利用聯合剖面視電阻率曲線定位人工溼地堵塞區域的方法

2023-05-27 14:42:51 1

利用聯合剖面視電阻率曲線定位人工溼地堵塞區域的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用聯合剖面視電阻率曲線定位人工溼地堵塞區域的方法。在人工溼地上方布置聯合剖面視電阻率測量裝置，按視電阻率剖面測量方式進行逐點測量。測量裝置的供電正極A、B和測量電極M、測量電極N均對稱於測量點O布設，AO選擇兩個極距進行測量；「無窮遠」的C極垂直於測線方向布極。將AO=H/3和H測量到的視電阻率用實線、用虛線分別繪製聯合剖面視電阻率曲線。如果該測線存在堵塞問題，則聯合剖面視電阻率曲線會出現「高阻反交點」特徵，根據高阻反交點出現的位置可以確定堵塞區域在橫向上的位置；根據兩個極距的視電阻率曲線特徵，大致判斷堵塞區域在縱向上的分布位置，即確定堵塞區域在該測線上的空間分布。
【專利說明】利用聯合剖面視電阻率曲線定位人工溼地堵塞區域的方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於汙水處理【技術領域】，具體涉及一種利用聯合剖面視電阻率曲線定位人 工溼地堵塞區域的方法。

【背景技術】
[0002] 人工溼地汙水處理技術是20世紀70年代興起的一種汙水處理生態工程新技術， 由於具有靈活性好、投資少、能耗低、去汙能力較強、管理方便、無二次汙染等優點，應用日 益普遍。然而近年來，人工溼地在運行過程中頻繁出現堵塞等問題，淨化性能下降，使用年 限縮短。如美國及英國的355個潛流人工溼地中，近一半在使用五年內發生堵塞，填料水力 傳導率大幅下降，80%的水流直接由床體表面越流排出系統，出水水質惡化，服務年限由設 計時的50-100年降低為10年、5年甚至更短；國內的白泥坑、雁田、沙田等人工溼地也出現 了不同程度的堵塞現象。可見，人工溼地系統內部的堵塞問題已嚴重影響到人工溼地的持 久、商效運行。
[0003] 目前，對人工溼地發生堵塞判斷的研究方法比較單一，都是基於示蹤實驗的表觀 水力停留時間（HRT)和停留時間分布（RDT)來研究人工溼地水力性能特徵，並通過人工溼 地水力性能來確定人工溼地是否發生堵塞。然而這種確定堵塞的方法都是針對人工溼地整 體進行評價的，無法對堵塞區域進行定位，致使在治理堵塞的時候只能針對於人工溼地整 體進行更換填料或疏通，時間成本高、經濟效益差。因此，針對人工溼地堵塞區域的準確定 位是亟待解決的問題。
[0004] 電阻率法是以介質的導電性差異為基礎，通過觀測和研究人工建立的穩定電流場 的分布規律來探測介質結構，了解介質分布特徵。電阻率法現在主要應用於礦產勘查、工程 勘察、城市地質環境勘察等領域，方法比較成熟。近年來已經被獨立或者聯合應用於填埋垃 圾、石油洩漏、地下水汙染和鹹淡水共存區調查等環境領域，取得了較好的效果。而聯合剖 面法是電阻率法的其中一種研究方法，它是由兩組三極裝置聯合進行探測的一種視電阻率 測量方法，因為它同時利用視電阻率曲線形態和兩條視電阻率曲線的差異探測異常，具有 對異常的分辨能力強、異常明顯的優點，可有效地應用於人工溼地堵塞區域研究。
[0005] 所以，本發明針對人工溼地的堵塞區域定位研究的盲區和難點，提出一種利用聯 合剖面視電阻率曲線特徵來定位人工溼地堵塞區域的方法。該方法是以堵塞填料區域及未 堵塞填料區域的導電性差異為基礎，通過測量和研究人工建立的穩定電流場的分布規律， 特別是聯合剖面的兩條視電阻率曲線的交點特徵，了解堵塞分布特徵，達到探測人工溼地 堵塞區域的目的。該思路未見文獻報導。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的是針對人工溼地存在的堵塞問題，提供一種利用聯合剖面視電阻率 曲線定位人工溼地堵塞區域的方法，該方法簡單易行，可填補人工溼地堵塞區域定位的技 術空白。
[0007] 具體步驟為：
