CN114184254A - 基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法 - Google Patents

基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法,包括:布设在第一测线上的若干供电电极A,布设在第二测线上的若干测量电极,以及布设在第三测线上的若干供电电极B;所述第一测线、第二测线和第三测线分别布设在不同的剖面线上。本发明供电电极和测量电极布设在不在同一剖面的三条测线上,建立的电流场可以覆盖大部分渗滤液区域,提高探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的条件的垃圾填埋场渗滤液液位高度的分辨率。

Description

基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及垃圾填埋场渗滤液液位高度测量技术领域,尤其涉及一种基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
垃圾填埋场是城市生活垃圾、固体废弃物的主要处置方式之一,随着城市垃圾清运量的快速增长,以及使用年限的不断增加,垃圾填埋场面临渗滤液外泄的风险。渗滤液具有浓度高、成分复杂、渗流慢、持续时间长等特点,一旦垃圾填埋场发生渗滤液外泄,会造成周边土层以及下游水体的严重污染。
一般来说,垃圾填埋场四周和底部由电阻值为1017Ω的HDPE膜包裹,渗滤液在填埋场底部的HDPE膜表面,在这种探测背景是在有限空间、探测作业面为有限长宽的条件下,寻找渗滤液液位高度的探测装置比较匮乏。
在物探中寻找渗滤液液位高度一般是利用填埋物质与填埋产生的渗滤液之间的较大导电性差异,高密度电法探测也是基于不同介质的电导率差异,这使得高密度电法在勘探垃圾填埋场渗滤液液位高度上具有参考意义。但是,高密度电法传统的测量装置探测目标为半无限空间下的介质分布,利用创建的稳定电流地下场分布的观察和研究,实现勘探目的。但是被HDPE膜包裹的填埋场是探测目标为有限空间、探测作业面为有限长宽的场景,HDPE膜的高阻特性会导致电流无法穿过HDPE膜,而沿着HDPE膜的表面流过,即在渗滤液中流过。采用高密度电法获得HDPE膜上方渗滤液的液位高度信息,供电电极A和供电电极B建立的电流场必须流经大部分渗滤液所在区域。高密度电法的传统测量装置电极布设如图1所示(实际HDPE膜厚度为2mm,为了突出HDPE膜的位置,在图中加厚了HDPE膜的厚度),在填埋场内的测线pol1上按照一定的电极间距布设供电电极和测量电极。当供电电极间距太小时,电流绝大部分在电流无法流经渗滤液区域,不能获得包含渗滤液液位高度信息的数据;加大电极间距(电流流线如图2所示),虽然可以加深电流到达的区域,但是由于传统的测量装置的供电电极都都是在同一条测线上,所建立的电流场的电流方向和测线同方向,同时电流场所到达的区域有限,这就导致只有小部分渗滤液区域会有电流经过,得到的包含渗滤液信息的数据太少,无法获得含渗滤液液位高度的有效信息,致使无法准确得到渗滤液液位高度的数据;进而会增加后续数据处理的难度以及渗滤液位置的精度。
所以高密度电法的传统测量装置在被HDPE膜包裹的填埋场渗滤液液位高度,会降低渗滤液勘探分辨率,同时受场地规模限制,电极间距无法设置的太大,否则会降低野外测量的效率,测量难度和成本也会上升。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于高密度电法的川字型测量装置及测量方法,通过将电极布设在不在同一剖面的三条不同的测线上,利用两条不同测线上的供电电极A、B在地下建立电流场,第三条测线的测量电极采集数据;绝大多数电流会流经渗滤液大部分区域,可以携带大量的渗滤液液位高度信息,提高探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的垃圾填埋场渗滤液的分辨率。
为了实现上述目的,在一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种基于高密度电法的川字型测量装置,包括:布设在第一测线上的若干供电电极A,布设在第二测线上的若干测量电极,以及布设在第三测线上的若干供电电极B;所述第一测线、第二测线和第三测线分别布设在不同的剖面线上。
作为进一步地方案,所述第一测线和第三测线上的电极间距相同,第一测线上的供电电极A与第三测线上的供电电极B错位布置;所述第二测线上布设有分别与每一个供电电极A和供电电极B位置相对应的测量电极。
作为进一步地方案,所述测量电极的间距为第一测线或第三测线上的电极间距的一半。
