CN209264613U - 一种基于电阻率ct成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环境地球物理检测领域，提供一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，该监测装置利用井间电阻率CT成像方法，在不同的两口钻孔中进行电阻率CT成像，利用组合环形监测网对垃圾填埋场进行污染物的监测，激发、接收容易，施工成本低，监测范围广，工作效率高，同时有效提高了可分辨污染物范围的精度。

Description

一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置

技术领域

本实用新型属于环境地球物理检测领域，具体涉及一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置。

背景技术

垃圾填埋场传统的环境监测依赖于精确完善的化学分析技术，如 AAS、ICP_MS等，但不足之处在于成本高、耗时多、工作量大。

非正规垃圾填埋场一般为一个具体“锅”型的低洼地带，底部岩性不均，如含有第三系砂岩、石炭系灰岩、二叠系硅质岩等(如附图 2)。垃圾填埋场围体（围岩或土体）的原始电阻率（未有渗漏的情况下）大小主要取决于围体中的岩性、颗粒大小、含水量、孔隙比、类型和孔隙特征等等，因这些物理量基本是固定，即可预测出来，所以，原始电阻率可以作为垃圾填埋场的背景值。但如果垃圾填埋场所含的电解质溶液和有机质含量浸入围体（围体有裂隙、破碎，非密封情况下），将使围体电阻率值急剧下降，因而，电阻率的测量可以判断污染通道和污染程度。

已知污染通道，通道周边土壤污染异常程度取决于渗滤液离子浓度的大小。离子浓度愈大，地下水的导电性愈强，电阻率就愈低，所以通过电阻率的不同可以对污染土和非污染土加以区分。另外在酸性渗滤液溶液的侵蚀下，土壤中的矿物结晶，增加固体溶解物含量和土壤孔隙度，之后由于地下水的升降作用，大量的固体物和可溶性颗粒进入水中，在潜水面附近形成一个透镜状或层状异常体，随离子浓度、盐类、固体溶解物的增加，对电磁波反射增强，为电磁探测提供了物理基础。

由于垃圾污染物范围与电阻率的大小有关，当电阻率减少时，相对的污染范围增大，而应用电阻率CT成像可以有效直观观测到垃圾场污染物扩散范围在电阻率上的响应，因此在垃圾填埋场应用电阻率CT装置具有广阔的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，该监测装置利用井间电阻率CT的工作原理，在不同的两口钻孔中进行电阻率CT成像，激发、接收容易，施工成本低，监测范围广，工作效率高，同时有效提高了可分辨污染物范围的精度。

为了实现以上目的，本实用新型提供的一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，包括井间电阻率监测系统和外部测控系统；在垃圾场四周布设多个钻孔，两个钻孔组成一套井间电阻率监测系统，所述井间电阻率监测系统是在一口钻孔中布置等间距排列的供电电极，而在另一口钻孔中布置等间距排列的测量电极，对供电电极依次供电，观测测量电极的电位，将观测电位换算成视电阻率，不同钻孔两两组合组成不同的监测系统，最终形成由多个监测系统构成的监测网；所述外部测控系统为分布式测控系统。

在上述技术方案中，所述外部测控系统包括分布式继电器测控装置、电阻率测量装置，所述分布式继电器测控装置通过电缆与一口钻孔中布置的测量电极相连，分布式继电器测控装置与电阻率测量装置相连，所述电阻率测量装置通过通讯网络与监控计算机相连，监控计算机用于将采集的电阻率信号转换为垃圾填埋场污染物扩散范围并进行数据处理分析。

在上述技术方案中，所述井间电阻率观测系统的两口钻孔中的电极材料均为铜电极，并且供电电极与测量电极可以调换。

在上述技术方案中，所述“在垃圾场四周布设多个钻孔”是根据垃圾填埋场的平面面积大小由内到外等比例布设同心圆形分布的多个钻孔，在垃圾填埋场周边布设的钻孔均打入地层一定厚度，垃圾填埋场上方布设的钻孔则穿过填埋场污染物以及渗滤液后打入地层一定厚度。

