ITTO970757A1 - Metodi per rilevare e localizzare perdite in impianti di contenimento utilizzando dati di potenziale eletrico e tecniche di formazione di - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo:

"Metodi per rilevare e localizzare perdite in impianti di contenimento utilizzando dati di potenziale elettrico e tecniche di formazione di immagini tomografiche a resistenza elettrica"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale a metodi per il rilevamento e la localizzazione di perdite in impianti di contenimento quali interramenti, impianti di raccolta dell'acqua in superficie, serbatoi di immagazzinaggio, o altre strutture simili. La presente invenzione è relativa più specificamente a metodi per il rilevamento e la localizzazione di perdite in impianti di contenimento rivestiti internamente di geomembrana e simili, che utilizzano metodi collegati a massa per raccogliere dati di potenziale elettrico, metodi di inversione matematica per caratterizzare la resistività elettrica, e metodi di tomografia a resistività elettrica (ERT). I metodi sono applicabili al rilevamento ed alla localizzazione di perdite in impianti di contenimento rivestiti internamente di geomembrana e simili, sia appena installati sia esistenti .

Lo scopo primario dei rivestimenti in geomembrana, dei rivestimenti d'acciaio, e dei rivestimenti di cemento utilizzati in vari tipi di impianti di immagazzinaggio è quello di fornire barriere ai liquidi contenuti all'interno dell'impianto allo scopo di impedire le perdite di questi liquidi nell'ambiente circostante. Il rilevamento e la localizzazione di perdite in tali rivestimenti è pertanto un elemento critico per impedire problemi ambientali quali l'inquinamento delle falde idriche e simili. Esempi tipici di tali impianti rivestiti comprendono serbatoi per l'acqua, impianti di raccolta dell'acqua in superficie, serbatoi d'acciaio, serbatoi di cemento, interramenti, strati di protezione di lisciviazione, ed altri tipi di impianti di contenimento di sostanze liquide e semi-liquide. La maggior parte di questi impianti, specialmente quelli che contengono sostanze contaminanti delle falde idriche, sono rivestiti internamente con rivestimenti in geomembrana.

Durante l'installazione di un rivestimento in geomembrana, il rivestimento viene controllato per rilevare perdite utilizzando metodi di controllo visivo, metodi di unità a vuoto, metodi in cui si dirige un getto d'aria compressa, metodi di test delle scintille, metodi di test a pressione d'aria, o altri tipi di metodi di test noti. Questi metodi di test convenzionali sono tipicamente limitati al test delle aree di giunzione del rivestimento. La maggior parte del rivestimento, pertanto, viene controllato soltanto visivamente per rilevare le perdite .

Più di recente, si sono utilizzati metodi elettrici di localizzazione delle perdite per rilevare e localizzare perdite nei rivestimenti a geomembrana. Questi metodi elettrici sono in grado di testare il 100% dell'area del rivestimento che è coperta da acqua o terreno. Tutti questi metodi di test esistenti, tuttavia, compresi i metodi elettrici, richiedono l'accesso all'interno dell'impianto di contenimento da parte di personale di servizio, oppure il posizionamento di un sistema a griglia di fili elettrici al di sotto o al di sopra della geomembrana durante la costruzione. I metodi elettrici di localizzazione delle perdite sono gli unici metodi provati sul campo che possono localizzare perdite in un rivestimento in geomembrana quando si pone terreno sopra al rivestimento. Tuttavia, anche i metodi elettrici esistenti richiedono la raccolta di un insieme di dati di potenziale elettrico sulla superficie del terreno utilizzando una griglia di analisi a distanza ravvicinata di un qualche tipo. E' pertanto necessario un metodo di test che possa rilevare e localizzare perdite a distanza ed in maniera automatica in rivestimenti sia nuovi sia esistenti senza la necessità di una griglia di analisi estesa.

I brevetti statunitensi con numeri 4.543.525; 4.719.407; 4.725.785; 4.720.669; 4.751.841; 4.751.467; 4.755.757; e 4.740.757 riguardano tutti vari sistemi e metodi per rilevare e localizzare elettricamente perdite in rivestimenti in geomembrana. Tutti questi sistemi, tuttavia, richiedono la struttura estesa a griglia di sensori sopra descritta, oppure richiedono l'accesso diretto da parte di operatori di test al liquido o all'impasto liquido interno contenuto nell'impianto di raccolta. Molti dei sistemi descritti in questi brevetti anteriori comportano strutture elettriche complesse ed estese che devono essere spesso installate durante 1 'installazione .del rivestimento.

