CN113533444A - 一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法 - Google Patents
一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法，该系统中每个环形监测单元均包括n个电极，且n个电极均匀埋设于垃圾填埋场周围岩土层内，每两个电极之间通过供电电缆相连形成首尾电极不相连的环形；每个环形上的尾端电极与外部相邻环形上的首个电极通过供电电缆连接；可视化数据处理单元包括数据转换器、数据处理主机和计算机；通过环形监测单元与可视化数据处理单元的配合，对探测数据进行反演成像处理并与三维地质模型进行综合对比分析，圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。本发明解决了垃圾填埋场顶部电极布设难度大且常规观测系统监测存在较大误差的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及城市地球物理及垃圾渗滤通道监测技术领域，更具体的说是涉及一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法。
背景技术
垃圾填埋场由于其建造成本低、卫生条件好等优点在国内外被广泛应用，但是垃圾填埋场渗滤液一旦发生渗漏，将会对地下水以及周边环境造成严重污染。近年来，随着我国城市生活垃圾填埋量的不断增加，城市垃圾填埋场渗漏问题也随之增多，准确定位垃圾填埋场渗滤通道，对于有效治理垃圾填埋场渗滤液污染问题至关重要。
目前，高密度电阻率法被应用到垃圾填埋场渗滤通道的监测上，但观测系统电极布设是分布在垃圾填埋场的上方，且为直线或矩形网状形式，该布设形式是基于线状剖面电阻率测量原理进行的，由于垃圾填埋场上方电极布设时接地条件差和环境条件恶劣，且垃圾填埋场底部的防渗层为高电阻率层，会产生高阻屏蔽现象，从而造成过垃圾填埋场上方的观测系统不能准确地确定垃圾填埋场下方的渗滤通道，因此，垃圾填埋场上方的直线或矩形网状观测系统监测存在较大误差，难以满足探测精度要求。
因此，如何提供一种布设形式简单探测精度高的垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，包括：两个及两个以上环形监测单元和可视化数据处理单元；
每个所述环形监测单元均包括n个电极，且n个所述电极均匀埋设于垃圾填埋场周围岩土层内，每两个所述电极之间通过供电电缆相连形成首尾电极不相连的环形；
每个环形上的尾端电极与外部相邻环形上的首个电极通过所述供电电缆连接；
所述可视化数据处理单元包括数据转换器、数据处理主机和计算机；
所述数据转换器与所述数据处理主机连接，且所述数据转换器还与最外层环形上的尾端电极连接；所述数据处理主机通过数据线与所述计算机连接；
其中，所述数据转换器和所述数据处理主机用于实现对所述环形监测单元的数据采集；
所述计算机用于构建三维地质模型，并根据所采集到的数据进行三维反演获得实时成像结果，根据实时成像结果与原有的所述三维地质模型进行对比分析，从而圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。
优选的，所述环形监测单元包括4个，从内至外依次为：第一级环形监测单元、第二级环形监测单元、第三级环形监测单元和第四级环形监测单元；
所述第一级环形监测单元包括32个所述电极，且所述第一级环形监测单元半径为100m，相邻所述电极与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
所述第二级环形监测单元包括38个所述电极，且所述第二级环形监测单元半径为120m，相邻所述电极与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
所述第三级环形监测单元包括44个所述电极，且所述第三级环形监测单元半径为140m，相邻所述电极与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
所述第四级环形监测单元包括50个所述电极，且所述第四级环形监测单元半径为160m，相邻所述电极与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
优选的，所述数据转换器为多功能分布式信号采集基站，所述数据处理主机为高密度电法仪。
一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测方法，包括以下步骤：
S1.结合城市垃圾填埋场周围的地质条件及当前垃圾填埋场的施工建设资料，构建垃圾填埋场三维地质模型，制定不同参数的环形监测单元；
S2.对比分析不同参数的所述环形监测单元的记录点分布，选定监测范围最广、监测深度最大且监测盲区最小的所述环形监测单元作为最优布设方案；
S3.按照所述最优单元布设方案，围绕垃圾填埋场呈环形由内而外依次布设电极，完成对垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设；
S4.依次对每一个所述电极进行接地检测，保证所有电极与垃圾填埋场周围岩土层接触良好；
S5.预设时间间隔，每隔一个时间间隔进行一次数据采集；
S6.结合所采集到的数据，利用三维反演程序进行反演成像处理，对成像结果与建立的三维地质模型进行综合对比分析，圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。
优选的，其特征在于，S2中所述最优布设方案包括：
以环心为基点向垃圾填埋场周围呈辐射状布设四级环形监测单元：
第一级环形监测单元半径为100m，32个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
第二级环形监测单元半径为120m，38个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
第三级环形监测单元半径为140m，44个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
第四级环形监测单元半径为160m，50个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
优选的，S2中还包括：得到最优布设方案后，进行所述垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统的性能调试试验；S3中根据调试后的方案完成对垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设。
优选的，在S4的接地检测过程中，对于导电性差的电极，配合NaCl溶液增强电极的导电性。
