TW201403110A - 地下污染團檢測系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種地下污染團檢測系統及其方法，其係適用於地下水監測井，地下污染團檢測系統包括：一移動式電源，供給系統電源；一電流控制器，電性連接該移動式電源；一變頻器，電性連接該電流控制器；二電纜線，分別電性連接該變頻器；二通電電極，分別置放於該地下水監測井中；其檢測方法為：該電流控制器提供適當電流予該通電電極中，使電荷在地下水中移動而形成一流動路徑，進而產生一磁場，經由設置地表上之磁場探測裝置測得磁場特性用以分析地下污染團狀況；藉此，本發明有助於在地表對於未知地下污染團進行大範圍探測。

Description

地下污染團檢測系統及其方法

　　本發明係有關一種地下污染團檢測系統及其方法，尤指一種利用人工電流於地下水的流動路徑特性配合偵測地表上所產生相對之磁場特性來用以分析地下污染團狀況之系統及其方法。

　　按，陽光、空氣、水是構成生命的三要素，而人體更約有６０～７０％是水分；台灣地區早期之用水以農業灌溉為主，少部分為生活用水，工業用水更少；然而隨著經濟的發展，台灣地區用水結構已有明顯不同，農業灌溉用水需求減少，民生及工業用水比例逐年提高；尤其近一、二十年來都市人口聚集及工業發展，產生都市污水、工業廢水及養殖廢水等，對地下水源造成不同程度的污染，因此飲用水的安全衛生已受到社會各界相當關注。

　　一般來說，地下水汙染團不易調查其位置、範圍及描繪其特徵，在許多物染調查案例中，調查人員通常只能取得有限的可能汙染來源及洩漏位置的資料；此外，汙染物在地下環境中有不同且複雜的傳輸模式，並且少量的汙染物殘留相極可能形成大規模的汙染，這些因素使得地下水源的汙染調查成為一項挑戰。

　　目前地下水汙染團調查技術分成非地球物理（Ｎｏｎ－Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ）與地球物理（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ）等兩大類，其中，曾應用於國內的地球物理調查技術有透地雷達、電磁波探測、地電阻影像剖面探測技術以及高解析反射震測技術等；地球物理調查技術具有非破壞性、快速調查評估之優勢，且可同時評估地下環境之汙染及水文地質情形，對大面積範圍、深層地層或具複雜水文地質條件場址之汙染調查評估，是相當適合使用的技術；然而這些地球物理調查技術對於汙染物的調查上仍有缺點，如：

1. 該汙染物的自由相或殘留量要夠大到足以讓該地球物理調查技術產生適當的解析影像。
2. 該汙染物與該土壤、地質環境懸殊差異，須足以顯現異常現象的存在，才能清楚描繪出汙染源特徵。

　　因此，有如台灣專利公告第３２１７２４號一種伏流水之自動估算方法，其係先利用一透地雷達探勘法決定一伏流水取水區，並利用一實際觀測法長期觀測以求得該區伏流水之水位上昇和下降模式，再於該區內建立一抽水站及一檢測水質用之主伏流水觀測點；該透地雷達探勘法於實施上，仍存在些許缺點：

1. 該透地雷達所能偵測到地表下的深度是有限制的。
2. 對於石頭、金屬及木頭等，不同於土壤材質的物質才能被偵測出來。
3. 由於非水液相類汙染，如油汙，其形態與水近似，當被吸收於土壤中時，該透地雷達於顯像上無法清楚區別土壤含水、土壤含油或土壤含水及油等三種狀態。

　　此外，尚有如台灣專利公告第３２１７２４號一種多功能地下水檢層器，其係利用一可移動式之偵測頭，進行井內水質導電度分佈、水位與井深探測，該創作之偵測頭有一中空外管，該外管上半部之內壁黏附兩片相對之電極片，外管下半部為一絕緣質中空內管，且該偵測頭係由一碼尺纜線連接至交變訊號源，水質導電狀態透過上述兩片電極片及碼尺纜線，由數字電壓表顯示；該多功能地下水檢層器可量測井內不同深度之地下水導電度變化，分析判斷地下水是否受到金屬類或鹽類汙染，但對於汙染團的範圍大小及汙染源特徵卻無法清楚描繪。

　　今，本發明人有鑑於現有地下污染團檢測系統及其方法之缺失再予以研究改良，提供一種地下污染團檢測系統及其方法，以期達到更佳實用價值性之目的。

　　本發明之主要目的，旨在提供一種地下污染團檢測系統及其方法，尤指一種利用人工電流於地下水的流動路徑特性配合偵測地表上所產生相對之磁場特性來用以分析地下污染團狀況之系統及其方法。

　　為達本發明之地下污染團檢測系統及其方法的主要目的與功效，該地下污染團檢測系統包括有：一移動式電源，供給系統電源；一電流控制器，電性連接該移動式電源；一變頻器，電性連接該電流控制器；二電纜線，分別電性連接該變頻器；二通電電極，係與該電纜線另一端連接後，分別置放於該地下水監測井中；一磁場探測裝置，係設置於地表上，用以偵測磁場特性。