Pertanto, uno scopo della presente invenzione è quello di eliminare la necessità di accedere all'interno di un impianto di contenimento rivestito internamente allo scopo di testare il rivestimento di contenimento per rilevare perdite. Si realizza ciò effettuando le misure elettriche intorno alla periferia del rivestimento, al di sotto del rivestimento, oppure all'interno dell'impianto, ed utilizzando software di calcolatore per elaborare i dati di analisi con potenziale elettrico e/o resistività elettrica.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di eliminare la necessità di raccogliere grandi quantità di dati di potenziale elettrico in una configurazione a griglia a distanza ravvicinata e di consentire di raccogliere quantità ridotte di dati utilizzando monopoli, dipoli, dipoli lineari, dipoli a irradiazione trasversale, o altre configurazioni di elettrodi notevolmente distanziati.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di consentire il monitoraggio di un impianto di contenimento per rilevare perdite da una posizione distante e su base periodica, per avvertire gli operatori dell'impianto del verificarsi di problemi potenziali.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di rilevare e localizzare perdite in siti che contengono materiale che non può essere tolto, effettuanto misure intorno alla periferia, al di sopra del materiale esistente, oppure tra due rivestimenti all'interno dell'impianto.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di rilevare perdite in serbatoi di immagazzinaggio d'acciaio o di cemento tramite metodi simili a quelli utilizzati in impianti rivestiti di geomembrana in modo da eliminare la necessità di accedere all'interno di tali recipienti di contenimento.

I metodi della presente invenzione utilizzano misure di potenziale elettrico e di resistenza elettrica all'interno del contenuto dell'impianto di contenimento ed all'interno della superficie all'esterno dell'impianto, per rilevare e localizzare la presenza di perdite nell'impianto di contenimento rivestito. Nella maggior parte dei casi, si ipotizza che il contenuto dell'impianto sia isolato elettricamente dalla superficie del sottosuolo all'esterno dell'impianto tramite un rivestimento del tipo a geomembrana che agisce come barriera al flusso di corrente elettrica. I metodi della presente invenzione sono, tuttavia, applicabili ad un impianto di contenimento costruito con un guscio o barriera elettricamente conduttiva.

In un primo metodo della presente invenzione, il contenuto dell'impianto di contenimento viene eccitato ad un potenziale elettrico al di sopra del terreno circostante. Qualsiasi posizione in cui un liquido elettricamente conduttivo può passare attraverso il rivestimento ed entrare nel sottosuolo farà anche passare una corrente elettrica. La presenza di questa corrente dimostra una perdita di fluido nel rivestimento. Nel primo metodo, la distribuzione del potenziale elettrico stabilita nella superficie del sottosuolo ed all'interno del contenuto dell'impianto a causa del flusso di corrente attraverso il rivestimento è rilevata misurando il potenziale elettrico su una serie di elettrodi (al di fuori dell'impianto, nel terreno, oppure all'interno dell 'impianto) e determinando dal profilo di potenziale elettrico, la posizione della corrente elettrica che passa attraverso il rivestimento.

In un secondo metodo della presente invenzione, le misure elettriche rilevano e caratterizzano variazioni della resistività elettrica all 'interno della superficie del sottosuolo al di fuori dell'impianto di contenimento. Si costruisce un'immagine di resistività di riferimento e quindi la si confronta con successive immagini di resistività per rilevare e localizzare punti di perdita nel rivestimento. Il profilo di resistività elettrica identifica variazioni nelle caratteristiche elettriche della superficie del sottosuolo generate dal flusso di un liquido conduttivo attraverso il rivestimento.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un metodo per rilevare e localizzare perdite come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l'oggetto delle rivendicazioni da 2 a 12.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali;

la Fig. 1 è una vista in prospettiva schematica di un sistema a sensori appropriato per 1'implementazione del metodo della presente invenzione;

la Fig. 2 è una vista in pianta del sistema a sensori illustrato in Fig. 2, che incorpora assi di coordinata grafici per illustrare 1'implementazione del metodo della presente invenzione;

la Fig. 3 è una vista in pianta grafica di linee equipotenziali derivanti dall'utilizzo di due elettrodi a matrice periferici come coppia di tensione di sorgente e pozzo;

la Fig. 4 è una vista in pianta grafica di linee a uguale resistività derivanti dall'applicazione di tecniche di Tomografia a Resistività Elettrica (ERT) a dati di potenziale simili a quelli derivati in Fig. 3;

la Fig. 5 è una vista in pianta grafica di linee equipotenziali derivanti dall'utilizzo di un elettrodo di sorgente all'interno dell'impianto di contenimento e di un elettrodo di pozzo lontano -dall'Impianto di contenimento e del passaggio di una corrente attraverso una perdita effettiva nell'impianto; e

la Fìg. 6 è una vista in pianta grafica di linee equipotenziali derivanti dall'utilizzo di un elettrodo di sorgente all'interno dell'impianto di contenimento e di un elettrodo di pozzo lontano dall'impianto di contenimento e del passaggio di una corrente attraverso un punto arbitrario nell'impianto, che prevede gli effetti di una perdita effettiva.