[0008] (1)在人工溼地上方布置聯合剖面測線，測線沿人工溼地長軸方向布置，以儘量加 大聯合剖面測量長度；測線間距根據人工溼地規模和堵塞區域定位精度要求適當調整，一 般採用20?100cm ;測點間距也是根據人工溼地規模和堵塞區域定位測量精度要求適當調 整，一般米用10?50cm。
[0009] (2)在步驟（1)布置好的聯合剖面測線上布置聯合剖面裝置AMN…MNB，聯合剖面 裝置由兩個對稱的三極裝置組成，即r AM = Γνβ ;記錄點取MN的中點0,即測量點；其中電源 負極接到置於"無窮遠"的C極，"無窮遠"的C極垂直於測線方向布極，並且距離測線大於 5倍Α0 ;電源正極可分別接至Α極或Β極；供電電極Α和Β、測量電極Μ和Ν均對稱於測量 點〇布設；供電電極Α或Β到測量電極麗中點的距離記為Α0或Β0,在測量時Α0選擇兩個 極距進行測量，即AO = H/3和H，其中Η為人工溼地填料深度。
[0010] (3)接下來首先按AO = Η/3布置好聯合剖面裝置ΑΜΝ °〇 ΜΝΒ，裝置從測線的一端 開始沿測線逐點移動，每個測點觀測兩次，一次是ΑΜΝ裝置，電源正極接在Α極上，電源負極 接在"無窮遠"的C極上，測量後所得的視電阻率用表示；另一次是MNB裝置，電源正極 轉接在Β極上，電源負極接在"無窮遠"的C極上，測量後所得的視電阻率用pf表示。
[0011] (4)根據步驟⑶測量的結果， pf，交點右邊< pf時稱交點為正 交點；當交點左邊 pf時稱交點為反交點；另外，當交點處Ps> Pi，即視電阻率大於背景電阻率時，稱為高阻交點；當交點處Ps< Pi，即視電阻率小於背 景電阻率時，稱為低阻交點。
[0012] (5)再按AO = H、"無窮遠"的C極距離測線垂直距離大於5倍A0布置聯合剖面裝 置ΑΜΝαΜΝΒ，按步驟（3)和步驟（4)完成該測線的測量。
[0013] (6)人工溼地的未堵塞區域表現為相對低電阻率特性，人工溼地堵塞區域表現為 相對高電阻率特徵，在聯合剖面視電阻率曲線上，根據和pf兩條曲線的交點特徵和分離 特徵，確定堵塞區域在該測線上的空間位置；如果該測線存在堵塞問題，則聯合剖面視電阻 率曲線會出現"高阻反交點"特徵，根據高阻反交點出現的位置可以確定堵塞區域在橫向上 的位置；根據兩個極距即AO = H/3和Η的視電阻率曲線特徵，能夠大致判斷堵塞區域在縱 向上的分布位置，即確定堵塞區域在該測線上的空間分布。
[0014] (7)按步驟（2)?（6)繼續完成其它測線的測量，即能完整確定堵塞區域在三維空 間上的分布，實現堵塞區域的三維定位。
[0015] 本發明的有益效果是：本發明方法針對人工溼地的堵塞區域定位研究缺乏的問 題，提出一種利用聯合剖面視電阻率法來確定人工溼地的堵塞區域，該方法是以介質的導 電性差異為基礎，通過測量人工溼地堵塞區域與未堵塞區域的視電阻率差異，特別是聯合 剖面的兩條視電阻率曲線的交點特徵，實現人工溼地堵塞區域的定位，解決了人工溼地堵 塞區域無法精確定位的技術難題。在實際人工溼地堵塞區域定位中已取得很好的效果，該 技術通過推廣，將為人工溼地的持續、高效運行提供強有力的技術保障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明實施例1和2聯合剖面法測量布點示意圖。
[0017] 圖中標記：1_1未堵塞區域人工溼地床體；1-2人工溼地堵塞區域；1-3聯合剖面 測線電極布設點。
[0018] 圖2為本發明實施例1和2聯合剖面測量裝置示意圖。
[0019] 圖中標記：2_1為供電正極轉換開關；2-2為"無窮遠"的C極；2-3為供電電極A 極；2-4為測量電極Μ ;2-5為測量點位置0 ;2-6為測量電極N ;2-7為供電電極B極。
[0020] 圖3為本發明實施例1未發生堵塞的人工溼地聯合剖面視電阻率曲線圖。
[0021] 圖中標記：3-1三極裝置ΑΜΝ測得的視電阻率曲線（/< ) ; 3-2三極裝置ΜΝΒ測 得的視電阻率曲線（pf )。
[0022] 圖4為本發明實施例2發生堵塞的人工溼地小極距聯合剖面視電阻率曲線圖。
[0023] 圖中：4_1三極裝置AMN測得的視電阻率曲線（Z ) ; 4-2三極裝置MNB測得的 視電阻率曲線（4-3高阻反交點。
