垃圾填埋场渗漏电学检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种垃圾填埋场渗漏电学检测方法及装置，通过在填埋场土工膜上部的粘土层中设置上层导电丝，在填埋场土工膜下部的粘土层中设置下层导电丝，并与设置的供电电极及远电极形成供电回路及测量回路，利用供电回路是否存在电流判断土工膜是否存在漏洞，并在存在漏洞时，通过检测测量回路的电位数据确定漏洞的具体分别位置。通过在填埋场设置的导电丝构成线电流源，利用线电流源的空间分布特性进行渗漏检测，可以有效解决现有检测方法分辨率低、布线复杂、检测成本高等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电学领域的检测技术，具体地说，是涉及对垃圾填埋场渗漏点进行检测的电学检测方法及其检测装置。

背景技术

填埋场中垃圾产生的渗滤液是一种典型的污染液，若填埋场防渗系统出现漏洞，就会致使渗滤液排入周围土体及地下水中造成污染。目前国内外采用的防渗层系统的通用材料为粘土和作为土工膜的高密度聚乙烯(High DensityPolyethylene，简称为HDPE)膜。由于施工原因、HDPE膜本身质量问题及填埋场使用过程的外部因素变化等原因，填埋场防渗层常常发生渗漏。为防止污染的发生，及时查出防渗层渗漏点的位置十分重要和必要。

在防渗层渗漏检测时，通常采用电学方法来实现。现有技术中存在的填埋场防渗层渗漏电学检测方法有双电极法和电极格栅法，采用的技术方案大多是在垃圾填埋体中放置一个或多个发射电极，与填埋场以外的土壤中设置的接收电极构成供电回路；在土工膜下埋置一个或多个检测电极，与远离填埋区土壤中的参比电极构成检测回路。通过对各电极采集的数据进行分析，.判断出渗漏点的位置。由于这些方法均采用的是点状电极进行供电及测量，电极覆盖范围有限，且每个电极分别独立、需要单独连线以构成回路，因此，导致这些方法存在探测横向分辨率低、布线设置较为复杂、探测成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种垃圾填埋场渗漏电学检测方法，通过在填埋场设置导电丝构成线电流源，利用线电流源的空间分布特性进行渗漏检测，以解决现有检测方法分辨率低、布线复杂、检测成本高等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种垃圾填埋场渗漏电学检测方法，其技术方案为：在填埋场土工膜上部的粘土层中平行设置至少一根导电丝形成上层导电丝，在填埋场土工膜下部的粘土层中平行设置至少一根导电丝形成下层导电丝，且上层导电丝与下层导电丝交叉设置，形成大于0°的交叉角；在填埋场土工膜上部土壤中设置一个供电电极、与下层导电丝构成供电回路，或在填埋场土工膜下部土壤中设置一个供电电极、与上层导电丝构成供电回路；在远离填埋场的土壤中设置一个远电极，与上、下层导电丝中不同于供电回路中的导电丝的另一层导电丝构成测量回路；

为供电回路供电，若检测到供电回路不存在电流，判定土工膜无漏洞；

若检测到供电回路存在电流，则判定填埋场土工膜存在漏洞；然后，依次为供电回路中的导电丝供电，在供电回路中的每根导电丝供电过程中依次检测测量回路中的每根导电丝的电位，测得多个电位数据，并对电位数据进行下述处理：

设定检测区原点位置，建立坐标系，确定上层导电丝与下层导电丝形成的网格交叉点处的各测点坐标；

将测得的电位数据分别放置在对应的测点坐标上；

由测点坐标及电位数据值绘制电位等值线图，等值线图中对称分布的电位正异常区的中心位置即为土工膜的漏洞分布位置。

如上所述的检测方法，为简化数据的处理、提高检测精确度，所述上层导电丝与下层导电丝优选垂直设置，形成90°的交叉角。

如上所述的检测方法，所述上层导电丝可以包括多根不锈钢丝，相邻不锈钢丝的间距为1-5m；所述下层导电丝可以包括多根不锈钢丝，相邻不锈钢丝的间距为1-5m。

本发明的目的之二在于提供一种垃圾填埋场渗漏电学检测装置，该检测装置基于上述检测方法，结构简单、使用方便、成本较低，能够实现对垃圾填埋场渗漏的精确检测。

为实现上述技术目的，本发明采用下述技术方案来实现：

一种垃圾填埋场渗漏电学检测装置，包括：

设置在填埋场土工膜上、下两侧的上层导电丝及下层导电丝，上层导电丝包括至少一根平行设置的导电丝，下层导电丝包括至少一根平行设置的导电丝，且上层导电丝与下层导电丝交叉设置，形成大于0°的交叉角；