La presente invenzione utilizza un sistema hardware relativamente semplice di sonde elettriche insieme agli opportuni dispositivi di misura di tensione, corrente e resistività per applicare un potenziale elettrico collegato a massa e tecniche di misura della resistività per rilevare perdite in impianti rivestiti di geomembrana, rivestiti d'acciaio, rivestiti di cemento, o di tipo simile. I metodi della presente invenzione utilizzano inoltre calcoli di inversione matematica per determinare la posizione del percorso di una corrente elettrica che passa attraverso il rivestimento di un impianto di contenimento, il quale percorso è indicativo della posizione della perdita, nella misura in cui il liquido che è contenuto è elettricamente conduttivo. In aggiunta, si utilizzano metodi di formazione di immagini a Tomografia a Resistività Elettrica (ERT) . per calcolare la distribuzione della resistività al di sotto dell'impianto di contenimento. Questa distribuzione calcolata può essere utilizzata in due modi: (1) per la tecnica di collegamento a massa per calcolare i percorsi di corrente al di sotto dell'impianto e determinare cosi i punti di sorgente (perdite); (2) per la tecnica ERT per calcolare la distribuzione della resistività al di sotto dell'impianto e cosi le variazioni indicative di una perdita.

Un sistema appropriato per 1'implementazione dei metodi della presente invenzione è illustrato schematicamente in Fig. 1. Si utilizzano una serie di elettrodi (16), posti a certi intervalli, per effettuare le necessarie misure di tensione e resistività. Mentre la posizione di questi elettrodi (16) deve essere nota, essi possono essere posti all'interno oppure all'esterno dell'impianto (14) o entrambi, oppure tra due rivestimenti di geomerabrana (non illustrati) per impianti a doppio rivestimento. I metodi della presente invenzione possono essere utilizzati per serbatoi di acciaio o cemento non isolati nella misura in cui esiste un contrasto elettrico identificabile tra il liquido (10) nell'impianto di contenimento (14) e il piano di fondazione (15) circostante.

Si utilizzano due elettrodi (18) e (19) per iniettare una corrente nell'impianto di contenimento (14). Un elettrodo, l'elettrodo sorgente (18), è posto all'interno dell'impianto (14) entro i limiti del rivestimento (12) ed il secondo elettrodo, l'elettrodo di pozzo (19), è posto ad una certa distanza al di fuori dell'impianto (14) nel terreno (15) circostante. In una forma di realizzazione alternativa per impianti di geomembrana a doppio rivestimento, si può collocare l'elettrodo di pozzo (19) nella zona di rilevamento delle perdite (non illustrata) per localizzare perdite nel rivestimento primario (superiore). Per localizzare perdite nel rivestimento secondario (inferiore), si colloca l'elettrodo sorgente (18) all'interno della zona di rilevamento delle perdite e si colloca di nuovo l'elettrodo di pozzo (19) all'esterno dell'impianto (14) in una posizione lontana.

L'elettrodo sorgente (18)/ posto all'interno dell'impianto (14), può essere caricato da una sorgente di alimentazione (22) e si può misurare un potenziale di tensione risultante tra coppie di elettrodi (16). Come alternativa, si potrebbe utilizzare un elettrodo di misura di potenziale singolo a distanza (non illustrato) come secondo elettrodo nella coppia per misurare un potenziale di tensione risultante.

Quando si eccitano elettricamente gli elettrodi di sorgente (18) e pozzo (19) (elettrodi di pilotaggio), una corrente elettrica passerà all'interno del contenuto (10) dell'impianto (14) verso un punto di perdita , attraverso il rivestimento (12) sul punto di perdita, ed attraverso la superficie del sottosuolo (15) per ritornare all'elettrodo di pozzo (19). Se non esistono perdite, non passerà alcuna corrente in questo circuito (per un impianto isolato da un rivestimento elettricamente isolante).

Il percorso di flusso della corrente produrrà una distribuzione di potenziale elettrico all'interno della superficie del sottosuolo (15) al di fuori dell'impianto (14) cosi come all'interno del materiale (10) immagazzinati. Si possono misurare con gli elettrodi di rilevamento una o entrambe queste distribuzioni di potenziale elettrico. Gli elettrodi (16) in Fig. 1 sono posti in modo da misurare soltanto il potenziale al di fuori dell'impianto. La distribuzione esatta del potenziale elettrico dipende dalla posizione degli elettrodi di pilotaggio (18) e (19), dalla forza del potenziale di pilotaggio (l'ampiezza della corrente), dalla posizione della perdita, e dalla distribuzione di resistività sia del materiale (10) immagazzinato sia della superficie del sottosuolo (15).

