利用联合剖面视电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用联合剖面视电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法。在人工湿地上方布置联合剖面视电阻率测量装置，按视电阻率剖面测量方式进行逐点测量。测量装置的供电正极A、B和测量电极M、测量电极N均对称于测量点O布设，AO选择两个极距进行测量；“无穷远”的C极垂直于测线方向布极。将AO=H/3和H测量到的视电阻率用实线、用虚线分别绘制联合剖面视电阻率曲线。如果该测线存在堵塞问题，则联合剖面视电阻率曲线会出现“高阻反交点”特征，根据高阻反交点出现的位置可以确定堵塞区域在横向上的位置；根据两个极距的视电阻率曲线特征，大致判断堵塞区域在纵向上的分布位置，即确定堵塞区域在该测线上的空间分布。
【专利说明】利用联合剖面视电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污水处理【技术领域】，具体涉及一种利用联合剖面视电阻率曲线定位人 工湿地堵塞区域的方法。
【背景技术】
[0002] 人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种污水处理生态工程新技术， 由于具有灵活性好、投资少、能耗低、去污能力较强、管理方便、无二次污染等优点，应用日 益普遍。然而近年来，人工湿地在运行过程中频繁出现堵塞等问题，净化性能下降，使用年 限缩短。如美国及英国的355个潜流人工湿地中，近一半在使用五年内发生堵塞，填料水力 传导率大幅下降，80%的水流直接由床体表面越流排出系统，出水水质恶化，服务年限由设 计时的50-100年降低为10年、5年甚至更短；国内的白泥坑、雁田、沙田等人工湿地也出现 了不同程度的堵塞现象。可见，人工湿地系统内部的堵塞问题已严重影响到人工湿地的持 久、商效运行。
[0003] 目前，对人工湿地发生堵塞判断的研究方法比较单一，都是基于示踪实验的表观 水力停留时间（HRT)和停留时间分布（RDT)来研究人工湿地水力性能特征，并通过人工湿 地水力性能来确定人工湿地是否发生堵塞。然而这种确定堵塞的方法都是针对人工湿地整 体进行评价的，无法对堵塞区域进行定位，致使在治理堵塞的时候只能针对于人工湿地整 体进行更换填料或疏通，时间成本高、经济效益差。因此，针对人工湿地堵塞区域的准确定 位是亟待解决的问题。
[0004] 电阻率法是以介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的稳定电流场 的分布规律来探测介质结构，了解介质分布特征。电阻率法现在主要应用于矿产勘查、工程 勘察、城市地质环境勘察等领域，方法比较成熟。近年来已经被独立或者联合应用于填埋垃 圾、石油泄漏、地下水污染和咸淡水共存区调查等环境领域，取得了较好的效果。而联合剖 面法是电阻率法的其中一种研究方法，它是由两组三极装置联合进行探测的一种视电阻率 测量方法，因为它同时利用视电阻率曲线形态和两条视电阻率曲线的差异探测异常，具有 对异常的分辨能力强、异常明显的优点，可有效地应用于人工湿地堵塞区域研究。
[0005] 所以，本发明针对人工湿地的堵塞区域定位研究的盲区和难点，提出一种利用联 合剖面视电阻率曲线特征来定位人工湿地堵塞区域的方法。该方法是以堵塞填料区域及未 堵塞填料区域的导电性差异为基础，通过测量和研究人工建立的稳定电流场的分布规律， 特别是联合剖面的两条视电阻率曲线的交点特征，了解堵塞分布特征，达到探测人工湿地 堵塞区域的目的。该思路未见文献报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对人工湿地存在的堵塞问题，提供一种利用联合剖面视电阻率 曲线定位人工湿地堵塞区域的方法，该方法简单易行，可填补人工湿地堵塞区域定位的技 术空白。
[0007] 具体步骤为：
