一種潛流人工濕地堵塞的探測方法與流程

本發明涉及一種潛流人工濕地堵塞的探測方法，屬于生態環境保護技術領域。

背景技術：

人工濕地系統應用在污水深度處理中具有建設和運行費用低、操作方面、處理能力強以及兼顧景觀效應能優點，其在運用越來越廣泛。潛流人工濕地污水處理是在微生物降解、植物吸收、填料吸附等共同作用下完成的。相比表流濕地潛流人工濕地的水流方式和結構特點提高了微生物污水凈化能力，并能減少季節變化帶來的影響以及蚊蠅滋生的問題，但是潛流人工濕地填料堵塞問題影響了此系統的可持續運行。

此前，人們對人工濕地堵塞的預判方法有觀察法、堵塞物質測定法、滲透系數測定法、示蹤劑測定法等。這些方法在推廣應用過程中都存在很大的缺陷，其中觀察法具有嚴重的滯后性；堵塞物質測定法只能進行定性分析；滲透系數法僅限于某點的測定，且操作相對復雜；示蹤劑法只能對濕地進行整體評價，而且會產生二次污染。

近幾年有研究利用電阻率差異進行人工濕地堵塞定位，此方法是以堵塞區域及未堵塞區域電阻率差異為基礎，此前研究是在濕地運行時直接進行電阻率測量，一般認為：人工濕地的堵塞區域一般表現為相對高電阻率特征，未堵塞區域表現為相對低電阻率特征。

當前人們對人工濕地堵塞的研究還在不斷完善中，其中潛流濕地堵塞區域的定位以及堵塞程度的判定至關重要，這些基礎信息的掌握可以為預防區域堵塞惡化以及治理區域堵塞提供有力的技術保障。

技術實現要素：

針對現有技術中利用電阻率差異進行人工濕地堵塞定位，而本發明研究發現潛流濕地處于水飽和狀態時其堵塞和未堵塞區域電阻率無明顯差異，在水體飽和狀態下測量濕地床中沉積物質量比為0、10％、20％和30％的基質視電阻率分別為26.68ohm·m、28.69ohm·m、29.67ohm·m和28.52ohm·m，因此依據堵塞直接造成電阻率的差異進行定位，在具體實施時此方法的準確度不能得到保證。

相比濕地填料，堵塞沉積物有持水能力強的特征，水含量越高其電阻率相對越低，因此在濕地床水體排空后，堵塞區域表現出視電阻率低的特性，并且隨著沉積物累積增加，其視電阻率逐漸降低，根據這些特點可對濕地堵塞進行定位和定量分析。經調研，依據此原理進行潛流濕地堵塞的定性及定量測定還未有報道。

根據現有技術中的不足和本發明的研究發現，本發明采用以下技術方案：

一種潛流人工濕地堵塞的探測方法，首先將潛流人工濕地水體排空，然后對水體排空后的潛流人工濕地床體進行視電阻率測量，排空后堵塞區域中所含堵塞沉積物持水能力強，進而測得此區域視電阻率低于未堵塞區域，由此能夠對堵塞區域進行定位分析；堵塞程度越嚴重的區域其視電阻率相對越低，由此能夠對堵塞程度進行定量分析。

本發明所述探測方法適用于水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。

優選的，潛流人工濕地排水系統或水位控制系統運行正常，采用潛流人工濕地排水系統進行水體排空，當人工濕地的水位顯示為0，則表明水體已排空。

優選的，所述潛流人工濕地床體內填料的種類混合與粒徑分布均勻，不均勻的填料易引起堵塞程度定量分析誤差，填料層上無土壤覆蓋表層，排空后潮濕土壤視電阻率較低，因此若有土層覆蓋，易造成測定結果偏差。

優選的，人工濕地床體視電阻率的測量在排空后24小時內完成測量，研究發現，隨著排空后時間的推遲，未堵塞區域以及各個程度的堵塞填料所表現出的視電阻率具有逐漸增加的趨勢，各個程度的堵塞填料的含水量降低，當超過24h后，無法明顯區分較輕程度的堵塞區域。