作为进一步地方案,所述第一测线、第二测线和第三测线平行设置。
作为进一步地方案,所述第二测线位于第一测线和第三测线之间。
作为进一步地方案,第一测线、第二测线和第三测线之间的间距根据测量需求进行调整。
作为进一步地方案,所述供电电极A通过第一测线与电源正极连接,供电电极B通过第三测线与电源负极连接。
作为进一步地方案,所有电极与控制器连接,通过控制器按照设定的排列方式在所有电极中选择供电电极A、B和测量电极M、N进行数据采集。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种基于高密度电法的川字型测量方法,包括:
按照设定的排列方式选择供电电极A提供电流I,供电电极B提供电流-I;获取与所述供电电极A和供电电极B相对应的测量电极M和N之间的电位差,进而求得所述测量电极M和N中点的视电阻率。
作为进一步地方案,所述电极排列方式为多层,每一层的深度相同;各层电极排列方式按照设定的顺序依次进行测量;
假设将第一测线的Ai电极垂直延伸到第三测线上,位于Bi和Bi+1中点位置;第一层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi和Bi+1电极供负电;
第二层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-1和Bi+2电极供负电;
第三层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-2和Bi+3电极供负电;
其它层电极的排列方式依次类推,直到供电电极A与供电电极B无法对应为止。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明供电电极和测量电极布设在不在同一剖面的三条测线上,建立的电流场可以覆盖大部分渗滤液区域,提高探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的条件的垃圾填埋场渗滤液液位高度的分辨率。
(2)本发明可以有效的提高垃圾填埋场渗滤液液位的分辨率。在探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的被HDPE膜包裹的填埋场,通过两条不在同一剖面的测线上的供电电极供电,在填埋场地下建立的电流场大部分流过底部HDPE膜表面,可以携带大量的渗滤液液位高度信息,提高垃圾填埋场渗滤液的分辨率。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为高密度电法的传统测量装置电极布设方式示意图;
图2为图1所示布设方式下的电流流线示意图;
图3为高密度电法工作原理图;
图4为本发明实施例中垃圾填埋场的川字型检测装置布设示意图;
图5为图4所示布设方式下的电流流线示意图;
图6为本发明实施例中川字型测量装置电极布设示意图;
图7为本发明实施例中川字型装置电极排列方式的第一层示意图;
图8为本发明实施例中川字型装置电极排列方式的第二层示意图;
图9为本发明实施例中川字型装置电极排列方式的第三层示意图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
高密度电法是基于不同介质的电导率差异,以及对人工创建的稳定电流地下场分布的观察和研究,实现解决地质问题目标的规律。高密度电法通过供电电极A、B向地下供电流I,电源产生电流I从供电电极A流入地下,由供电电极B从地下返回电源(即A极供电流I,B极供电流-I),获得测量电极M、N间电位差△V,从而可求得该点(M、N的中点)的视电阻率ρ=K·△V/I(K为装置系数),工作原理如图3所示。
目前在高密度电法勘探中,为针对各种不同情况更好地完成地质任务,同时考虑到野外施工方便,衍生出各种不同的装置,常用的主要有二级装置、三级装置、联合剖面装置、对称四极装置、偶极装置和中间梯度装置。这些装置都是在一条直线上布上一定数量的供电电极和测量电极,通过线缆将所有电极连入计算机,由计算机按照一定的排列方式在所有电极中选择供电电极A、B和测量电极M、N进行数据采集。
基于高密度电法勘探的基本原理,同时针对传统高密度电法测量装置存在的不足:渗滤液区域流经电流过少,无法获得含渗滤液液位高度的有效信息,致使无法准确得到渗滤液液位高度的数据;在一个或多个实施方式中,公开了一种基于高密度电法的川字型测量装置,包括:布设在第一测线上的若干供电电极A,布设在第二测线上的若干测量电极,以及布设在第三测线上的若干供电电极B;所述第一测线、第二测线和第三测线分别布设在不同的剖面线上。