[0024] 圖5本發明實施例2發生堵塞的人工溼地大極距聯合剖面視電阻率曲線圖。
[0025] 5-1三極裝置AMN測得的視電阻率曲線（psA ) ; 5-2三極裝置MNB測得的視電阻 率曲線（Μ ); 5-3高阻反交點。

【具體實施方式】
[0026] 下面結合具體實施例，進一步闡明本發明。
[0027] 本發明方法的工作原理是：一般人工溼地的未堵塞區域表現為相對低電阻率特 性，人工溼地堵塞堵塞區域表現為相對高電阻率特徵，如果人工溼地存在堵塞區域，在聯合 剖面視電阻率曲線上將出現"高阻反交點"，根據高阻反交點出現的位置可確定堵塞區域的 橫向位置；根據兩個極距（AO = Η/3和Η)的聯合剖面視電阻率曲線特徵，能夠大致判斷堵 塞區域在縱向上的分布位置，如此即確定堵塞區域在該測線上的空間分布。下面是在該原 理指導下同一構思的兩個具體實施方案。
[0028] 實施例1 :
[0029] 未發生堵塞的人工溼地聯合剖面視電阻率測量。
[0030] (1)如圖1、2所示，首先在布設好的聯合剖面測線電極布設點1-3上布置聯合剖 面裝置進行測量，測量電極Μ2-4和測量電極Ν2-6間距10cm，供電電極正極為Α極2-3和Β 極2-7,供電電極負極為"無窮遠"的C極2-2。
[0031] (2)布置"無窮遠"的C極2-2, C極垂直於測線方向布極，並且距離測線距離為 200cm。
[0032] (3)按AO = 35cm (人工溼地實例填料深度約100cm)布置好A極2-3和B極2-7， 聯合剖面裝置從測線的一端開始沿測線逐點移動，每個測點觀測兩次，一次是AMN裝置，電 源正極接在A極2-3上，電源負極接在"無窮遠"的C極2-2上，測量後所得的視電阻率用 表示；另一次是MNB裝置，電源正極轉接在B極2-7上，電源負極接在"無窮遠"的C極 2-2上，測量後所得的視電阻率用pf表示。
[0033] (4)根據步驟⑶測量的結果，繪製聯合剖面視電阻率曲線（圖3)，其中//用實 線3_1，pf用虛線3_2。
[0034] (5)再按A0 = 95、"無窮遠"的C極距離測線垂直距離500cm布置聯合剖面裝置後， 按步驟（3)和步驟（4)完成該測線的測量（測量得到的圖形與圖3類似，這裡不再繪製）。
[0035] (6)從圖3的聯合剖面視電阻率曲線上可以看出，兩條曲線基本沒發生很大的岐 離帶，基本同步跳躍，並趨於重合，雖然曲線也存在一個正交點和一個反交點，但既不是"高 阻反交點"也不是"低阻正交點"（低阻正交點表示介質存在低阻異常體），交點沒有任何意 義，所以可以判斷該測線下方的人工溼地不存在堵塞區域。
[0036] 實施例2 :
[0037] 存在堵塞區域的人工溼地聯合剖面視電阻率測量。
[0038] (1)如圖1、2所示，首先在布設好的聯合剖面測線電極布設點1-3上布置聯合剖 面裝置進行測量，測量電極M2-4和測量電極N2-6間距10cm，供電電極正極為A極2-3和B 極2-7,供電電極負極為"無窮遠"的C極2-2。
[0039] (2)布置"無窮遠"的C極2-2, C極應垂直於測線方向布極，並且距離測線距離為 200cm。
[0040] (3)按AO = 35cm (人工溼地實例填料深度約100cm)布置好A極2-3和B極2-7， 聯合剖面裝置從測線的一端開始沿測線逐點移動，每個測點觀測兩次，一次是AMN裝置，電 源正極接在A極2-3上，電源負極接在"無窮遠"的C極2-2上，測量後所得的視電阻率用 表示；另一次是MNB裝置，電源正極轉接在B極2-7上，電源負極接在"無窮遠"的C極 2-2上，測量後所得的視電阻率用pss表示。
[0041] (4)根據步驟⑶測量的結果，繪製聯合剖面視電阻率曲線（圖4)，其中ps A用實 線4_1，pf用虛線4_2。
[0042] (5)再按A0 = 95、C極距離測線垂直距離500cm布置聯合剖面裝置後，按步驟（3) 和步驟（4)完成該測線的測量，繪製出聯合剖面視電阻率曲線（圖5)。
