电阻率法检测和监测垃圾场引起的地下水污染.pdf
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1、第 29 卷第 10 期2023 年 10 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.10October,2023收稿日期 2023-03-24作者简介 蔡媛媛(1991-),女,河北石家庄人,助理工程师,主要研究方向为水文水资源.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.10.002电阻率法检测和监测垃圾场引起的地下水污染蔡媛媛(河北省衡水水文勘测研究中心,河北 衡水 053000)摘 要为了确定垃圾场对街道周围含水层单元的影响,利用电阻率法,对 40 个地电断面进行研
2、究,并以电阻率图的形式呈现。结果表明,未受污染的饱和区电阻率约为 230m,而饱和区的最低电阻率值约为 80m。随着距垃圾场距离的增加,含水层的电阻率也会增加。低电阻率值持续到垃圾场以北约 72 m 的距离,异常低的电阻率表明地下水受到污染。对比1995 与 2005 年的等电阻率图发现,受污染的低电阻率区域的面积增加,污染物羽状流以652m2/a 的速率扩散。关键词垃圾场;饱和带;羽状流;地电断面;地下水污染中图分类号 X523 文献标识码 A 文章编号 1006-7175(2023)10-0008-051 概 述 由于经常被屏蔽而免受直接的人类活动影响,地下水已经成为最安全的饮用水来源1。
3、但地下水资源中任何未被发现的污染,都会对环境中的生物持续生存构成威胁2。随着城市化的发展和城市人口的增长,垃圾处理成为亟待解决的问题,而远离人群聚居区的垃圾场堆填是常见的垃圾处理方式。但如果垃圾场的规划不适当,将会对环境健康造成危害3。在本研究区域内,以人工挖井为主的浅层地下水源约占生活和灌溉水源的 85%,地下水污染风险较高。通过地球物理学技术来解决科学和社会问题已得到高度发展4。相比于钻探获取点数据的常规方法,电阻率法因其钻探到目标地层的过程更快、经济且无创,特别适合于检测地下水中的离子杂质5。该方法不用于直接检测污染物,而是用于调查污染物移动的地质环境,通过监测来确定污染物在空间和时间上
4、的分布。垃圾场多种类型的垃圾混合物会改变其本身的电特性,从土壤中吸收或释放、迅速迁移和分散,并根据理化特性,在不同水平上积聚饱和度6。在土壤或地下水存在的情况下,许多污染物和可操作的生物过程会增加自由离子浓度。这些产生垂直和横向迁移的渗滤液,通常会降低电阻率。利用电阻率法,可以将这种电阻率的降低与天然的地下水区分开来7。为此,本文通过一项为期 10 年的密集研究项目,利用电阻率法,检测和监测垃圾场对研究区域地下含水层单元的污染影响,确定垃圾场周围的污染程度和污染羽状流。2 材料与方法2.1 研究区域概况该站点位于石家庄市藁城区,地形为盆地,主要由沙子、砂岩、黏土和石灰岩组成。沉积盆地内发现基底
5、复合体的岩石,但被约 2.5km 沉积物掩埋。该站点周围是居民区,垃圾场的废物类型可以归类为家庭垃圾。调查区域覆盖面积约99.441m2。该地区为温带季风性气候,四季分明,雨量集中在夏秋季,干湿期明显,年均湿度65%,年均降水量 401752mm。见图 1。2.2 研究方法本研究的主要测量仪器为 ABEM SAS 300C。8蔡媛媛:电阻率法检测和监测垃圾场引起的地下水污染第 10 期图 1 研究区域概况图这是一种由发射器和接收器单元组成的复合单元,通常由直流或低频交流电源供电。电流通过两个外部电流电极 A 和 B 送入地面,具体见图2。电流在两个内电势电极之间产生一个电压,地电仪将电压和电流
6、转换为电阻,显示在屏幕上。图 2 测量仪器工作示意图相关的辅助工具包括:1)被驱动到地面的钢金属电极:通常为 4个,但有时可能少于 4 个,这取决于所使用的阵列类型。其中两个电极 A 和 B 将电流导入地面电流电极,另外两个电位电极用于电流产生的电位差。2)连接电缆:4 卷绝缘电缆,通常以红、黑两种颜色表示,用鳄鱼夹分别与电极和地电仪连接。3)测量卷尺:用于对现场长度进行精确测量,即用于测量横向间距、电极间距、现场尺寸等。4)锤子:用于将电极驱动到地下。5)弯刀:在茂密或交通不便的地方工作时,为了清除路径,可以切割树枝,树枝可以用作放桩材料,并且可以松开坚硬的土壤,以便更好地穿透和接触电极。6
7、)指南针:用于准确定位野外方向。7)数据记录材料:包括铅笔、显示调查地点的数据表、日期、地电断面位置、观察者、使用的电极阵列、使用的仪器、测深点、电位和电流电极间距、几何因子等。在南北方向上建立基线,并垂直于基线标记遍历,形成网格网络。在网格的节点上,总共建立 40 个地电断面位置。电极间距(AB/2)从 150 m 变化,最大扩展长度 100 m。电导率法人工产生的电流通过 2 个电流电极 C1、C2,与由另一对内电极 P1、P2 测量得到的电位差传入地面。电极间距与穿透深度成正比,电极间距越大,穿透深度越大。电阻率值由已知参数计算得出,公式如下:a=KR(1)K=(AB/2)2-(MN/2
8、)2MN(2)式中:K 为几何因子;a为电阻率;AB 为电流电极间距;MN 为电位电极间距;R 为电阻。将获得的表观电阻率 a相对于电极间距AB/2 绘制在叠加 ABEM log-log 图上的描图纸上,以获得深度测深曲线。将描图纸放置在主曲线上,使测深曲线与主曲线上的模型曲线逐段匹配。然后移动描图纸,直到测深曲线的每一段都找到完美或接近完美的模型。用十字标记原点,并注明通常用 kn表示的曲线编号;根据类型曲线将测深曲线移动到辅助曲线;用折线在描记纸上描出辅助曲线上与主曲线同号的曲线,并记录厚度比 tn/tn-1。重复该过程,直到所有曲线匹配完毕。将测深曲线返回到双对数图即 ABEM log-
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