与其中一层导电丝构成供电回路的供电电极，设置在土工膜上部或下部土壤中；

与另一层导电丝构成测量回路的远电极，设置在远离填埋场的土壤中；

电极转换模块，通过传输线缆分别连接上层导电丝和下层导电丝；

主机模块，一方面通过通讯电缆与电极转换模块相连接，另一方面通过导线连接供电电极及远电极，用于检测装置的整机控制、数据采集及处理；

电源模块，为检测装置需供电部分提供供电电源。

如上所述的检测装置，所述电极转换模块采用下述结构来实现：包括依次连接的：

接口单元，与所述主机模块相连接，用于接收主机模块发出的指令编码；

译码单元，对接口单元接收的指令编码进行译码处理；

指令检测单元，从译码单元中检测出控制指令，并输出；

控制驱动单元，接收指令检测单元输出的控制指令，控制与电极转换模块相连接的上层导电丝及下层导电丝的工作状态。

如上所述的检测装置，所述主机模块包括：

主处理单元；

电极开关选址单元，在主处理单元控制下发出指令编码；

供电回路切换单元，一方面连接所述电极转换模块的控制驱动单元，另一方面连接所述电源模块；

数据采集处理单元，连接所述电极转换模块的控制驱动单元，采集并处理电流及电位数据；

存储单元，用于存储数据采集处理单元采集的数据。

如上所述的检测装置，为便于携带和使用，所述电极转换模块、主机模块及电源模块优选集成于一个渗漏检测仪中。

如上所述的检测装置，为简化数据的处理、提高检测精确度，所述上层导电丝与下层导电丝垂直设置，形成90°的交叉角。

如上所述的检测装置，所述上层导电丝可以包括多根不锈钢丝，相邻不锈钢丝的间距为1-5m；所述下层导电丝可以包括多根不锈钢丝，相邻不锈钢丝的间距为1-5m。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在填埋场土工膜上部粘土层及下部粘土层中分别设置若干根平行导电丝，利用导电丝形成的线电流源空间分布特性和土工膜本身的电绝缘性检测土工膜是否存在漏洞，导电丝覆盖范围广，且在检测过程中采用上、下两层导电丝纵横扫描的方法采集检测数据，可提高检测分辨率及检测精确度；另一方面，导电丝构成回路时连线简单，成本较低，简化了检测复杂度，降低了检测成本。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明垃圾填埋场渗漏电学检测装置一个实施例的结构示意图；

图2是图1实施例中渗漏检测仪的工作原理框图；

图3是本发明垃圾填埋场渗漏电学检测方法一个实施例的流程图；

图4是应用图3检测方法获得的测量电位数据的等值曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

图1和图2示出了本发明垃圾填埋场渗漏电学检测装置的一个实施例，其中，图1为该实施例的结构示意图，图2为该实施例中渗漏检测仪的工作原理框图。

如图1所示，在垃圾填埋场底部设置有土工膜12及膜下粘土层11和膜上粘土层13构成的防渗层系统。为检测土工膜12是否泄漏以及在泄漏时确定泄漏点的位置，该实施例提供的检测装置在膜下粘土层11中设置了下层导电丝14，在膜上粘土层13中设置了上层导电丝15，且上层导电丝15和下层导电丝14垂直设置，形成90°的交叉角。其中，下层导电丝14包括若干根间距为3m左右、相互平行的不锈钢丝，上层导电丝15包括若干根间距为3m左右、相互平行的不锈钢丝。

该实施例的检测装置还包括在土工膜12下部的土壤中设置的供电电极16、在远离填埋场的土壤设置的远电极17，以及由主机模块21、电极转换模块22和电源模块23构成的渗漏检测仪。其中，供电电极16通过导线31连接到主机模块21上，并与通过传输电缆33连接到电极转换模块22上的上层导电丝15构成供电回路；而远电极17通过导线32连接到主机模块21上，并与通过传输电缆34连接到电极转换模块22上的下层导电丝14构成测量回路。

上述检测装置中的各组成部分可以按照下述方式进行设置：在垃圾填埋场建设期，膜下粘土层11铺设完成后，在该粘土层中平行布设间距为3m左右的多根不锈钢丝构成下层导电丝14，其走向根据场区形状而变，长度可不固定，但要保证下层导电丝14能够覆盖整个场区。下层导电丝14中的每一根不锈钢丝一端用绝缘棒固定，另一端分别接入多芯传输电缆34，而传输电缆34的另一端连接至电极转换模块22。设置完毕后，测量下层导电丝14中每一根不锈钢丝的端点坐标。同时，在下层导电丝14下部的土壤中埋设不锈钢电极棒作为供电电极16，并与下层导电丝14保持一定距离。供电电极16直接通过导线31连接到主机模块21的相应接口上。