Si ipotizza nota la posizione degli elettrodi di pilotaggio (18) e (19). Si può misurare l'ampiezza della corrente con un amperometro (20). La distribuzione di resistività può essere approssimata (un valore uniforme o costante, per esempio) oppure può essere calcolata separatamente utilizzando i dati di Tomografia a Resistenza Elettrica (ERT) raccolti dagli elettrodi (16) come descritto in maggior dettaglio più avanti. La distribuzione di potenziale può essere determinata misurando la differenza di potenziale tra una molteplicità di combinazioni di elettrodi di rilevamento (16) che verranno anch'essi descritti in maggior dettaglio più avanti.

Il processo di effettuazione dei metodi della presente invenzione può essere meglio descritto facendo di nuovo riferimento alla Fig. 1. Un elettrodo (18) è posto all'interno del contenuto (10) dell'impianto ed un secondo elettrodo (19) è posto nella superficie del sottosuolo (15) al di fuori dell'impianto (14). Si crea un potenziale elettrico tra gli elettrodi (18) e (19) (per esempio, tramite la batteria (22)) e si misura la corrente in questo circuito utilizzando l'amperometro (20). Se il contenuto dell'impianto (14) è elettricamente isolato dal sottosuolo (15) tramite il rivestimento in geomembrana (12), l'amperometro (20) non misurerà alcuna corrente, o ne misurerà una molto piccola, dato che il rivestimento in geomembrana (12) è molto resistivo. Se esiste una perdita nel rivestimento (12), una corrente passerà tra gli elettrodi (18) e (19), attraverso il contenuto (10) dell'impianto, attraverso la perdita, ed attraverso il sottosuolo (15). La presenza di questa corrente denoterà una perdita elettrica attraverso il rivestimento ( 12 ) nella misura in cui il contenuto (10) dell'impianto è in tutti gli altri modi elettricamente isolato dal sottosuolo ( 15) . Cioè, non esistono tubi conduttori, spurghi, ecc, e non esiste sporcizia fluida o umida tra il contenuto (10) ed il sottosuolo (15).

1. DISTRIBUZIONE DI POTENZIALE ELETTRICO - METODO 1 In un primo metodo preferito della presente invenzione, la perdita viene localizzata utilizzando il fatto che una corrente elettrica tra gli elettrodi (18) e (19) produrrà una distribuzione di potenziale elettrico all'interno del sottosuolo (15) al di fuori dell'impianto (14) ed all'interno del contenuto (10) dell'impianto. La misura di questa distribuzione di potenziale in uno o in entrambi i posti può essere utilizzata per localizzare la posizione della perdita. Per semplicità, la descrizione di come si localizza la perdita ipotizzerà che esista soltanto una singola perdita, anche se i metodi associati alla presente invenzione funzionano altrettanto bene quando esiste più di una perdita.

Gli elettrodi (16) sono collocati nel terreno (15) immediatamente al di fuori ed intorno alla periferia del rivestimento in geomembrana (12). Gli elettrodi (16) sono utilizzati per campionare il potenziale elettrico. Si possono effettuare un certo numero di misure del potenziale utilizzando varie combinazioni di coppie di elettrodi. In alternativa, si possono misurare i potenziali tra ciascuno degli elettrodi (16) ed un singolo elettrodo (non illustrato) ad una certa distanza (lontana) dall'impianto (14). In entrambi i casi, queste misure campionano la distribuzione di potenziale stabilita dalla perdita di corrente elettrica nel rivestimento e dal flusso di corrente attraverso il terreno (15).

Come indicato in precedenza, la distribuzione di potenziale misurata sugli elettrodi (16) è funzione di quattro variabili: 1) la posizione della perdita (che si avvicinerà ad un polo elettrico quando la corrente sta scorrendo attraverso di essa), 2) la posizione dell'elettrodo (19) (anch'esso un polo elettrico), 3) l'ampiezza della corrente che passa attraverso la perdita e l'elettrodo (19) (come misurata dall'amperometro (20)), ed infine, 4) la distribuzione di resistività elettrica nel terreno (15).

Si può calcolare la posizione della perdita se sono noti gli elementi 2-4. La posizione dell'elettrodo (19) è nota. La corrente come misurata dall’amperometro (20) è nota. Il fattore ignoto ma determinabile in questo caso è la distribuzione di resistività elettrica nel terreno (15), che può essere ipotizzata o calcolata utilizzando altri mezzi descritti in maggior dettaglio più avanti.