優選的，所述探測方法在秋冬季潛流濕地表面植物收割后進行，秋冬季植物收割是常用濕地堵塞的防治方法，此時進行探測可以方便測定方案的實施，并減少對系統的影響。

優選的，視電阻率測量選用溫納法。具體方法如下：潛流人工濕地填料表層沿水流方向或沿垂直于水流方向均勻布設電極，電極直徑為1cm～2cm的金屬棒，電極插入填料層深度為10cm～20cm，電極間距為40～100cm，相鄰電極間距離相同，皆為L，經試驗驗證，在此參數范圍內可以保證測量結果準確可靠，且測定工作量低。

進一步的，相鄰兩電極M、N為測量電極，測量電極連接電壓表，測量電極兩側電極A、B為供電電極，供電電極連接交流電源和電流表，A、B兩電極間施加交流電壓為12V～36V，在此范圍內測定結果較穩定，且在安全電壓以內，對系統的水處理能力影響較小，根據歐姆定律計算出M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質的視電阻率ρ_x＝2πL R_x。

進一步的，任意相鄰四個電極皆可組成測量電極和供電電極系統，沿電極布置方向測量，得出電極布置方向相鄰各個電極間的視電阻率ρ_x。

進一步的，在平行于電極布設方向布設其它電極組，相鄰兩組電極的間距為40cm～100cm。

潛流濕地水體排空后堵塞區域視電阻率低于未堵塞區域，根據此特征進行定位分析；堵塞程度越嚴重的區域視電阻率相對越低，根據此特征進行定量分析。

按照以上方式進行單組電極測量，即可得到潛流濕地在此電極組布設方向剖面的堵塞信息，利用此方法在平行電極組進行測量，以確定整個濕地床體內堵塞區域的分布。

上述技術方案具有如下有益效果：

本發明選擇利用在潛流濕地水體排空后進行視電阻率測量，排空后堵塞區域中沉積物持水能力強，進而此區域視電阻率較低，并且堵塞越嚴重的區域其視電阻率相對越低，因此本方法不僅可以有效的對堵塞區域進行定位分析，還可以對堵塞程度進行定量分析；采用了溫納法測量電阻，不僅結果準確可靠，還便于計算，方便后續的數據分析；本發明對堵塞程度較低的堵塞區域有更高的區分能力，因此其使用性廣泛，實用價值高；此方法提供了一種無損基質的堵塞定位方法，操作簡單，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明一種潛流人工濕地堵塞的探測方法探測示意圖。

圖2為本發明實施例1排空后不同堵塞程度填料視電阻率隨時間變化曲線圖。

圖3為本發明實施例2發生堵塞的潛流濕地不同區域視電阻率分布圖。

其中，1-1為未堵塞區域，1-2為堵塞區域，1-3為電極，1-4為交流電源，1-5為電流表，1-6為電壓表；2-1為未堵塞填料對應的視電阻率曲線，2-2為沉積物比重為2％的填料對應的視電阻率曲線，2-3為沉積物比重為5％的填料對應的視電阻率曲線，2-4為沉積物比重為10％的填料對應的視電阻率曲線，2-5為沉積物比重為15％的填料對應的視電阻率曲線，2-6為沉積物比重為20％的填料對應的視電阻率曲線，2-7為沉積物比重為30％的填料對應的視電阻率曲線；3-1為沉積物比重為15％的堵塞區域，3-2為沉積物比重為10％的堵塞區域，3-3未堵塞區域，3-4為沉積物比重為25％的堵塞區域，3-5為布設電極，3-6為對應位置的視電阻率值。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

