一种城市浅层地下水污染监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种城市浅层地下水污染监测方法及装置，用于城市浅层地下水污染环境监测，所述的装置包括测量主机、控制交叉箱体、电源发生器、测量大线、测量电极和无穷远参考电极，监测方法包括根据城市不同赋存的浅层地下水体，施加地电场的点电极和长电极分别通过切换开关电源发生器的正极，其中长电极深入浅水层以下，无穷远参考电极开关电源发生器的负极，与大地形成回路，监测区域采用五星双环状或多线状观测方式，由于地下水受污染后电阻率发生明显变化，则测量电极将监测到地电场的电位与无穷远参考电极的异常变化，综合点电极和长电极观测结果对监测数据地球物理反演成像，可以直观的推测地下水的污染情况、污染区域和深度信息。

【技术实现步骤摘要】
一种城市浅层地下水污染监测方法及装置
本专利技术涉及城市浅层地下水监测领域，具体而言，涉及一种用于城市浅层地下水污染环境监测的地球物理方法及装置。
技术介绍
随着城市工业化快速发展，同时造成的浅层地下水污染和破坏日益加剧，对生态环境质量也带来了不利影响。城市浅层地下水受各种污染源综合作用的影响，包括污水处理厂排污、垃圾填埋场的沥出液、工厂排污、排水管道渗漏、大气沉降、建筑垃圾及游乐场排污等。因此，能够准确及时地对城市浅层地下水污染情况进行有效的监测，对改善城市浅层地下水环境质量，对生态建设、工业发展及居民生活有重要意义。现有城市浅层地下水监测方法主要采用定期在监测井中取样，用水化学方法分析水样中污染物成分和浓度，进而确定地下水的污染状况。显然，该方法费时、费力，采样分析结果具有滞后性，也不能给出地下污染水体的边界范围。城市的各种污染会造成地下水中的硝酸根离子浓度的增加，在一些工业发展水平较高的城市和地区，地下水中致癌性重金属严重超标，硝酸根离子浓度的增加和重金属渗透会使浅层地下水的电导率显著提高。地下受污染水体的电学性能与未污染水体及周围环境在电阻率等物理特性方面具有显著差异。因此，寻找一种快速有效的方法，能对城市浅层地下水进行长期监测已经迫在眉睫。地球物理方法主要用于探测地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成演化，在工程、环保、矿产等方面有非常广泛的应用，其中电法勘探在地下水勘测方面具有显著优势。
技术实现思路
为了解决上述现有技术所存在的问题，本专利技术公开了一种城市浅层地下水污染监测方法及装置，为城市浅层地下水的安全利用及污染治理提供科学依据。1）所述的一种城市浅层地下水污染监测方法及装置的方案包括测量主机，控制交叉箱体，电源发生器，测量大线，测量电极，无穷远参考电极。2）根据城市不同赋存条件下浅层地下水体，布置人工施加电场的供电电极，包括点电极和长电极，其中长电极电极需要深入地下浅水层，足够远处布置点电极及长电极的回路电极，即无穷远参考电极，一般而言，无穷远参考电极距离应大于潜水面赋存深度的5倍以上。3）根据地面观测条件，在地面布置测量电极，若地形平坦地区，采用五星双环状观测方式；对于公路或建筑物地下水的监测，可采用多线状观测方式。4）供电电源通过电源转换开关，利用长电极和传统电极分别对大地施加直流电场。5）由于地下水受污染后，电阻率发生明显变化，长电极和点电极在直流电流激励作用下，地电场的分布将发生明显变化，地面布置的地电场测量电极分别观测长电极和点电极在电流激励作用下的地电场变化。6）对城市浅层地下水建立地质物理模型，对采集到测量地电场电位变化数据，通过地球物理反演成像获得地下水的污染分布状况。6）作为可选方案，可采用监测孔垂直方向观测地电场的变化状况，同样，通过地球物理反演成像获得地下水的污染分布状况。本专利技术的有益效果：通过长电极深入城市浅层地下水体，并与点电极相结合的方法，实现对城市浅层地下水污染状况及时监测，较现有地下水监测井中取样，用水化学方法分析技术，长电极深入城市浅层地下水体能够获得更高信噪比的地电场电位异常变化，长电极与传统电极结合能够更快捷、准确的分析地下水污染空间分布特征等信息，从而提高城市浅层地下水监测效果，为生态环境评价和治理提供依据。附图说明图1是用于城市浅层地下水污染环境监测方法的模型示意图。图2是用于城市浅层地下水污染环境监测装置的结构图。图3是用于城市浅层地下水污染环境监测方法的五星双环状观测示意图。图4是用于城市浅层地下水污染环境监测方法的平行线状观测示意图。图5是本专利技术实施例污染和无污染时点电极激励下观测的电位变化曲线。图6是本专利技术实施例污染和无污染时长电极激励观测的电位变化曲线。图7是本专利技术实施例五星双环状观测反演污染分布形态示意图。其中图2中，1-测量主机，2-控制交叉箱体，3-电源发生器，4-测量大线，5-测量电极，6-无穷远参考电极。