Nel primo metodo della presente invenzione, si possono utilizzare entrambi gli approcci. Ipotizzando che il carattere della distribuzione di resistività dia come risultato una posizione calcolata della perdita, essa è in errore. L'ampiezza di questo errore è determinata dalla precisione dell'ipotesi per la distribuzione di resistività elettrica nel terreno. Cioè, l'errore sarà piccolo se il terreno è quasi uniforme come resistività elettrica. Tuttavia, non è necessario ipotizzare una distribuzione della resistività poiché gli elettrodi (16) possono essere utilizzati per calcolare tale distribuzione utilizzando metodi tomografici elettrici come descritto in LaBrecque ed altri (1995).

In entrambi i casi, quando si è ipotizzata o calcolata la distribuzione di resistività del materiale della superficie del sottosuolo, si può calcolare la posizione della perdita utilizzando parecchi approcci. Come primo esempio, si calcola un potenziale in ogni posizione di elettrodo ( 16 ) per un polo elettrico (perdita) di una qualche ampiezza e posizione arbitrarie. Questo calcolo può essere analitico per casi semplici o numerico per alcune geometrie più complesse. La posizione e l'ampiezza di questo polo sono regolate in modo da ridurre la dimensione dello scarto quadratico tra il potenziale misurato ed il potenziale calcolato su ogni elettrodo (16). Utilizzando questo nuovo polo sorgente che rappresenta la perdita, si ricalcolano i potenziali su ogni elettrodo (16). Regolando la posizione del polo di nuovo per ridurre lo scarto quadratico tra i potenziali misurato e calcolato, si porta la posizione più vicina alla perdita effettiva. Si continua questo processo iterattivo fino a quando si è ridotto lo scarto quadratico ad un certo valore piccolo predeterminato. A questo punto, si può ipotizzare che la posizione calcolata della perdita sia una buona approssimazione della posizione effettiva.

In un secondo esempio di calcolo, si costruisce un modello analitico o numerico di parecchi poli elettrici diffusi sull'area del rivestimento di geomembrana. Ogni polo ha una posizione fissa nota ma un'ampiezza ignota. Si calcola il potenziale su ogni elettrodo (16) come sovrapposizione dei potenziali di ogni polo. Si risolve il sistema di equazioni risultante per l'ampiezza di ogni polo che è coerente con i dati di potenziale misurati. Si calcolerà un'ampiezza grande per un polo che rappresenta al meglio (ed è il più vicino) la perdita nel rivestimento, mentre gli altri poli avranno un'ampiezza piccola o zero.

Queste informazioni raccolte come descritto in precedenza sono sufficienti a calcolare la posizione del flusso di corrente attraverso il rivestimento (12) che forma il limite dell'impianto (14). Come indicato, questo calcolo può essere realizzato utilizzando un certo numero di metodi.

Riepilogando, il primo metodo preferito della presente invenzione è il seguente:

1. Calcolare la distribuzione di potenziale elettrico derivante da una qualche posizione ed ampiezza arbitrarie della perdita. Tale calcolo può essere semplificato ipotizzando che la perdita sia un polo elettrico in una certa posizione e di una certa forza specifica ed ipotizzando inoltre che la resistività sia di un certo valore o distribuzione costante.

2. Misurare la distribuzione di potenziale derivante dalla perdita effettiva.

3. Regolare la posizione e la forza del polo sorgente arbitrario per ridurre l'ampiezza dello scarto quadratico tra i potenziali misurati ed i potenziali calcolati (LaBrecque ed altri, 1995).

4. Utilizzare questo nuovo polo sorgente che rappresenta la perdita è ricalcolare il potenziale.

5. Regolare questa posizione del polo per ridurre di nuovo lo scarto quadratico tra i potenziali misurato e calcolato.

6. Continuare il processo iterattivo fino a quando lo scarto quadratico è stato ridotto ad un certo valore piccolo predeterminato. A questo punto, si ipotizza che la posizione calcolata della perdita sia una buona approssimazione della posizione effettiva.

La Fig. 5 è relativa al primo metodo preferito della presente invenzione in cun un elettrodo sorgente ed uno di pozzo pilotano un potenziale elettrico tra il materiale contenuto all'interno dell'impianto ed un elettrodo di pozzo a distanza all'esterno dell'impianto. Questa tensione di pilotaggio crea una distribuzione di potenziale elettrico che si incentra sull'elettrodo di pozzo e sulla posizione della perdita che agisce come polo sorgente. Di nuovo insieme di elettrodi che circondano l'impianto di contenimento misurano il potenziale in varie posizioni in maniera tale da permettere una caratterizzazione accurata della distribuzione di potenziale.

La Fig. 6 descrive un esempio di un primo polo sorgente arbitrario (posizione della perdita) utilizzato per prevedere la distribuzione di potenziale elettrico e creare un insieme di dati che vengono confrontati con la distribuzione misurata illustrata in Fig. 5. Questa distribuzione arbitraria di potenziale elettrico si modifica modificando la posizione della perdita teorica; per cui il risultato viene di nuovo confrontato con le misure effettive. Tramite il processo iterattivo descritto in precedenza, la posizione arbitraria di Fig. 6 si avvicinerà alla posizione effettiva descritta in Fig. 5.