在下层导电丝14和供电电极16设置完毕后，在膜下粘土层14的上部铺设土工膜12，然后再铺设膜上粘土层13。膜上粘土层13铺设完毕后，进行上层导电丝15的布设。具体来所，就是平行布设间距为3m左右的多根不锈钢丝构成上层导电丝15，不锈钢丝的走向与下层导电丝14中不锈钢丝的走向垂直，形成90°的交叉角。每根不锈钢丝的一端用绝缘棒固定，另一方分别接入多芯传输电缆33，同样，传输电缆33的另一端也连接至电极转换模块22。布设完毕后，测量上层导电丝15中每一根不锈钢丝的端点坐标，结合下层导电丝14中测得的端点坐标，即可计算出两层导电丝交叉点处的坐标。同时，在远离填埋场的土壤中埋设不锈钢电极棒作为远电极17，并通过导线32将其连接到主机模块21的相应接口上。

在上层导电丝布设完毕后，填埋场即可按照设计进行正常施工和使用。

需要说明的是：第一，下层导电丝14及上层导电丝15中的不锈钢丝要预留一定的长度，以避免填埋垃圾后因受力而拉断。第二，对于每层导电丝中不锈钢丝的根数及间距，可根据实际垃圾填埋场的规模及检测分辨率来确定，一般来说，根数越多、间距越小，对漏点的检测分辨率越高，但成本也越高。第三，可以选用不锈钢丝作为导电丝，当然，并不局限于此，也可以选择其他耐腐蚀、导电性良好的材料来实现。第四，上层导电丝15和下层导电丝14也可以不是相互垂直设置，而是相互交叉，形成大于0°、小于90°的交叉角，但优选相互垂直，以简化数据的处理、提高检测精确度。第五，该实施例采用的上层导电丝和供电电极构成供电回路、下层导电丝与远电极构成测量回路，当然，也可以采用将供电电极设置在土工膜上部土壤中，然后与下层导电丝构成供电回路、而上层导电丝与远电极构成测量回路的方式。

在该实施例的检测装置中，由主机模块21、电极转换模块22和电源模块23构成的渗漏检测仪是整个装置的检测和控制核心。其中，电极转换模块22一方面通过传输电缆分别连接上层导电丝15和下层导电丝14，另一方面通过通讯电缆与主机模块连接，主要实现对上层导电丝15及下层导电丝14中的每根不锈钢丝的选择供电和控制。主机模块21一方面通过通讯电缆与电极转换模块22相连接，另一方面通过导线连接供电电极16及远电极17，用于检测装置的整机控制、数据采集及处理。而电源模块23则为整个检测装置需供电部分提供供电电源。

整个渗漏检测仪的工作原理框图如图2所示。

具体来说，电极转换模块22包括依次连接的：

接口单元221，与主机模块21中的电极开关选址单元212相连接，用于接收主机模块21发出的指令编码。

译码单元222，对接口单元221接收的质量编码进行译码处理，并输出处理结果。

指令检测单元223，用于从译码单元222中检测出控制指令并输出。

控制驱动单元224，接收指令检测单元223输出的控制指令，控制与电极转换模块21相连接的下层导电丝14和上层导电丝15的工作状态。

主机模块21具体包括下述各电路单元：

主处理单元211，负责主机模块21、乃至整个渗漏检测装置的控制和处理。

电极开关选址单元212，与主处理单元211连接，在主处理单元211的控制下发出指令编码至电极转换模块22的接口单元221。

供电回路切换单元213，一方面连接电极转换模块22的控制驱动单元224，另一方面连接电源模块23，并在主处理单元211的控制下确定是否为供电回路供电。

数据采集处理单元214，连接电极转换模块22的控制驱动单元224，用于采集并处理电流及电位数据。

存储单元215，用于存储数据采集处理单元采集的数据。

该实施例的检测装置的工作原理及工作过程可参考下述垃圾填埋场渗漏电学检测方法实施例的流程来理解。

图3所示为本发明垃圾填埋场渗漏电学检测方法一个实施例的流程图，下面结合图1及图2所示的检测装置对该实施例的检测方法的具体流程作一详细的描述。

如图3所示，该实施例垃圾填埋场渗漏电学检测方法的具体流程如下：

S401：在填埋场中布设上层导电丝、下层导电丝、供电电极及远电极，供电电极与上层导电丝构成供电回路，远电极与下层导电丝构成测量回路。具体设置位置及设置方法参见前面的描述。