[0008] (1)在人工湿地上方布置联合剖面测线，测线沿人工湿地长轴方向布置，以尽量加 大联合剖面测量长度；测线间距根据人工湿地规模和堵塞区域定位精度要求适当调整，一 般采用20?100cm ;测点间距也是根据人工湿地规模和堵塞区域定位测量精度要求适当调 整，一般米用10?50cm。
[0009] (2)在步骤（1)布置好的联合剖面测线上布置联合剖面装置AMN…MNB，联合剖面 装置由两个对称的三极装置组成，即r AM = Γνβ ;记录点取MN的中点0,即测量点；其中电源 负极接到置于"无穷远"的C极，"无穷远"的C极垂直于测线方向布极，并且距离测线大于 5倍Α0 ;电源正极可分别接至Α极或Β极；供电电极Α和Β、测量电极Μ和Ν均对称于测量 点〇布设；供电电极Α或Β到测量电极丽中点的距离记为Α0或Β0,在测量时Α0选择两个 极距进行测量，即AO = H/3和H，其中Η为人工湿地填料深度。
[0010] (3)接下来首先按AO = Η/3布置好联合剖面装置ΑΜΝ °〇 ΜΝΒ，装置从测线的一端 开始沿测线逐点移动，每个测点观测两次，一次是ΑΜΝ装置，电源正极接在Α极上，电源负极 接在"无穷远"的C极上，测量后所得的视电阻率用表示；另一次是MNB装置，电源正极 转接在Β极上，电源负极接在"无穷远"的C极上，测量后所得的视电阻率用pf表示。
[0011] (4)根据步骤⑶测量的结果，<用实线、pf用虚线绘制联合剖面视电阻率曲线， 这两条曲线的相交点称为交点；当交点左边> pf，交点右边< pf时称交点为正 交点；当交点左边< pf，交点右边/^ > pf时称交点为反交点；另外，当交点处Ps> Pi，即视电阻率大于背景电阻率时，称为高阻交点；当交点处Ps< Pi，即视电阻率小于背 景电阻率时，称为低阻交点。
[0012] (5)再按AO = H、"无穷远"的C极距离测线垂直距离大于5倍A0布置联合剖面装 置ΑΜΝαΜΝΒ，按步骤（3)和步骤（4)完成该测线的测量。
[0013] (6)人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，人工湿地堵塞区域表现为 相对高电阻率特征，在联合剖面视电阻率曲线上，根据和pf两条曲线的交点特征和分离 特征，确定堵塞区域在该测线上的空间位置；如果该测线存在堵塞问题，则联合剖面视电阻 率曲线会出现"高阻反交点"特征，根据高阻反交点出现的位置可以确定堵塞区域在横向上 的位置；根据两个极距即AO = H/3和Η的视电阻率曲线特征，能够大致判断堵塞区域在纵 向上的分布位置，即确定堵塞区域在该测线上的空间分布。
[0014] (7)按步骤（2)?（6)继续完成其它测线的测量，即能完整确定堵塞区域在三维空 间上的分布，实现堵塞区域的三维定位。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明方法针对人工湿地的堵塞区域定位研究缺乏的问 题，提出一种利用联合剖面视电阻率法来确定人工湿地的堵塞区域，该方法是以介质的导 电性差异为基础，通过测量人工湿地堵塞区域与未堵塞区域的视电阻率差异，特别是联合 剖面的两条视电阻率曲线的交点特征，实现人工湿地堵塞区域的定位，解决了人工湿地堵 塞区域无法精确定位的技术难题。在实际人工湿地堵塞区域定位中已取得很好的效果，该 技术通过推广，将为人工湿地的持续、高效运行提供强有力的技术保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例1和2联合剖面法测量布点示意图。
[0017] 图中标记：1_1未堵塞区域人工湿地床体；1-2人工湿地堵塞区域；1-3联合剖面 测线电极布设点。
[0018] 图2为本发明实施例1和2联合剖面测量装置示意图。
[0019] 图中标记：2_1为供电正极转换开关；2-2为"无穷远"的C极；2-3为供电电极A 极；2-4为测量电极Μ ;2-5为测量点位置0 ;2-6为测量电极N ;2-7为供电电极B极。
[0020] 图3为本发明实施例1未发生堵塞的人工湿地联合剖面视电阻率曲线图。
[0021] 图中标记：3-1三极装置ΑΜΝ测得的视电阻率曲线（/< ) ; 3-2三极装置ΜΝΒ测 得的视电阻率曲线（pf )。
[0022] 图4为本发明实施例2发生堵塞的人工湿地小极距联合剖面视电阻率曲线图。