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。请参照图1，为本专利技术实施例提供的一种城市浅层地下水污染环境监测方法方法的模型示意图。所述的模型示意图中，城市浅地层包括基地隔水层、浅水层和第四系覆盖层；长电极深入浅水层水体，同时附近有点电极，长电极和点电极通过切换开关接入供电电源的正极，电源的负极接无穷远处的参考电极电极，即与供电正极形成回路电极，无穷远参考电极距离为浅水层深度5倍以上；地面布置地电场的测量电极，或者在附近钻孔，并在孔中布置地电场的测量电极。请参照图2，为本专利技术实施例提供的用于城市浅层地下水污染环境监测装置的结构图。所述的结构框图中：1-测量主机为PC机（或笔记本电脑），主要功能包括人机交互、数据存储、野外测量数据预处理等；2-控制交叉箱体为实现数字电极、PC主机与电源发生器的适配器的功能，包括接收测量主机发送的命令，并将指令分别发送至地电场测量电极，测量电源发生器供电电流，将测量电极传回的测量数据传送至测量主机；3-电源发生器主要产生电法测量中的直流或方波等供电电源，其中正极通过转换开关接入长电极或点电极，负极接入无穷远参考电极；4-测量大线含有通讯线和供电电源线，将控制箱体与所测量电极连接起来，用于供电和数据通讯作用；5-地电场测量电极接收控制箱体的指令，测量地电场与无穷远公共极的电位差，并将测量结果发送至控制箱体；6-无穷远参考电极接入电源发生器的负极，为长电极或点电极与大地形成供电回路，同时作为地电场测量时的电位参考，或称为基准电位。具体实施中，所述的供电装置通过长电极、点电极、测量电极和无穷远参考电极与大地紧密耦合，其中电源发生器通过长电极或点电极给大地施加稳定的电场，则测量电极能够测量地电场与参考电极之间的电位差，若浅层水被污染后，测量电极即能及时观测到地电场的异常变化，具体实施包括如下步骤。步骤一、首先钻孔方法调查监测区域岩土及水文地质背景情况，并将长电极深入浅水面以下地层，即城市浅层浅水体，同时布置一个点电极。步骤二、在距离长电极和点电极相当于浅水层赋存深度5倍以上的距离布置无穷远参考极。步骤三、长电极和点电极通过切换开关接入电源发生器的正极，无穷远参考电极接入电源发生器的负极。步骤四、在所述长电极和点电极周围布置地电场测量电极，采用附图3所述五星双环状地电场观测方式。作为一种可选方案，对于无法实施五星双环状观测的公路或建筑地段等，可采用附图4所述平行线状地电场观测方式。步骤五、电源发生器正极通过长电极对城市浅层地质激励的直流电场，同时测量电极测量地电场的电位变化；然后，电源发生器切换正极到点电极对城市浅层地质激励的直流电场，同时测量电极测量地电场电位变化。若浅层水发生污染等导致电阻率发生变化，则测量电极将能够及时观测到电位异常，通过污染前后的电位变化可以推测地下水污染分布范围。例如，在点电极激励电流作用下，地下水体被污染后，电导率增大，吸收更多地电场分布电流，地表电位随之降低，观测地电场电位浅层水污染前后的电位变化，可以分析污染区边界内，如图5所示。同样，在长电极作用下，可以将更多的激励电流传送至地下，地下水体被污染后，电导率增大，激励电流通过水体使得污染区上部地表电位明显增大，而在污染区边界处电位下降速率有明显改变，通过污染前后对比亦能够分析污染区边界内，如图6所示。综合点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市浅层地下水污染监测方法及装置，包括测量主机，控制交叉箱体，电源发生器，测量大线，测量电极，无穷远参考电极，根据城市赋存条件下浅层地下水体，布置人工施加地电场的供电电极，包括传统点电极和长电极，其中长电极深入浅层面以下，足够远处布置点电极及长电极的回路电极，即无穷远参考电极，同时，根据地面观测条件，在地面布置五星双环状的地电场测量电极，通过对观测区域建立地质物理模型，根据测量电极监测的地电场异常情况反演成像地下水污染区域分布状况。

【技术特征摘要】
1.一种城市浅层地下水污染监测方法及装置，包括测量主机，控制交叉箱体，电源发生器，测量大线，测量电极，无穷远参考电极，根据城市赋存条件下浅层地下水体，布置人工施加地电场的供电电极，包括传统点电极和长电极，其中长电极深入浅层面以下，足够远处布置点电极及长电极的回路电极，即无穷远参考电极，同时，根据地面观测条件，在地面布置五星双环状的地电场测量电极，通过对观测区域建立地质物理模型，根据测量电极监测的地电场异常情况反演成像地下水污染区域分布状况。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓斌，崔少北，杨振威，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41