具体地,结合图4,第一测线、第二测线和第三测线平行设置,第二测线位于第一测线和第三测线之间。
第一测线和第三测线上的电极间距相同,第二测线上测量电极的间距为第一测线或第三测线上的电极间距的一半;第一测线上的供电电极A与第三测线上的供电电极B错位布置;第二测线上布设有分别与每一个供电电极A和供电电极B位置相对应的测量电极。
供电电极A通过第一测线与电源正极连接,供电电极B通过第三测线与电源负极连接;所有电极与控制器连接,通过控制器按照设定的排列方式在所有电极中选择供电电极A、B和测量电极M、N进行数据采集。
本实施例通过将电极布设在不在同一剖面的三条不同的测线上,利用两条不同测线上的供电电极A、B在地下建立电流场,第三条测线的测量电极采集数据。其中,供电电极A在第一测线上,供电电极B在第三测线上,由于供电电极在不同的测线上,并且相距较远,电流从供电电极A出发,沿着底部HDPE膜到达供电电极B(电流场如图5所示),绝大多数电流会流经渗滤液大部分区域,可以携带大量的渗滤液液位高度信息,提高探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的垃圾填埋场渗滤液的分辨率。
作为一种具体的实施方式,基于高密度电法的川字型测量装置的电极结构由128个电极组成,分别布设在三条不在同一剖面的测线上(XOY平面如图4所示),结合图6,其中32个电极作为供电电极A在第一测线上,32个电极作为供电电极B在第三测线上,64个电极作为测量电极M、N在第二测线上。电极布设时先布设第二测线的64个测量电极,电极间距dm为1m,然后布设第一测线和第三测线,第一测线电极间距da和第三测线的电极间距db均为2m,第三测线电极间距dm为1m。
供电电极A和供电电极B在水平方向上错位布置,每个供电电极的位置均对应一个测量电极;图6中,电极A1与电极M2位置对应,电极B1与电极M1的位置对应。
本实施例川字型装置同样是A极供电流I,B极供电流-I,获得测量电极M、N间电位差△V,求得该点(M、N的中点)的视电阻率ρ=K·△V/I,其装置系数
Figure BDA0003323654760000081
记录点为MN中点,深度为rAB/6。
第一测线和第三测线之间的间距a可以根据垃圾填埋场场地进行调整,比如想要探测位置为5m的区域,可以将第一测线和第三测线之间的间距a设置为30m,则电流会大量的记录点在深度5m左右,大大提高了深处的分辨率。
实施例二
在一个或多个实施方式中,公开了一种基于高密度电法的川字型测量方法,包括以下过程:
按照设定的排列方式选择供电电极A提供电流I,供电电极B提供电流-I;获取与所述供电电极A和供电电极B相对应的测量电极M和N之间的电位差,进而求得所述测量电极M和N中点的视电阻率。
具体地,基于实施例一中的基于高密度电法的川字型测量装置,电极的排列方式共分为31层,每一层深度相同;各层电极排列方式按照设定的顺序依次进行测量;
假设将第一测线的Ai电极垂直延伸到第三测线上,位于Bi和Bi+1中点位置;
第一层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi和Bi+1电极供负电;
第二层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-1和Bi+2电极供负电;
第三层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-2和Bi+3电极供负电;
其它层电极的排列方式依次类推,比如:第四层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-3和Bi+4电极供负电。
直到第三十一层电极的排列方式:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-30和Bi+31电极供负电。
具体地,第一层为供电电极A1供电流I,供电电极B1、B2分别供电流-I,然后供电电极A2供电流I,供电电极B2、B3分别供电流-I,以此类推,最后为供电电极A32供电流I,供电电极B32供电流-I。第一层电极选取方式如图7所示,电极顺序和记录点见表1。
表1川字型装置第一层排列方式的电极顺序和记录点
正电电极A 负电电极B 测量电极M 测量电极N 记录点
A1 B1 M1 M2 M1、M2中点
A1 B2 M2 M3 M2、M3中点
A2 B2 M3 M4 M3、M4中点
A2 B3 M4 M5 M4、M5中点
A3 B3 M5 M6 M5、M6中点
A3 B4 M6 M7 M6、M7中点
…… …… …… …… ……
A32 B32 M63 M64 M63、M64中点
