一种检测水土污染程度的装置及方法与流程

本发明涉及水土污染调查技术领域，具体涉及一种检测水土污染程度的装置及方法。

背景技术：

为了防治水土污染，2015年国务院颁布了《水污染防治行动计划》(国发[2015]17号、即“水十条”)，2016国务院颁布了《土壤污染防治行动计划》(国发[2016]31号、即“土十条”)，是国家对地表及地下水土污染防治的法规性文件。地表水土污染易于发现和检测，防治相对地下水土较为容易；但地下水土污染由于隐蔽性、扩散性及具有长期性、复杂性等特点，历来是防治的难点；为此“土十条”要求，“深入开展土壤环境质量调查，以农用地和重点行业企业用地为重点，开展土壤污染状况详查，2018年底前查明农用地土壤污染的面积、分布及其对农产品质量的影响；2020年底前掌握重点行业企业用地中的污染地块分布及其环境风险情况。建立土壤环境质量状况定期调查制度，每十年开展一次。”因此，土壤环境质量调查的任务十分迫切和艰巨。

通常土壤污染环境调查是在工作区内，按照一定间距布置钻孔，在孔内提取水土样品进行实验室化验，分析污染物种类、含量及其深度。该方法存在以下不足：(1)由于水土污染深度不明，取样深度难以控制；即当取样深度大时增加不必要的调查成本，取样深度小时调查深度不够；(2)钻孔取样按一定深度间距采样，由于样品的化学分析成本问题，所以采样密度一般不会很高，往往导致污染峰值的采样点容易遗漏，造成污染调查数据不准确；(3)钻孔取样、化学分析成本高，时间周期长。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、成本低、采样连续的检测水土污染程度的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种检测水土污染程度的装置，该装置包括触探液压系统、设置在触探液压系统顶端的微电极、用于为微电极提供电源的蓄电池、以及用于收集微电极信号的记录仪，所述触探液压系统可将微电极压入地层中。本发明的装置不同于现有技术中，取出不同深度的土层，带到实验室进行分析，而是通过触探液压系统将微电极直接压入土层中，可以连续测定电阻率，省略了取土层样本的步骤，大大缩短了测试时间，节约了测试成本。

所述的液压系统包括设置在地面上的锚固、与锚固连接的液压器以及与液压器连接的钻头，所述微电极设置在钻头的顶端。触探液压系统是工程勘察中的常用设备，通过该系统在地面锚固作用下提供反力，将电阻率测量微电极均匀压入地层中。

所述钻头的中部呈中空结构，用于连接微电极和蓄电池的导线以及用于连接微电极与记录仪的导线均设置在钻头的内部，这样可以避免在钻探的过程中导线被土层磨坏，保证实验装置的长久使用。

所述钻头的顶端设有位移传感器，所述位移传感器通过导线与所述记录仪连接。

所述的微电极包括竖直设置的供电电极及测量电极，所述供电电极与蓄电池连接，测量电极与记录仪连接，两个电极之间的距离为0.03～0.08m。

一种采用如上所述装置进行检测水土污染程度的方法，包括以下几个步骤：

(1)测定待测地层附近干净地层的电阻率；

(2)通过触探液压系统将微电极压入待测土层中，通过记录仪实时测定微电极的下降位移及土层电阻率；

(3)画出土层深度与土层电阻率的对应关系曲线，并将土层电阻率与干净土层的电阻率进行比较，定型判断土层的污染趋势及污染程度。

根据深度变化的电阻率曲线，划分地层水土污染范围及污染程度，其原理是：污染物泄漏时，由泄漏点向周围扩散，通过包气带进入含水层。当泄漏量较小时，污染物扩散局限于土壤和包气带中，污染物以垂向运移为主；当泄漏量较大或持续时间较长，污染物进入含水层，通过地下水的渗流以液态形式扩散，以侧向运移为主。对无机污染物(例如铬、铅、锰等重金属)，水土污染后的电阻率会变低；而对有机污染物(例如有机磷、油污染等)，水土污染后的电阻率会变高；电阻率的变化幅度与污染浓度呈正相关。因此，根据电阻率的幅值能够划分污染物范围及污染程度。通过划分水土污染范围及程度，布置钻孔位置、深度，在电阻率幅值异常点采集样品进行化学分析，可以做到有的放矢，起到事半功倍的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)直接通过触探液压系统将微电极压入待测土层，可以得到待测土层深度与电阻率的变化趋势，从而定性判断土层的污染程度，为后续分析提供保障；

(2)本发明的装置无需取出土样到实验室进行测量电阻率，所以测试时间短、效率高；

(3)本发明的装置仅用了工程勘探中常用的触探液压系统，即可有效测得土层的污染情况，测试成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明测试方法的步骤框图；

图3为实施例1中电阻率与土层深度的对应关系曲线。

其中，1为锚固，2为液压机，3为钻头，4为蓄电池，5为记录仪，6为供电电极，7为测量电极，8为位移传感器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种检测水土污染程度的装置，其结构如图1所示，包括触探液压系统、设置在触探液压系统顶端的微电极、用于为微电极提供电源的蓄电池4、以及用于收集微电极信号的记录仪5，触探液压系统可将微电极压入地层中。其中，触探液压系统包括设置在地面上的锚固1、与锚固1连接的液压器2以及与液压器2连接的钻头3，微电极设置在钻头3的顶端。钻头3的中部呈中空结构，用于连接微电极和蓄电池4的导线以及用于连接微电极与记录仪5的导线均设置在钻头3的内部，这样可以避免在钻探的过程中导线被土层磨坏，保证实验装置的长久使用。钻头3的顶端设有位移传感器8，且位移传感器8通过导线与所述记录仪5连接，微电极包括供电电极6及测量电极7，其中，供电电极6与蓄电池4连接，测量电极7与记录仪5连接，测量电极7和供电电极6之间的距离为0.05m。

一种上述装置进行检测水土污染程度的方法，其步骤框图如图2所示，包括以下几个步骤：

(1)测定待测地层附近干净地层的电阻率；

(2)将装置搭建号，通过锚固固定触探液压系统通过触探液压系统，将微电极与蓄电池及记录仪连接，通过触探液压系统将微电极均匀压入待测土层中，通过记录仪实时测定微电极的下降位移及土层电阻率；

(3)画出土层深度与土层电阻率的对应关系曲线，并将土层电阻率与干净土层的电阻率进行比较，定型判断土层的污染趋势及污染程度，划分水土污染的范围；

(4)将测量结果用于指导钻孔布置及采样深度。

最终得到的土层深度与土层电阻率的对应关系曲线如图3所示，从图中可以看出：包气带不含水电阻率较高；包气带以下的含水层段，由于地下水含矿物质其电阻率相对较低，未污染区水土电阻率随深度变化曲线及污染区水土电阻率随深度变化曲线如图3所示，区域为油污染，呈高阻异常，其中重度污染带的电阻率明显高于正常带，深度3.8m～5.8m；轻度污染带的电阻率高于正常带，深度5.8m～7.4m，而深度7.4m以下未污染带的电阻率基本没有差异；根据地层资料，重度污染带的砂性土含量较高，其透水性强，油性有机物通过地下水传导到地层中，在土层中富集；从电阻率曲线上，还反映出污染羽的扩散范围。