优选的，所述电极接地检测电阻临界值为0.5KΩ·m。
优选的，S5中所采集的数据包括电位数据与电流数据。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法，具备以下有益效果：
环形观测系统克服了垃圾填埋场顶部脏乱复杂环境难以布置电极的难题，无需在填埋场上方布置电极进行观测，仅围绕其周边布设电极便可以监测垃圾填埋场渗滤液漏失情况，并能够准确且高效地监测填埋场渗滤液的渗漏情况，有效降低了对垃圾填埋场渗滤通道观测的难度，对于三维高密度电阻率法电极的布设方式来说，大大降低了布设难度，为渗滤液的实时监测提供了技术保障，本发明的环形观测系统及方法还具有监测效率高、监测深度大、监测盲区小等有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统的结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法中环形监测单元的俯视图；
图3附图为本发明提供的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法中环形监测单元记录点在三个不同方向上的分布示意图；
图4附图为本发明提供的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测方法的流程图；
其中：1—环形监测单元，2—可视化数据处理单元，3—垃圾填埋场，4-记录点，101—电极，102—供电电缆，201—计算机，202—数据线，203—数据处理主机，204—数据转换器，1001—第一级环形监测单元，1002—第二级环形监测单元，1003—第三级环形监测单元，1004—第四级环形监测单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统及方法，其中：
一种垃圾填埋场3渗滤通道的电阻率法环形观测系统，包括：两个及两个以上环形监测单元1和可视化数据处理单元2；
每个环形监测单元1均包括n个电极101，且n个电极101均匀埋设于垃圾填埋场3周围岩土层内，每两个电极101之间通过供电电缆102相连形成首尾电极101不相连的环形；
每个环形上的尾端电极101与外部相邻环形上的首个电极101通过供电电缆102连接；
可视化数据处理单元2包括数据转换器204、数据处理主机203和计算机201；
数据转换器204与数据处理主机203电连接，且数据转换器204还与最外层环形上的尾端电极101连接；数据处理主机203通过数据线202与计算机201连接；
其中，数据转换器204和数据处理主机203用于实现对环形监测单元1的数据采集；
计算机201用于构建三维地质模型，并根据所采集到的数据进行三维反演获得实时成像结果，根据实时成像结果与原有的三维地质模型进行对比分析，从而圈定垃圾填埋场3渗滤通道的位置及范围。
需要说明的是：
本发明通过环形监测单元1与可视化数据处理单元2的相互配合克服了垃圾填埋场顶部脏乱复杂环境难以布置电极的难题，实现了对城市垃圾填埋场渗滤通道的高效率、高精度的动态监测，并且本发明提出的环形监测单元的布设半径、电极个数及布极方式为优选方案，但本发明不局限于此方案，针对不同的垃圾填埋场可选择不同参数的环形监测单元。
为了进一步实施上述技术方案，环形监测单元1包括4个，从内至外依次为：第一级环形监测单元1001、第二级环形监测单元1002、第三级环形监测单元1003和第四级环形监测单元1004；
第一级环形监测单元1001包括32个电极101，且第一级环形监测单元1001半径为100m，相邻电极101与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
第二级环形监测单元1002包括38个电极101，且第二级环形监测单元1002半径为120m，相邻电极101与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
第三级环形监测单元1003包括44个电极101，且第三级环形监测单元1003半径为140m，相邻电极101与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
第四级环形监测单元1004包括50个电极101，且第四级环形监测单元1004半径为160m，相邻电极101与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
为了进一步实施上述技术方案，数据转换器204为多功能分布式信号采集基站，数据处理主机203为高密度电法仪。
一种垃圾填埋场3渗滤通道的电阻率法环形观测方法，包括以下步骤：
S1.结合城市垃圾填埋场3周围的地质条件及当前垃圾填埋场3的施工建设资料，构建垃圾填埋场3三维地质模型，制定不同参数的环形监测单元1；
S2.对比分析不同参数的环形监测单元1的记录点4分布，选定监测范围最广、监测深度最大且监测盲区最小的环形监测单元1作为最优布设方案；
S3.按照最优单元布设方案，围绕垃圾填埋场3呈环形由内而外依次布设电极101，完成对垃圾填埋场3渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设；
S4.依次对每一个电极101进行接地检测，保证所有电极101与垃圾填埋场3周围岩土层接触良好；
S5.预设时间间隔，每隔一个时间间隔进行一次数据采集；
S6.结合所采集到的数据，利用三维反演程序进行反演成像处理，对成像结果与建立的三维地质模型进行综合对比分析，圈定垃圾填埋场3渗滤通道的位置及范围。
需要说明的是：
在本发明S2中，通过自主编程的方式对不同参数环形监测单元1的记录点4进行成图处理，对比分析不同参数环形监测单元1三视图中记录点4的分布，选定监测范围最广，监测深度最大，监测盲区最小的环形监测单元1作为最优的布设方案。
对于S5，进行数据采集前采集参数设置，供电方波选择多频率正负方波组合、叠加次数为32次、采样间隔时间设定20ms、发射电压为96V，设定完成后开始进行数据采集。数据采集过程中，随时注意发射电流和接收电极的电位分布图，保证数据采集过程稳定流畅，并且每次采集完成后立刻进行复测，保证数据的准确性，然后将采集到的数据用于下一步中，另外，本实施例中，时间间隔设置为两小时，数据采集每隔两小时进行一次，对垃圾填埋场渗滤通道进行动态研究；在具体实施的过程中，可以根据需要进行设置。
在S6中，应用反演程序对采集的数据进行预处理，然后进行反演成像，对成像结果与建立的三维地质模型进行综合对比分析，最终圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。
为了进一步实施上述技术方案，其特征在于，S2中最优布设方案包括：
以填埋场中心为基点向垃圾填埋场3周围呈辐射状布设四级环形监测单元1：