　　如上所述，本發明之地下污染團檢測系統，其中該磁場探測裝置係進一步包括一磁場感測器，係電性連接該移動式電源；一訊號連接器，係電性連接該磁場感測器；一數據擷取盒，係電性連接該訊號連接器；一攜帶型電腦，係電性連接該數據擷取盒。

　　如上所述，本發明之地下污染團檢測系統，其中，該通電電極為一重錘式電極，其係包括一重錘及一電極端子。

　　如上所述，本發明之地下污染團檢測系統，其中，該電纜線係為防磁電纜線。

　　如上所述，本發明之地下污染團檢測系統，其中，該移動式電源可為一燃料發電機或一移動式電池。

　　本發明提供一種地下污染團檢測方法，其係利用一電流控制器提供適當電流，並經過一變頻器調整，設定電流頻率在無其他頻率干擾下，最後電流透過電纜線再到一通電電極，使電荷在地下水中移動而形成一流動路徑，而此流動路徑所產生的磁場，經由設置地表上一磁場探測裝置測得磁場特性，用以分析地下污染團之狀況。

　　依物質與磁場的關聯性而言，除了物質本身的磁性特徵能產生磁場外，根據電流的磁效應，電荷的流動亦會產生磁場（請參閱第六圖），圖中所示一箭頭係電流方向，另環形箭頭係磁場方向；而地下水中通常含有多種離子，可視為電的良導體，故在地下水中通電使電荷在地下水中移動而形成電流，此流通的電流所產生的磁場將可在地表上利用精密的磁場探測裝置加以偵測分析，此外，根據電流的流動特性，電流通常選擇低阻力的優勢通路（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐａｔｈｗａｙ）流動，若在流動路徑中有高阻力的障礙物存在｛如：岩石、非水液相（Ｎｏｎ－ａｑｕｅｏｕｓ　Ｐｈａｓｅ　Ｌｉｑｕｉｄ）｝，則電荷流動的路徑就會顯得彎曲，地表上所顯現的磁場特性（Ｘ、Ｙ、Ｚ三軸之磁場強度）也會有所不同，因此地表上所測得的磁場特性可以反映地表下的狀況（如：汙染物在地下水中的沉積位置與範圍）；且汙染物的存在對於地下水原本的導電能力若產生弱化或增強的影響，該弱化或增強的現象也會影響地表偵測磁場的強弱。

　　綜上所述，該地下污染團檢測系統及其方法，其優點為：

1. 因該系統為偵測地表所顯現之磁場特性，不同磁場變化都能被加以偵測分析，改善現有偵測技術須依靠足量汙染物來產生適當解析影像的缺點。
2. 該系統所能分析汙染物種類較廣泛，尤其對於非水液相類以及含金屬離子成份類之污染團，已能由磁場變化情形判定該污染團的位置及範圍大小。
3. 由於該系統為偵測二地下水監測井間不同深度所形成之磁場特性，加以分析判讀，故能清楚描繪出地下汙染團的範圍大小及汙染源特徵。

　　為令本發明之技術手段、發明目的及達成功效有更完整及清楚的揭露，茲詳細說明如下，並請一併參閱揭示之圖式及元件符號。

　　首先，請參閱第一圖所示，係本發明之地下污染團檢測系統連接結構示意圖，其包括有：一移動式電源（１），供給系統電源；一電流控制器（２），係電性連接該移動式電源（１）；一變頻器（３），係電性連接該電流控制器（２）；二電纜線（４），該電纜線（４）於本發明較佳實施例中係為防磁電纜線，其係分別電性連接該變頻器（３）；二通電電極（５），該二通電電極（５）於本發明較佳實施例中係為二重錘式電極，該重錘式電極係進一步包括一重錘（５１）以及一電極端子（５２）；一磁場探測裝置（６），其係進一步包括一磁場感測器（６１），係電性連接該移動式電源（１）；一訊號連接器（６２），係電性連接該磁場感測器（６１）；一數據擷取盒（６３），係電性連接該訊號連接器（６２）；一攜帶型電腦（６４），係電性連接該數據擷取盒（６３）（請參閱第二圖）。

　　如上所述，於本發明之較佳實施例中，該移動式電源為一燃料發電機或一移動式電池。

　　再請一併參閱第一、三圖所示，係本發明連接結構示意圖及檢測方法作動示意圖，其檢測方法為該移動式電源（１）提供電源給該電流控制器（２），並調整需用的電流大小，該電流控制器（２）可顯示電流值的大小，再經過該變頻器（３）作電流頻率的改變，設定在無其他頻率干擾的頻率下，如此可減少該系統本身或周遭環境所發出的磁場對該磁場量測的干擾，最後電流透過該二電纜線（４）再到地下水監測井（７）中的通電電極（５），該通電電極（５）可因重錘（５１）之重力作用而減少因水的浮力對於該電極端子（５２）位置定位之影響，故能置入地下水監測井中不同的深度，而電荷在不同深度地下水中的流通路徑，能相對形成不同的電流磁場，該磁場探測裝置（６）則設置於地表上，在規劃的網格點上進行偵測。