[0023] 图中：4_1三极装置AMN测得的视电阻率曲线（Z ) ; 4-2三极装置MNB测得的 视电阻率曲线（4-3高阻反交点。
[0024] 图5本发明实施例2发生堵塞的人工湿地大极距联合剖面视电阻率曲线图。
[0025] 5-1三极装置AMN测得的视电阻率曲线（psA ) ; 5-2三极装置MNB测得的视电阻 率曲线（Μ ); 5-3高阻反交点。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
[0027] 本发明方法的工作原理是：一般人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特 性，人工湿地堵塞堵塞区域表现为相对高电阻率特征，如果人工湿地存在堵塞区域，在联合 剖面视电阻率曲线上将出现"高阻反交点"，根据高阻反交点出现的位置可确定堵塞区域的 横向位置；根据两个极距（AO = Η/3和Η)的联合剖面视电阻率曲线特征，能够大致判断堵 塞区域在纵向上的分布位置，如此即确定堵塞区域在该测线上的空间分布。下面是在该原 理指导下同一构思的两个具体实施方案。
[0028] 实施例1 :
[0029] 未发生堵塞的人工湿地联合剖面视电阻率测量。
[0030] (1)如图1、2所示，首先在布设好的联合剖面测线电极布设点1-3上布置联合剖 面装置进行测量，测量电极Μ2-4和测量电极Ν2-6间距10cm，供电电极正极为Α极2-3和Β 极2-7,供电电极负极为"无穷远"的C极2-2。
[0031] (2)布置"无穷远"的C极2-2, C极垂直于测线方向布极，并且距离测线距离为 200cm。
[0032] (3)按AO = 35cm (人工湿地实例填料深度约100cm)布置好A极2-3和B极2-7， 联合剖面装置从测线的一端开始沿测线逐点移动，每个测点观测两次，一次是AMN装置，电 源正极接在A极2-3上，电源负极接在"无穷远"的C极2-2上，测量后所得的视电阻率用 表示；另一次是MNB装置，电源正极转接在B极2-7上，电源负极接在"无穷远"的C极 2-2上，测量后所得的视电阻率用pf表示。
[0033] (4)根据步骤⑶测量的结果，绘制联合剖面视电阻率曲线（图3)，其中//用实 线3_1，pf用虚线3_2。
[0034] (5)再按A0 = 95、"无穷远"的C极距离测线垂直距离500cm布置联合剖面装置后， 按步骤（3)和步骤（4)完成该测线的测量（测量得到的图形与图3类似，这里不再绘制）。
[0035] (6)从图3的联合剖面视电阻率曲线上可以看出，两条曲线基本没发生很大的岐 离带，基本同步跳跃，并趋于重合，虽然曲线也存在一个正交点和一个反交点，但既不是"高 阻反交点"也不是"低阻正交点"（低阻正交点表示介质存在低阻异常体），交点没有任何意 义，所以可以判断该测线下方的人工湿地不存在堵塞区域。
[0036] 实施例2 :
[0037] 存在堵塞区域的人工湿地联合剖面视电阻率测量。
[0038] (1)如图1、2所示，首先在布设好的联合剖面测线电极布设点1-3上布置联合剖 面装置进行测量，测量电极M2-4和测量电极N2-6间距10cm，供电电极正极为A极2-3和B 极2-7,供电电极负极为"无穷远"的C极2-2。
[0039] (2)布置"无穷远"的C极2-2, C极应垂直于测线方向布极，并且距离测线距离为 200cm。
[0040] (3)按AO = 35cm (人工湿地实例填料深度约100cm)布置好A极2-3和B极2-7， 联合剖面装置从测线的一端开始沿测线逐点移动，每个测点观测两次，一次是AMN装置，电 源正极接在A极2-3上，电源负极接在"无穷远"的C极2-2上，测量后所得的视电阻率用 表示；另一次是MNB装置，电源正极转接在B极2-7上，电源负极接在"无穷远"的C极 2-2上，测量后所得的视电阻率用pss表示。
[0041] (4)根据步骤⑶测量的结果，绘制联合剖面视电阻率曲线（图4)，其中ps A用实 线4_1，pf用虚线4_2。