第一级环形监测单元1001半径为100m，32个电极101均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
第二级环形监测单元1002半径为120m，38个电极101均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
第三级环形监测单元1003半径为140m，44个电极101均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
第四级环形监测单元1004半径为160m，50个电极101均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
为了进一步实施上述技术方案，S2中还包括：得到最优布设方案后，进行垃圾填埋场3渗滤通道的电阻率法环形观测系统的性能调试试验；S3中根据调试后的方案完成对垃圾填埋场3渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设。
为了进一步实施上述技术方案，在S4的接地检测过程中，对于导电性差的电极，配合NaCl溶液增强电极的导电性。
为了进一步实施上述技术方案，电极101接地检测电阻临界值为0.5KΩ·m。
需要说明的是：
对于接地电阻值超过0.5KΩ·m的电极，在周围岩土层中灌注NaCl溶液来增强电极的导电性。
为了进一步实施上述技术方案，S5中所采集的数据包括电位数据与电流数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，包括：两个及两个以上环形监测单元和可视化数据处理单元；
每个所述环形监测单元均包括n个电极，且n个所述电极均匀埋设于垃圾填埋场周围岩土层内，每两个所述电极之间通过供电电缆相连形成首尾电极不相连的环形；
每个环形上的尾端电极与外部相邻环形上的首个电极通过所述供电电缆连接；
所述可视化数据处理单元包括数据转换器、数据处理主机和计算机；
所述数据转换器与所述数据处理主机电连接，且所述数据转换器还与最外层环形上的尾端电极电连接；所述数据处理主机通过数据线与所述计算机连接；
其中，所述数据转换器和所述数据处理主机用于实现对所述环形监测单元的数据采集；
所述计算机用于构建三维地质模型，并根据所采集到的数据进行三维反演获得实时成像结果，根据实时成像结果与原有的所述三维地质模型进行对比分析，从而圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，所述环形监测单元包括4个，从内至外依次为：第一级环形监测单元、第二级环形监测单元、第三级环形监测单元和第四级环形监测单元；
所述第一级环形监测单元包括32个所述电极，且所述第一级环形监测单元半径为100m，相邻所述电极与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
所述第二级环形监测单元包括38个所述电极，且所述第二级环形监测单元半径为120m，相邻所述电极与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
所述第三级环形监测单元包括44个所述电极，且所述第三级环形监测单元半径为140m，相邻所述电极与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
所述第四级环形监测单元包括50个所述电极，且所述第四级环形监测单元半径为160m，相邻所述电极与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，所述数据转换器为多功能分布式信号采集站，所述数据处理主机为高密度电法仪。
4.一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测方法，基于权利要求1所述的垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1.结合城市垃圾填埋场周围的地质条件及当前垃圾填埋场的施工建设资料，构建垃圾填埋场三维地质模型，制定不同参数的环形监测单元；
S2.对比分析不同参数的所述环形监测单元的记录点分布，选定监测范围最广、监测深度最大且监测盲区最小的所述环形监测单元作为最优布设方案；
S3.按照所述最优单元布设方案，围绕垃圾填埋场呈环形由内而外依次布设电极，完成对垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设；
S4.依次对每一个所述电极进行接地检测，保证所有电极与垃圾填埋场周围岩土层接触良好；
S5.预设时间间隔，每隔一个时间间隔进行一次数据采集；
S6.结合所采集到的数据，利用三维反演程序进行反演成像处理，对成像结果与建立的三维地质模型进行综合对比分析，圈定垃圾填埋场渗滤通道的位置及范围。
5.根据权利要求4所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，S2中所述最优布设方案包括：
以环心为基点向垃圾填埋场周围呈辐射状布设四级环形监测单元：
第一级环形监测单元半径为100m，32个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈11.25°夹角排列；
第二级环形监测单元半径为120m，38个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈9.5°夹角排列；
第三级环形监测单元半径为140m，44个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈8.2°夹角排列；
第四级环形监测单元半径为160m，50个所述电极均匀布置，相邻电极与填埋场中心呈7.2°夹角排列。
6.根据权利要求4所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，S2中还包括：得到最优布设方案后，进行所述垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统的性能调试试验；S3中根据调试后的方案完成对垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统整体布设。
7.根据权利要求4所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，所述电极接地检测电阻临界值为0.5KΩ·m。
8.根据权利要求4所述的一种垃圾填埋场渗滤通道的电阻率法环形观测系统，其特征在于，S5中所采集的数据包括电位数据与电流数据。
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