的外管(2)、中心管(3)以及布设于所述外管侧壁上的半圆形管(4)；
布设于每个监测井的中心管(3)内部滤管的上开口下端地下水中的浮子式油膜监测器(5)，用于实时采集所述每个监测井(1)中的地下水的油膜厚度，所述浮子式油膜监测器(5)上设置有阶段性报警点，所述阶段性报警点用于所述浮子式油膜监测器(5)探测到化合物层上升到预设的厚度时进行报警；
布设于每个监测井(1)的半圆形管(4)内的感油线缆(6)以及布设于所述每个监测井的外管的地表部分的监测传感器(7)，所述监测传感器(7)用于通过所述感油线缆(6)与井内土壤的接触和传导，实时检测所述每个监测井(1)中土壤的烃类物质含量，所述布设于每个监测井(1)的半圆形管(4)内的感油线缆(6)呈垂直布设，所述感油线缆(6)全身与所监测土壤接触，且朝向泄露源的方向；
布设于每个监测井(1)的数据传输单元(8)，与所述浮子式油膜监测器(5)和所述监测传感器(7)信号连接，对所述浮子式油膜监测器(5)和所述监测传感器(7)输出的监测数据进行处理，传输给监测服务器(9)；
布设于每个监测井(1)的供电单元(10)，用于给所述每个监测井(1)的浮子式油膜监测器(5)、所述监测传感器(7)以及所述数据传输单元(8)提供电能；
所述监测服务器(9)，用于对接收到的监测数据进行存储以及分析整理，生成监测数据报表。
2.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述浮子式油膜监测器(5)上设置有配重坠。
3.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述浮子式油膜监测器(5)通过导线与所述数据传输单元(8)相连。
4.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述系统还包括：
布设于每个监测井的报警器(11)，所述报警器(11)用于当地下水的油膜厚度达到预设厚度和/或土壤中烃类物质含量达到预设值时，进行报警。
5.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述布设于每个监测井(1)的报警器(11)位于监测井(1)地面部分的井壁外侧，与所述监测井(1)内壁贴合。
6.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述供电单元(10)采用太阳能发电系统外接市电的双重供电模式。
7.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述数据传输单元(8)包括信号控制与处理子单元和无线分组业务子单元，所述信号控制与处理子单元用于对所述浮子式油膜监测器(5)和所述监测传感器(7)输出的监测数据进行处理，所述无线分组业务子单元，用于将处理后的监测数据发送至所述监测服务器(9)。
8.根据权利要求1所述监测系统，其特征在于，所述数据传输单元(8)采用RS485的串行数据通信模式。
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