[0042] (5)再按A0 = 95、C极距离测线垂直距离500cm布置联合剖面装置后，按步骤（3) 和步骤（4)完成该测线的测量，绘制出联合剖面视电阻率曲线（图5)。
[0043] (6)从图4和图5的联合剖面视电阻率曲线上可以看出，两条曲线发生很大的岐离 带，并且都出现了"高阻反交点"4-3和5-3,表明下方存在高阻的堵塞区域；并且根据"高阻 反交点"的交点坐标可确定堵塞区域中心在人工湿地表面的投影位置；另外，比较图4和图 5可以看出，图4中和pf的岐离带幅度比图5的幅度大，而对于这种面积性的高阻异常， 当A0相对于地质体的规模和埋深大得不太多时，p#和曲线岐离带明显；而当A0相对于 地质体的规模和埋深大得很多时，和PsS曲线岐离带幅度逐渐变小，甚至几乎变成一条 曲线，从这点特征来说，该堵塞区域埋深较浅，大致判断其位于人工湿地上部。
[0044] (7)可按步骤（2)?（6)继续完成其它测线的测量，即完整确定堵塞区域在三维空 间上的分布，实现堵塞区域的三维定位。
[0045] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1. 一种利用联合剖面视电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法，其特征在于具体步 骤为： (1) 在人工湿地上方布置联合剖面测线，测线沿人工湿地长轴方向布置，以尽量加大联 合剖面测量长度；测线间距根据人工湿地规模和堵塞区域定位精度要求适当调整，一般采 用20?IOOcm;测点间距也是根据人工湿地规模和堵塞区域定位测量精度要求适当调整， 一般采用10?50cm; (2) 在步骤（1)布置好的联合剖面测线上布置联合剖面装置AMN?MNB，联合剖面装置 由两个对称的三极装置组成，即rAM =rNB ;记录点取MN的中点0,即测量点；其中电源负极 接到置于"无穷远"的C极，"无穷远"的C极垂直于测线方向布极，并且距离测线大于5倍 AO;电源正极可分别接至A极或B极；供电电极A和B、测量电极M和N均对称于测量点0 布设；供电电极A或B到测量电极丽中点的距离记为AO或B0,在测量时AO选择两个极距 进行测量，即AO=H/3和H，其中H为人工湿地填料深度； (3) 接下来首先按AO=H/3布置好联合剖面装置AMN…MNB，装置从测线的一端开始 沿测线逐点移动，每个测点观测两次，一次是AMN装置，电源正极接在A极上，电源负极接在 "无穷远"的C极上，测量后所得的视电阻率用ps4表示；另一次是MNB装置，电源正极转接在B极上，电源负极接在"无穷远"的C极上，测量后所得的视电阻率用pf表示； (4) 根据步骤（3)测量的结果，用实线、pss用虚线绘制联合剖面视电阻率曲线，这 两条曲线的相交点称为交点；当交点左边>PsS，交点右边/^ < /^时称交点为正交 点；当交点左边，交点右边/^ > /<时称交点为反交点；另外，当交点处Ps > P1，即视电阻率大于背景电阻率时，称为高阻交点；当交点处Ps<P1，即视电阻率小于背 景电阻率时，称为低阻交点； (5) 再按AO=H、"无穷远"的C极距离测线垂直距离大于5倍AO布置联合剖面装置 AMN…MNB，按步骤（3)和步骤⑷完成该测线的测量； (6) 人工湿地的未堵塞区域表现为相对低电阻率特性，人工湿地堵塞区域表现为相对 高电阻率特征，在联合剖面视电阻率曲线上，根据Pf和两条曲线的交点特征和分离特 征，确定堵塞区域在该测线上的空间位置；如果该测线存在堵塞问题，则联合剖面视电阻率 曲线会出现"高阻反交点"特征，根据高阻反交点出现的位置可以确定堵塞区域在横向上的 位置；根据两个极距即AO=H/3和H的视电阻率曲线特征，能够大致判断堵塞区域在纵向 上的分布位置，即确定堵塞区域在该测线上的空间分布； (7) 按步骤（2)?（6)继续完成其它测线的测量，即能完整确定堵塞区域在三维空间上 的分布，实现堵塞区域的三维定位。
【文档编号】G01V3/04GK104267437SQ201410437150
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】丁彦礼, 白少元, 解庆林 申请人:桂林理工大学