S402：为供电回路供电。

S403：判断供电回路是否存在电流。若判断结果为是，执行步骤S405；否则，转至步骤S404。

由于土工膜具有电绝缘性，若其没有漏洞，由于供电电极和上层导电丝分别位于土工膜的上、下两侧，则整个供电回路断开，不存在电流；若土工膜存在漏洞，则电流会穿过漏洞而使得整个供电回路闭合。在存在供电回路电流时，由于上层导电丝的特殊布置方式，土工膜上部空间存在的电流场将由一水平布设的线电流源和土工膜漏洞所形成的点电流源所构成。此外，线电流的水平布设方式决定了无论漏洞分布在沿导电丝走向周围的任何位置，都会保证有较强的电流通过，且漏洞位置距离线电流距离越近，电流强度越大。

S404：在供电回路不存在电流时，则判定土工膜没有漏洞。

S405：在供电回路存在电流、也即土工膜存在漏洞时，需要检测出漏洞的具体位置，以便于进行修补。该实施例采用对上层导电丝和下层导电丝中的各根不锈钢丝依次供电、实现上下纵横扫描的方式获得相应的数据，最终实现漏洞位置的定位。具体实现步骤是，首先为上层导电丝中的第一根不锈钢丝供电。

S406：依次检测下层导电丝中每根不锈钢丝的电位，并采集电位数据。

在土工膜存在漏洞的情况下，土工膜下部的电流场为以漏洞为电源的点电源场。根据静电平衡理论，下层导电丝中的每一根不锈钢丝将为一等势体，且距离漏洞位置越近时，所测得的电位值将越大；另一方面，在上层导电丝中的不锈钢丝距离漏洞位置越近时，穿过漏洞的电流强度越大，所测得的下层导电丝的电位值夜越大。因此，该实施例采用以上层导电丝为主、在上层导电丝中的其中一根不锈钢丝供电时依次测量和采集下层导电丝中每根不锈钢丝的电位的数据采集过程。该过程可利用图1及图2检测装置中的渗漏检测仪来实现。

S407：判断下层导电丝是否检测完毕。若检测完毕，执行步骤S408；否则，转至步骤S406继续检测。

S408：在下层导电丝检测完毕后，判断上层导电丝是否供电完毕，也即判断上层导电丝中的每根不锈钢丝是否都供过电。若是，转至步骤S410；若否，执行步骤S409。

S409：在上层导电丝中的其中一根不锈钢丝供电过程中已经遍历完下层导电丝中的全部不锈钢丝时，将继续为上层导电丝中的下一根不锈钢丝供电，然后转至步骤S406，继续检测并采集下层导电丝中的不锈钢丝的电位数据。

S410：在上层导电丝与下层导电丝的纵横扫描过程全部结束后，将对所采集的数据进行处理。

S411：设定检测区原点位置，建立坐标系，确定上、下层导电丝形成的网格交叉点的测点坐标。

S412：将采集的电位数据放置在坐标系中对应的测点坐标上。

S413：绘制电位等值线图，确定出土工膜漏洞位置。具体方法为：

如上所述，在上层导电丝靠近漏洞位置、或下层导电丝靠近漏洞位置时，所测得的电位数据均表现为极大值，在电位等值线图上将表现为对称分布的异常值。因此，根据交叉点的坐标及相应的电位数据绘制电位等值线图，分析等值线图上电位正异常区域的分布特征，并标出对称分布电位正异常区域的中心位置，则该中心位置即为土工膜漏洞位置。可参考图4所示的等值曲线图。

S414：检测过程结束。

图4示出了应用图3实施例的检测方法获得的测量电位的等值曲线图。

在图4中，黑色实心点为土工膜实际漏洞的位置，而空心的圆圈所包围的区域为电位等值线图的电位正异常区域。从图4中可以看出，空心圆圈的中心位置与实际漏洞的位置基本可以吻合，且漏洞位置及各测点的位置均可利用坐标系中的横坐标及纵坐标确定出来。

利用上述实施例所述的检测方法及检测装置来检测垃圾填埋场的渗漏情况时，可有效解决现有检测方法中采用点状电极进行供电及测量而存在的检测分辨率低、检测成本高、检测过程复杂等缺点，从而为垃圾填埋场的渗漏检测提供了一种简单、有效的检测方法和检测装置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。