2. TOMOGRAFIA A RESISTIVITÀ' ELETTRICA - METODO 2 Il primo metodo preferito sopra descritto della presente invenzione comporta un processo per prevedere e misurare la distribuzione di potenziale elettrico derivante da un flusso di corrente creato da una perdita nell'impianto di contenimento. Questo primo metodo preferito dipende in qualche misura da un'ipotesi relativa alla resistività elettrica della superficie del sottosuolo che circonda l'impianto di contenimento. Nella maggior parte dei casi, si possono effettuare ipotesi valide relative alla distribuzione di resistività elettrica che fornisce ancora una base per approssimare con precisione la posizione della perdita. La presente invenzione, tuttavia, comprende una metodologia progettata 1) per fornire un profilo più accurato della distribuzione di resistività elettrica all'interno della superficie del sottosuolo allo scopo di effettuare il primo metodo preferito, oppure 2) per stabilire un profilo di resistività di riferimento che possa essere confrontato con i profili di resistività modificati che si hanno quando ha luogo una perdita di fluido conduttivo. In entrambi i casi, l'insieme di sensori relativamente semplice ed immediato simile a quello descritto in precedenza rispetto alla Fig. 1, può essere utilizzato per realizzare una mappatura del profilo di resistività senza la necessità di una griglia complessa di sensori.

-Il processo di calcolo della distribuzione di resistività elettrica effettiva può essere descritto meglio con riferimento alla Fig. 3.

In modo specifico, il processo di misura comporta il fatto di stabilire una coppia di elettrodi di sorgente e pozzo, elettrodo sorgente (31) - elettrodo di pozzo (33), per esempio, e misurare un potenziale elettrico su ciascuno degli altri elettrodi (39)~(46) posizionati intorno all'impianto (14). Il risultato è un insieme grande di valori di potenziale elettrico organizzati in insiemi associati ad una coppia specifica di elettrodi di sorgente e pozzo. In altre parole, a cominciare da ogni singolo elettrodo nell'insieme, due variazioni creano un certo numero di combinazioni e valori di dati. A cominciare dall'elettrodo (31), per esempio, come elettrodo sorgente, ciascuno dei restanti elettrodi (32) (46) può essere utilizzato come elettrodo di pozzo. Per ciascuna di queste combinazioni di dipoli sorgente, si effettuano misure di potenziale su ogni dipolo che può essere formato dai restanti quattordici elettrodi non utilizzati nella coppia di tensioni.

Cosi, per una particolare coppia di elettrodi utilizzati come dipolo sorgente, ci dovrebbero essere 14 x 13 oppure 182 singole misure di potenziale elettrico che vengono effettuate.

Moltiplicando ciò per un totale di 16 x 15 oppure 140 possibilità di dipoli sorgente, illustrati come esempio in Fig. 2, risultano disponibili un totale di 43.680 valori per caratterizzare la resistività elettrica del materiale del terreno al di sotto della superficie dell'impianto di contenimento . (Non tutti questi valori di dati sono indipendenti ed in pratica si utilizzerebbe soltanto un sottoinsieme di questi valori di dati.) Si utilizzano tecniche note di formazione di immagini tomografiche per convertire questo insieme di dati in modo da stabilire un insieme bidimensionale o tridimensionale di valori di resistività per il terreno .

Anche se in realtà l'impianto di contenimento è un volume tridimensionale, per gli scopi di localizzazione delle perdite, la profondità di tali impianti è di solito piccola a confronto con le sue dimensioni di superficie. I dati di resistività tomografici, pertanto, possono essere trattati spesso come bidimensionali e possono essere visualizzati nella vista in pianta come illustrato in Fig. 4.

Nei campi meglio esplorati della ricostruzione con tomografia al calcolatore (CT), l'energia di sonda è tipicamente a raggi x ad elevata energia con percorsi dei raggi rettilinei che sono indipendenti dal mezzo che viene sondato. Al contrario, i percorsi (e le linee equipotenziali) attuali di ERT nel caso presente sono funzioni della distribuzione di resistività ignota. Questo porta ad un problema di ricostruzione non lineare in cui si deve tener conto di questioni di convergenza algoritmica. Sono noti ed applicabili vari algoritmi di ricostruzione basati su una linearizzazione iterattiva del rapporto non lineare tra la distribuzione di resistività e le misure elettriche. Sono disponibili parecchi programmi di calcolatore interattivi per effettuare questi calcoli che incorporano algoritmi di ricostruzione quali quelli che si trovano in LaBrecque (1989) e Daily ed altri (1995).