在上述技术方案中，本实用新型装置根据垃圾填埋场的平面面积大小由内到外等比例布设同心圆形分布的多个钻孔，在各个钻孔内放入电极，根据井间电阻率CT的工作原理，在不同的两口钻孔中进行电阻率CT成像，单独两个钻孔组成一套井间电阻率监测系统，通过变换不同的钻孔组成不同的监测系统，最终形成由多个监测系统构成的环形监测网。

本实用新型装置采取井间电阻率CT成像方法原理，利用组合环形监测网对垃圾填埋场进行污染物的监测，该方法的环形设计可以更为高效的控制成本，在相同的钻孔数目的情况下相比其他布置方法拥有更大的监测面积。

本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于：

1、本实用新型采用井间电阻率CT成像方法，该方法相对于其他方法，拥有激发、接收容易，施工成本低、对钻孔无破坏作用等优点。

2、本实用新型针对垃圾填埋场采用组合环形监测的方法，相较于其他方法，拥有成本低廉，监测范围广，工作效率高等优点。

3、本实用新型组合环形监测网中的电极均匀等间距排列在钻孔中，该排列方法提高了可分辨污染物范围的精度。

4、本实用新型采取了分布式的测控系统，该系统拥有监控计算机与现场设备之间的信号连接受到的干扰小，系统品质高，维护方便等优点。

5、本实用新型采取组合环形电阻率CT监测，由于污染物含量大小与电阻率成反比，可以更为直观的展现垃圾污染的范围。

附图说明

图1是垃圾填埋场监测区域钻孔布设示意图。

图2是一套井间电阻率监测系统的示意图。

图3是垃圾填埋场监测区域中心剖面监测装置示意图。

图4是监测装置的工作流程图。

图5是利用镜像法求极装置视电阻率的示意图。

其中：1.填埋场污染物，2.地层，3.钻孔，4.供电电极或测量电极。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参照图1，本实施例中的垃圾填埋场主要由垃圾污染物主体和渗滤液组成，污染物的主体为一层垃圾一层覆土，垃圾场平面为不规则图形，首先确定垃圾填埋场大致的中心位置，在中心位置布设第一口钻孔ZK0，设为中心钻孔，然后以钻孔ZK0为中心，向垃圾场内部的八个方向分别布设一口与中心钻孔半径近似相同的钻孔ZK1-1~ ZK1-8，构成外围的第一圈同心圆，同时在垃圾填埋场外围以同样的办法布设钻孔ZK2-1~ ZK2-8，构成两圈同心圆状的钻孔分布以便进行环形观测。两个不同钻孔可组成一套井间电阻率监测系统，分别对两不同钻孔进行井间CT成像，不同钻孔两两组合组成不同的监测系统，最终构成组合环形监测网达到对地下垃圾污染物的监测。

参照图2，所述井间电阻率监测系统是在一口钻孔中布置等间距排列的供电电极，而在另一口井中布置等间距排列的测量电极，电极的间距一般根据井深来进行计算，一般为井深的1/30~1/20，对供电电极依次供电，观测测量电极的电位，然后将观测电位换算成视电阻率。两口钻孔中电极材料均为铜电极，并且供电电极与测量电极位置可以进行调换，得到更为精确的监测数据。

参照图3，垃圾填埋场周边的钻孔ZK2-1，ZK2-5均打入地下穿过地层一定厚度，垃圾填埋场上方的钻孔ZK1-1，ZK0，ZK1-5则穿过填埋场污染物以及渗滤液后进入地层一定厚度。该剖面上所示钻孔ZK2-1，ZK1-1，ZK0，ZK1-5，ZK2-5均可作为供电电极以及测量电极，通过外部测控系统可以控制两两钻孔进行井间电阻率测量。