　　又請參閱第四圖所示，係本發明之電流流動特性示意圖，圖中所示一向左箭頭係電流方向，另環形箭頭係磁場方向；電流（９）通常選擇低阻力的優勢通路流動，若在流動路徑中有高阻力的障礙物存在｛如：岩石、非水液相（８）｝，則電荷流動的路徑就會顯得彎曲，使得相對產生的磁場於Ｘ、Ｙ以及Ｚ三軸之磁場強度也產生變化，進而地表上所顯現的磁場特性也會跟電荷於流動路徑無障礙物存在時有所不同，而能進一步描繪出該汙染團的位置及範圍。

　　復請參閱第五圖所示，圖中所示一向左箭頭係電流方向，另環形箭頭係磁場方向；本發明亦可運用在檢測地表下之含金屬離子成份之污染團（８１），因地下水電流的流動路徑特性，產生高聚集電流，而形成較強的磁場特徵，可以進一步描繪出該污染團分布的範圍。

　　藉此，本發明係利用地下水監測井中不同深度之地下水電荷的流動路徑特性於地表上所產生相對之磁場特性來用以分析地下汙染團沉積位置與範圍或水文地質特徵，有助於在地表對於未知污染源進行大範圍探測，進一步提升對於地下水之汙染物範圍調查以及地下水文地質結構調查之效果。

　　前述之實施例或圖式並非限定本發明之結構樣態或尺寸，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)．．．移動式電源

(2)．．．電流控制器

(3)．．．變頻器

(4)．．．電纜線

(5)．．．通電電極

(51)．．．重錘

(52)．．．電極端子

(6)．．．磁場探測裝置

(61)．．．磁場感測器

(62)．．．訊號連接器

(63)．．．數據擷取盒

(64)．．．攜帶型電腦

(7)．．．地下水監測井

(8)．．．非水液相

(81)．．．汙染團

(9)．．．電流

第一圖：係本發明地下污染團檢測系統之連接結構示意圖

第二圖：係本發明之磁場探測裝置連接結構示意圖

第三圖：係本發明之檢測方法作動示意圖

第四圖：係本發明之電流流動特性示意圖

第五圖：係本發明之高聚集電流流動特性示意圖

第六圖：係電流磁效應示意圖

(1)．．．移動式電源

(2)．．．電流控制器

(3)．．．變頻器

(4)．．．電纜線

(5)．．．通電電極

(6)．．．磁場探測裝置

(7)．．．地下水監測井

Claims (10)

1. 一種地下污染團檢測系統，其係適用於地下水監測井，該地下污染團檢測系統包括有：
   　　一移動式電源，供給系統電源；
   　　一電流控制器，電性連接該移動式電源，用以調整電流大小；
   　　一變頻器，電性連接該電流控制器，用以調整至適當頻率；
   　　二電纜線，分別電性連接該變頻器；
   　　二通電電極，分別置放於該地下水監測井中，用以提供電荷於地下水中；以及
   　　一 磁場探測裝置，係設置於地表上，用以偵測地表下電流所產生之磁場。
2. 如申請專利範圍第１項所述之地下污染團檢測系統，其中，該電纜線為防磁電纜線。
3. 如申請專利範圍第１項所述之地下污染團檢測系統，其中，該通電電極為一重錘式電極。
4. 如申請專利範圍第３項所述之地下污染團檢測系統，其中，該重錘式電極，係包括一重錘及一電極端子。
5. 如申請專利範圍第１項所述之地下污染團檢測系統，其中，該磁場探測裝置係包括一攜帶型電腦、一數據擷取盒、一訊號連接器以及一磁場感測器。
6. 如申請專利範圍第１項所述之地下污染團檢測系統，其中，該移動式電源係燃料發電機或移動式電池其中之一。
7. 一種地下污染團檢測方法，其係適用於地下水監測井，該地下污染團檢測方法為利用一電流控制器提供適當電流，並經過一變頻器調整，設定電流頻率在無其他頻率干擾下，最後電流透過電纜線再到一通電電極，使電荷在地下水中移動而形成一流動路徑，而此流動路徑所產生的磁場，經由設置地表上一磁場探測裝置測得磁場特性，用以分析地下污染團的狀況。
8. 如申請專利範圍第７項所述之地下污染團檢測方法，其中，該電纜線為防磁電纜線。
9. 如申請專利範圍第７項所述之地下污染團檢測方法，其中，該通電電極為一重錘式電極。
10. 如申請專利範圍第７項所述之地下污染團檢測方法，其中，該磁場探測裝置係包括一攜帶型電腦、一數據擷取盒、一訊號連接器以及一磁場感測器。