Nel secondo metodo preferito della presente invenzione, un profilo di resistività elettrica di riferimento viene confrontato con i profili di resistività successivi. Ipotizzando ancora una volta che il materiale contenuto all'interno di un impianto di contenimento rivestito comprenda liquidi e simili, appare chiaro che la perdita di tali liquidi può dare come risultato una variazione della distribuzione di resistività elettrica nel terreno al di sotto dell'impianto di contenimento. I metodi di tomografia a resistività elettrica sopra descritti, pertanto, possono essere utilizzati per fornire una distribuzione di resistività di riferimento con la quale si possono confrontare le distribuzioni di resistività future. In modo specifico, un'area di superficie di sottosuolo con' una distribuzione di resistività elettrica nota sarà soggetta ad una resistività in diminuzione nella superficie del sottosuolo nell'area immediatamente adiacente alla perdita di liquido conduttivo. Il processo comporta la ripetizione delle misure effettuate inizialmente per un impianto di contenimento che è noto che non ha perdite, con le misure successive effettuate nel tempo. Nella misura in cui si possono eliminare i fattori estranei che influenzano le variazioni della distribuzione di resistività, si può identificare uno qualsiasi di questi scarti dalla distribuzione di riferimento come derivato da una perdita attraverso il rivestimento. Le caratteristiche specifiche delle variazioni della distribuzione identificheranno non soltanto la posizione ma anche l'ampiezza della perdita se essa ha luogo.

La Fig. 3 descrive un esempio di un dipolo elettrico prodotto tra due elettrodi in un insieme del tipo illustrato in generale in Fig. 1. Il dipolo elettrico crea una distribuzione di potenziale elettrico che è misurabile in ciascuno dei restanti elettrodi nell 'insieme. Lo spostamento del dipolo elettrico da una coppia di elettrodi ad un'altra e, pertanto, l'effettuazione di misure di potenziale elettrico su ciascuno dei restanti elettrodi fornisce la quantità di dati necessari a caratterizzare il profilo di resistività elettrica per la superficie del sottosuolo al di sotto dell'impianto di contenimento.

La Fig. 4 descrive la distribuzione di resistività elettrica risultante che potrebbe essere determinata dalla serie di misure di potenziale effettuate come descritto in Fig. 3. Le linee di resistività uguale possono aversi come risultato da strutture geologiche specifiche nella superficie del sottosuolo oppure da una precedente contaminazione del terreno da parte di liquidi conduttivi. Occorre notare che ci si potrebbero attendere variazioni graduali non localizzate nel profilo di resistività della superficie del sottosuolo ed esse possono essere rintracciate e contraddistinte dalle variazioni localizzate più gravi del profilo create dal verificarsi di perdite all'interno dell'impianto.

I metodi della presente invenzione sopra descritti che utilizzano sia le caratterizzazioni della distribuzione di potenziale elettrico sia le caratterizzazioni della distribuzione di resistività elettrica, sono stati descritti specificamente in relazione ad impianti che utilizzano contenitori non conduttivi a geomembrana. Come indicato in precedenza, tuttavia, questi metodi possono essere utilizzati in relazione a contenitori elettricamente conduttivi quali serbatoi di acciaio e di cemento, in cui ogni dato di potenziale elettrico raccolto dagli elettrodi di rilevamento è formato dal confronto di due misure di potenziale. La prima di queste due misure di potenziale viene effettuata prima che abbia luogo la perdita e la seconda viene effettuata dopo che si è verificata la perdita. Per il Metodo 1, la corrente passa dall'elettrodo (18), attraverso il contenuto dell'impianto, cosi come attraverso il recipiente di contenimento o rivestimento in molti percorsi, non soltanto il percorso della perdita, e quindi attraverso il terreno al di fuori dell'impianto verso l'elettrodo di pozzo (19).

Quando ha luogo una perdita, il fluido conduttivo abbandona l'impianto e si sposta nel sottosuolo al di sotto della barriera rendendo tale terreno più conduttivo. Questo aumento di conduttività elettrica del terreno fa si che una corrente elettrica maggiore passi dalla barriera in questa posizione. Dopo la perdita, il potenziale misurato sugli elettrodi (16) di rilevamento del potenziale elettrico è una sovrapposizione di potenziali dalla corrente che passa davanti alla perdita e di quella che passa dopo, con la corrente extra che passa dopo la perdita attraverso questa regione di maggior conduttività elettrica. Pertanto, sottraendo il potenziale misurato prima della perdita da quello misurato dopo la perdita, rimane il potenziale che si dovrebbe misurare se soltanto la corrente extra stesse passando dalla barriera nel punto di perdita. Ciò riduce il caso a quello descritto in precedenza con un rivestimento del tipo a geomembrana elettricamente isolante e si può trovare la posizione della sorgente di corrente secondo i metodi identificati.