参照图4，外部测控系统为一种分布式测控系统。本实施例中主机为重庆地质仪器厂DUK-2A高密度电法测量系统，其中包括DZD-6A多功能直流电法仪和MIS-60多路电极转换器，MIS-60多路电极转换器通过电缆与钻孔中布置的测量电极相连，MIS-60多路电极转换器与DZD-6A多功能直流电法仪相连，MIS-60多路电极转换器和DZD-6A多功能直流电法仪用于实现井下数据采集，DZD-6A多功能直流电法仪通过通讯网络与监控计算机相连，监控计算机用于将采集的电阻率信号转换为垃圾填埋场污染物扩散范围并进行数据处理分析。具体方法如下：

（1）基于静电场原理，井间电测方法属于“透射”工作方式，当异常体靠近供电点源时，异常体吸引或排斥电流强烈，电场分布畸变严重，测量点处能够反映这种变化。根据电场互换原理，当异常体靠近接收点时，异常体的电性特征也会严重影响到测量点处的电位。为了在空间上充分展现井间电场的这种分布特征，提出一种井间几何成像思想：首先利用镜像法求出与所有电位对应的视电阻率值，然后以观测井深为纵坐标，供电井深为横坐标绘制视电阻率等值线图。在等值线图上，那些圈闭就是异常体的位置，这种图示反映了供电点和测量点之间的映射关系。

（2）如图5所示，当在一口井中供电，另一口井中测量，即供电点A和观测点M分别位于两口井中时，很明显，地面边界会影响点源A的电流分布，从而影响M点的电位。

（3）为了消除地面边界的影响，我们采用镜像法计算M点处的视电阻率。假设地面上方与A对称的位置有一个虚电源A’，供电点A与测量点M之间的距离为r，虚电源A’与测量点M’之间的距离为r’，x方向与地面平行，z轴垂直于地面向下。

（4）通过几何定理易知

其中，M_x，M_z分别为M点在x方向和z方向的坐标；A_x，A_z分别为A点在x方向和z方向的坐标；

由直流点电源公式可得观测点M处的电位为

其中为视电阻率，I为电源A的电流强度；

（5）垃圾填埋场野外数据分析成图

野外采集的电阻率数据进行数据处理主要是利用电法的资料处理，主要运用Res2dinv软件和surfer软件进行，将测得的视电阻率数据删除误差过大的点后利用Res2dinv软件进行了反演即可得到电阻率剖面，利用surfer软件进行数据插值得到网格化文件，将网格化文件绘制成等值线图，其中横轴表示两井间的垂直距离，纵轴表示剖面的深度，单位为lgΩ·m，其中等值线的绘制选取对数等值线间隔。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，其特征是：包括井间电阻率监测系统和外部测控系统；在垃圾填埋场四周布设多个钻孔，两个钻孔组成一套井间电阻率监测系统，所述井间电阻率监测系统是在一口钻孔中布置等间距排列的供电电极，而在另一口钻孔中布置等间距排列的测量电极，不同钻孔两两组合组成不同的监测系统，最终形成由多个监测系统构成的监测网；所述外部测控系统为分布式测控系统。

2.根据权利要求1所述的基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，其特征是：所述外部测控系统包括分布式继电器测控装置、电阻率测量装置，所述分布式继电器测控装置通过电缆与一口钻孔中布置的测量电极相连，分布式继电器测控装置与电阻率测量装置相连，所述电阻率测量装置通过通讯网络与监控计算机相连。

3.根据权利要求1所述的基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，其特征是：所述井间电阻率监测系统的两口钻孔中的电极材料均为铜电极，并且测量电极与供电电极可以调换。

4.根据权利要求1所述的基于电阻率CT成像的垃圾填埋场污染物扩散监测装置，其特征是：所述“在垃圾填埋场四周布设多个钻孔”是根据垃圾填埋场的平面面积大小由内到外等比例布设同心圆形分布的多个钻孔，在垃圾填埋场周边布设的钻孔均打入地层一定厚度，垃圾填埋场上方布设的钻孔则穿过填埋场污染物以及渗滤液后打入地层一定厚度。