第二层为供电电极A1供电流I,供电电极B3供电流-I,然后供电电极A2供电流I,供电电极B1、B4分别供电流-I,以此类推,最后为供电电极A32供电流I,供电电极B31供电流-I。第二层电极选取方式如图8所示,电极顺序和记录点见表2。
表2川字型装置第二层排列方式的电极顺序和记录点
Figure BDA0003323654760000091
Figure BDA0003323654760000101
第三层为供电电极A1供电流I,供电电极B4供电流-I,然后供电电极A2供电流I,供电电极B5供电流-I,以此类推,最后为供电电极A32供电流I,供电电极B30供电流-I。第三层电极选取方式如图9所示,电极顺序和记录点见表3。
表4川字型装置第三层排列方式的电极顺序和记录点
正电电极A 负电电极B 测量电极M 测量电极N 记录点
A1 B4 M2 M7 M2、M7中点
A2 B5 M4 M9 M4、M9中点
A3 B1 M1 M6 M1、M6中点
A3 B6 M6 M11 M6、M11中点
…… …… …… …… ……
A31 B29 M57 M62 M57、M62中点
A32 B30 M59 M64 M59、M64中点
本实施例测量方法可以有效的提高垃圾填埋场渗滤液液位的分辨率。在探测背景为有限空间、探测作业面为有限长宽的被HDPE膜包裹的填埋场,通过两条不在同一剖面的测线上的供电电极供电,在填埋场地下建立的电流场大部分流过底部HDPE膜表面,可以携带大量的渗滤液液位高度信息,提高垃圾填埋场渗滤液的分辨率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,包括:布设在第一测线上的若干供电电极A,布设在第二测线上的若干测量电极,以及布设在第三测线上的若干供电电极B;所述第一测线、第二测线和第三测线分别布设在不同的剖面线上。
2.如权利要求1所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所述第一测线和第三测线上的电极间距相同,第一测线上的供电电极A与第三测线上的供电电极B错位布置;所述第二测线上布设有分别与每一个供电电极A和供电电极B位置相对应的测量电极。
3.如权利要求2所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所述测量电极的间距为第一测线或第三测线上的电极间距的一半。
4.如权利要求1所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所述第一测线、第二测线和第三测线平行设置。
5.如权利要求1所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所述第二测线位于第一测线和第三测线之间。
6.如权利要求5所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,第一测线、第二测线和第三测线之间的间距根据测量需求进行调整。
7.如权利要求1所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所述供电电极A通过第一测线与电源正极连接,供电电极B通过第三测线与电源负极连接。
8.如权利要求1所述的一种基于高密度电法的川字型测量装置,其特征在于,所有电极与控制器连接,通过控制器按照设定的排列方式在所有电极中选择供电电极A、B和测量电极M、N进行数据采集。
9.一种基于高密度电法的川字型测量方法,其特征在于,包括:
按照设定的排列方式选择供电电极A提供电流I,供电电极B提供电流-I;获取与所述供电电极A和供电电极B相对应的测量电极M和N之间的电位差,进而求得所述测量电极M和N中点的视电阻率。
10.如权利要求9所述的一种基于高密度电法的川字型测量方法,其特征在于,所述电极排列方式为多层,每一层的深度相同;各层电极排列方式按照设定的顺序依次进行测量;
假设将第一测线的Ai电极垂直延伸到第三测线上,位于Bi和Bi+1中点位置;
第一层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi和Bi+1电极供负电;
第二层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-1和Bi+2电极供负电;
第三层电极的排列方式为:供电电极A每移动到一个Ai,供电电极B相应的选择Bi-2和Bi+3电极供负电;
其它层电极的排列方式依次类推,直到供电电极A与供电电极B无法对应为止。
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