Analogamente per il Metodo 2, le variazioni della distribuzione di resistività elettrica possono essere identificate anche dove l'impianto di contenimento si mantiene con un rivestimento elettricamente conduttivo. Poiché è la variazione della distribuzione di resistività che determina l'esistenza e la posizione di una perdita, la presenza o assenza di un rivestimento elettricamente conduttivo non è essenziale per la determinazione. Nella misura in cui il liquido contenuto all'interno dell'impianto è esso stesso elettricamente conduttivo e ridistribuisce il profilo di resistività quando ha perdite dall'impianto, sia il metodo che comporta la distribuzione di potenziale elettrico (Metodo 1) sia il metodo che comporta la distribuzione di resistività elettrica (Metodo 2), così come la combinazione dei due descritta in precedenza, saranno efficaci per isolare la posizione e l'ampiezza di una perdita.

La Fig. 7 illustra posizionamenti alternativi degli elettrodi. Gli elettrodi (16) possono essere sepolti nel piano di fondazione del terreno (15) posto al di sotto del rivestimento esterno (D) oppure posti nel materiale di drenaggio (15A) collocato tra i rivestimenti (G, D), posti nel terreno protettivo (10À) collocato al cìi sopra del rivestimento interno (C), oppure posti nel materiale di scarto (299) ad una certa profondità nei fori di trivellazione (199) ubicati nel materiale di scarto (299), oppure posti ad una certa profondità nei fori di trivellazione (199A) ubicati nel terreno (15) al di fuori dell'impianto rivestito. La Fig. 7 illustra una o più posizioni di elettrodi a schiera, e si possono utilizzare combinazioni di questi. La coppia di elettrodi di pozzo/sorgente possono essere separati (vedere Fig. 1) oppure una coppia degli elettrodi a schiera. Anche se - la presente invenzione è stata descritta con riferimento a forme di realizzazione specifiche, questa descrizione non yuole essere costruita in senso limitativo. Varie modifiche della forma di realizzazione descritta, cosi come forme di realizzazione alternative dell'invenzione, risulteranno evidenti agli esperti nel ramo.,con riferimento alla descrizione dell'invenzione. Pertanto si prevede che le rivendicazioni allegate coprano quelle modifiche che ricadono nell'ambito del vero campo di protezione dell'invenzione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per rilevare e localizzare liquidi in un impianto avente contenitori rivestiti internamente contenenti liquidi, impasti liquidi, o terreni, utilizzando un'eccitazione della tecnica a resistività elettrica di massa ed un insieme di elettrodi, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: posizionare gli elettrodi dell'insieme in punti fissi all'interno o all'esterno dell'impianto rivestito; iniettare una corrente utilizzando una coppia di elettrodi di pozzo/sorgente con uno qualsiasi della coppia all'interno del rivestimento e l'altro all'esterno del rivestimento; ed effettuare una serie di misure elettriche dagli elettrodi dell'insieme ed analizzare i dati per rilevare segnali caratteristici delle perdite.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di posizionamento è realizzata posizionando gli elettrodi dell'insieme di punti fissi all'interno dell'impianto rivestito.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di posizionamento è realizzata posizionando gli elettrodi dell'insieme di punti fissi all'esterno dell 'impianto rivestito.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rivestimento del contenitore comprende due membrane e dal fatto che il posizionamento degli elettrodi della fase di posizionamento ha luogo posizionando gli elettrodi in punti fissi tra le membrane interna ed esterna dell'impianto .
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elettrodi nella fase di posizionamento sono posti adiacenti al perimetro del contenitore.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elettrodi della fase di posizionamento sono posti in una configurazione a griglia in punti fissi intorno al contenitore .
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elettrodi della fase di posizionamento sono posti al di sotto della membrana del contenitore.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, durante la fase di iniezione, uno della coppia pozzo/sorgente è posto tra un rivestimento doppio e l'altro della coppia pozzo/sorgente è posto all'interno del rivestimento interno o all'esterno del rivestimento esterno.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le misure della fase di effettuazione sono una molteplicità di misure di potenziale elettrico effettuate utilizzando coppie di elettrodi dell'insieme di elettrodi e dal fatto che i segnali caratteristici della perdita sono correlati alla posizione degli elettrodi da cui si acquisiscono i dati per determinare la posizione di una perdita.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre, prima della fase di iniezione, la fase di effettuazione di un insieme preliminare di misure elettriche e di confronto di queste con le misure elettriche della fase di effettuazione dopo l'iniezione per determinare la posizione di una perdita.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che la fase preliminare di misure elettriche viene effettuata prima di collocare il riporto sul rivestimento di geomembrana .
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre la fase di applicare, all'insieme di misure della fase di effettuazione, tecniche di inversione matematica per determinare la posizione della perdita.