[0043] (6)從圖4和圖5的聯合剖面視電阻率曲線上可以看出，兩條曲線發生很大的岐離 帶，並且都出現了"高阻反交點"4-3和5-3,表明下方存在高阻的堵塞區域；並且根據"高阻 反交點"的交點坐標可確定堵塞區域中心在人工溼地表面的投影位置；另外，比較圖4和圖 5可以看出，圖4中和pf的岐離帶幅度比圖5的幅度大，而對於這種面積性的高阻異常， 當A0相對於地質體的規模和埋深大得不太多時，p#和曲線岐離帶明顯；而當A0相對於 地質體的規模和埋深大得很多時，和PsS曲線岐離帶幅度逐漸變小，甚至幾乎變成一條 曲線，從這點特徵來說，該堵塞區域埋深較淺，大致判斷其位於人工溼地上部。
[0044] (7)可按步驟（2)?（6)繼續完成其它測線的測量，即完整確定堵塞區域在三維空 間上的分布，實現堵塞區域的三維定位。
[0045] 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不 用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員依據本發明的技術實質對 以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種利用聯合剖面視電阻率曲線定位人工溼地堵塞區域的方法，其特徵在於具體步 驟為： (1) 在人工溼地上方布置聯合剖面測線，測線沿人工溼地長軸方向布置，以儘量加大聯 合剖面測量長度；測線間距根據人工溼地規模和堵塞區域定位精度要求適當調整，一般採 用20?IOOcm;測點間距也是根據人工溼地規模和堵塞區域定位測量精度要求適當調整， 一般採用10?50cm; (2) 在步驟（1)布置好的聯合剖面測線上布置聯合剖面裝置AMN?MNB，聯合剖面裝置 由兩個對稱的三極裝置組成，即rAM =rNB ;記錄點取MN的中點0,即測量點；其中電源負極 接到置於"無窮遠"的C極，"無窮遠"的C極垂直於測線方向布極，並且距離測線大於5倍 AO;電源正極可分別接至A極或B極；供電電極A和B、測量電極M和N均對稱於測量點0 布設；供電電極A或B到測量電極麗中點的距離記為AO或B0,在測量時AO選擇兩個極距 進行測量，即AO=H/3和H，其中H為人工溼地填料深度； (3) 接下來首先按AO=H/3布置好聯合剖面裝置AMN…MNB，裝置從測線的一端開始 沿測線逐點移動，每個測點觀測兩次，一次是AMN裝置，電源正極接在A極上，電源負極接在 "無窮遠"的C極上，測量後所得的視電阻率用ps4表示；另一次是MNB裝置，電源正極轉接在B極上，電源負極接在"無窮遠"的C極上，測量後所得的視電阻率用pf表示； (4) 根據步驟（3)測量的結果，用實線、pss用虛線繪製聯合剖面視電阻率曲線，這 兩條曲線的相交點稱為交點；當交點左邊>PsS，交點右邊/^ / P1，即視電阻率大於背景電阻率時，稱為高阻交點；當交點處Ps<P1，即視電阻率小於背 景電阻率時，稱為低阻交點； (5) 再按AO=H、"無窮遠"的C極距離測線垂直距離大於5倍AO布置聯合剖面裝置 AMN…MNB，按步驟（3)和步驟⑷完成該測線的測量； (6) 人工溼地的未堵塞區域表現為相對低電阻率特性，人工溼地堵塞區域表現為相對 高電阻率特徵，在聯合剖面視電阻率曲線上，根據Pf和兩條曲線的交點特徵和分離特 徵，確定堵塞區域在該測線上的空間位置；如果該測線存在堵塞問題，則聯合剖面視電阻率 曲線會出現"高阻反交點"特徵，根據高阻反交點出現的位置可以確定堵塞區域在橫向上的 位置；根據兩個極距即AO=H/3和H的視電阻率曲線特徵，能夠大致判斷堵塞區域在縱向 上的分布位置，即確定堵塞區域在該測線上的空間分布； (7) 按步驟（2)?（6)繼續完成其它測線的測量，即能完整確定堵塞區域在三維空間上 的分布，實現堵塞區域的三維定位。
【文檔編號】G01V3/04GK104267437SQ201410437150
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】丁彥禮, 白少元, 解慶林 申請人:桂林理工大學