土壤污染特征并行电法测试试验研究.doc

土壤污染特征并行电法测试试验研究 　　摘要：土壤介质被渗滤液污染后，其电学性质发生变化，可为电法探测介质的污染范围、程度及扩散动态提供地球物理探查基础。通过构建土壤污染介质模型条件，采用并行电法探测技术进行探查模拟试验，进一步分析污染介质的电性反应及其特征。试验结果表明，污染土壤导电性差异增大，电阻率测试方法可有效判识其影响范围及特征，为地下介质污染评价提供技术支撑 关键词：土壤污染；并行电法；探查；试验 随着人们环境保护意识的不断增强，空气、水和土壤等环境污染问题越来越受到重视。同时，与人们生活息息相关的垃圾填埋、工业污水等所造成的土壤污染问题也越来越多，圈定它们的污染边界、跟踪其扩散动态，以及进行定性评价到定量诊断，也是一项重要的研究课题。以垃圾填埋场地下介质为例，其垃圾渗滤液是一种来源于垃圾与内外界水体发生物理化学等变化所生成的产物，是一种成分多样、水质复杂、污染性很强的高浓度废水。如若对此处理不善，将会对周边土壤环境造成二次污染的严重后果，因此需要对垃圾场地周边土壤介质进行测试与监测，及时掌握地下介质的污染状况。目前，应用于地下介质间接测试的地球物理类方法较多，其中同位素示踪法、地温法、地震波法、测井法、瞬变电磁法、探地雷达和电阻率法等较为常见。电阻率法是环境检测和城市垃圾调查中一种重要的物探方法，其应用面广泛，在发展过程中经历了常规电法、高密度电法和并行电法等不同阶段。目前，采用拟地震化数据采集的并行电法技术，可以获得地下介质的全空间电场数据，对介质体的探查分辨精度高。文章结合土壤介质的污染特征进行模拟试验研究，所取得的技术参数及认识可为野外环境评价探查应用提供基础 1土壤污染并行电法测试技术 1.1测试地球物理基础 土壤污染是由于人类的活动将各种污染物带人土壤中，致使土壤重金属等含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。随着工业化的发展，土壤污染日益加剧，其污染来源主要有垃圾填埋渗漏、大气重金属沉降、污水灌溉、肥料和农业、采矿和冶炼等，这些污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，大多数微生物降解缓慢，因此确定其影响的空间范围可为后续技术处理提供依据。电法勘探过程是依据土壤介质电学性质发生变化为基础，查找异常体的位置、形态、深度及大小等空间参数。对于城市生活垃圾集中填埋场的渗滤液，主要成分以阴、阳离子形式存在的无机物质，电化学性质比较活泼，易与土壤发生复杂的系列反应，打破了原有土壤在垂向和横向上电性的稳定性、规律性和渐变性，与周围原土体的电学性差异明显，具体表现为电阻率相对降低。渗滤液中含量相对较少的有机物，电学性质较多变，其中难溶于水的表现出成层现象，互溶具有活性有机物质也可引起土壤电学性质发生改变。受污染后的介质与正常介质间电性变化显著，这是进行电法探查的前提条件和物质基础 1.2并行电法探测技术 并行电法是在高密度电法数据采集技术基础上的改进，它能完成传统电法的各种测量装置数据采集，而且能极大地提高野外勘探效率，高效丰富的数据采集与处理是系统的核心。根据并行电法数据采集方式的差异，可分为ABM法和AM法两种。AM法所采集的电位为单点电源供电下的电场，ABM法采集数据所反映的是偶极子供电情况，测线上两点A和B为供电电源，现场把布设公用N极作为电位的参照标准，其他电极为测量电极M，测试过程中没有空闲电极存在，一次测量结束后可实现高密度电法的各类装置数据需求，减小了数据采集时的系统误差 采用并行电法探测系统，可进行试验现场的立体化布置，采集不同时刻渗漏液的电阻率影响值，进一步反演其三维立体电阻率值，实现对渗漏液流动变化范围的追踪。其中电法三维反演数据的表达式为 △d=G△m 式中：G表示Jacobi矩阵，△d是观测数据d和正演理论计算值d之间的残差向量，△m为初始模型m的修改向量。并行电法采集的数据为电场空间综合作用的参数值，也即是获得各个电极的供电电流值，自然电场、一次场、二次场测量值的大小，可通过三维电法反演软件反映地质体三维电阻率的空间分布，利于全方位观测地下介质污染状况 2探查模拟试验与分析 2.1数值模拟试验 以重金属污染物为例，分别进行二维和三维模拟实验。其中金属污染核心区介质电阻率取1Ωm，背景场介质电阻率取150Ωm，多层介质设置时相互间有一定的区分度，具体设置情况依据效果作适当调整。）果层介质设置时相互要图1为不同个数污染源条件下模拟的反演电阻率剖面，图1（a）为单一污染源层状地层反演结果图，利用单极一偶极装置模拟污染源，可见低阻效应明显且收敛性较好；图1（b）为两个污染源处于多层相对高阻地层条件下的反演结果，其位置与形状收敛效果良好，反应特征与初设情况相符；图1（c）为两个污染源处于多层相对低阻地层条件下的反演结果