一種潛流人工濕地堵塞的探測方法，主要應用于潛流人工濕地堵塞的探測，潛流人工濕地床體內填料的種類混合與粒徑分布均勻，填料層上無土壤覆蓋表層。潛流人工濕地填料表層沿水流方向或沿垂直于水流方向均勻布設電極，電極直徑為1cm～2cm的金屬棒，電極插入填料層深度為10cm～20cm，電極間距為40～100cm，相鄰電極間距離相同，皆為L。相鄰兩電極M、N為測量電極，測量電極連接電壓表，測量電極兩側電極A、B為供電電極，供電電極連接交流電源和電流表，A、B兩電極間施加交流電壓為12V～36V，根據歐姆定律計算出M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質的視電阻率ρ_x＝2πL R_x。任意相鄰四個電極皆可組成測量電極和供電電極系統，沿電極布置方向測量，得出電極布置方向相鄰各個電極間的視電阻率ρ_x。在平行于電極布設方向布設其它電極組，相鄰兩組電極的間距為40cm～100cm。潛流濕排水系統或水位控制系統運行正常，濕地床體視電阻率的測量要在潛流濕地中水體排空后進行，且在排空后24小時內完成測量。此測量方法的實施在秋冬季潛流濕地表面植物收割后進行。潛流濕地水體排空后堵塞區域視電阻率低于未堵塞區域，根據此特征進行定位分析；堵塞程度越嚴重的區域視電阻率相對越低，根據此特征進行定量分析。

按照以上方式進行單組電極測量，即可得到潛流濕地在此電極組布設方向剖面的堵塞信息，利用此方法在平行電極組進行測量，以確定整個濕地床體內堵塞區域的分布。

如圖1所示，本發明根據潛流濕地水體排空后未堵塞區域1-1視電阻率高于堵塞區域1-2進行定位分析；堵塞程度越嚴重的區域視電阻率相對越低，根據此特征進行定量分析。下面是該原理下的兩個具體實施方案。

實施例1：

水體排空后不同堵塞程度填料視電阻率隨時間變化規律。

該實施例的人工濕地采用人工制作的不同程度堵塞的潛流人工濕地模型，如圖1所示，不同堵塞程度填料視電阻率的測定采用溫納法，電極1-3使用直徑為1.5cm的銅棒，電極1-3長20cm，插入填料深度為15cm，相鄰電極1-3間距離皆為40cm，相鄰兩電極M、N為測量電極，測量電極連接電壓表1-6，測量電極兩側兩電極A、B為供電電極，供電電極連接交流電源1-4和電流表1-5。

濕地床體內水體排空后開始進行視電阻率測量，測量時A、B電極間間施加交流電壓為24V，同時讀電流表1-5和電壓表1-6所顯示數值，計算M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質的視電阻率ρ_x＝0.8πR_x。

從圖2的水體排空后不同堵塞程度填料視電阻率隨時間變化曲線可以得出，堵塞沉積物比重從0％-30％所對應的視電阻率曲線2-1至2-7在y軸坐標上依次排列，堵塞程度越嚴重，其視電阻率越低，其變化關系與填料類型、水體中離子濃度、外界環境有關，隨著排空后時間的推遲，各個程度的堵塞填料所表現出的視電阻率有逐漸增加的趨勢，但不同堵塞程度填料的視電阻率無交點。

實施例2：

發生堵塞的潛流濕地不同區域視電阻率分布。

該實施例的人工濕地采用人工制作的不同程度堵塞的潛流人工濕地模型，如圖3所示，潛流人工濕地床前端為沉積物比重為15％堵塞區域3-1，之后是沉積物比重為10％的堵塞區域3-2，在之后是未堵塞區域3-3，此種現象為潛流濕地進水口顆粒物沉降造成的堵塞；在未堵塞區域中間為沉積物比重為25％的堵塞區域3-4，此種堵塞為潛流濕地內部水流不均勻形成的區域堵塞。

電極3-5使用直徑為1.5cm的鐵棒，電極3-5插入填料深度為15cm，沿著水流方向布設，電極3-5間距為40cm，濕地床體水體排空后開始進行測量，測量時供電電極施加電壓為36V，同時讀電流表和電壓表數值，記錄，計算測量電極間的視電阻率ρ_x＝0.8πR_x，得出其對應位置的視電阻率值3-6。

從圖3中的潛流濕地床對應位置的視電阻率值3-6可以看出，堵塞區域3-1、3-2和3-4測量得出的視電阻率相對較低，且與未堵塞區域3-3差異顯著，因此可以明確區分堵塞產生區域所在位置，另外堵塞區域3-1測量的視電阻率結果比堵塞區域3-2測量出的結果低，說明堵塞區域3-1的堵塞程度比堵塞區域3-2嚴重，可以實現堵塞程度的定量分析，而堵塞最嚴重的區域3-4視電阻率測定結果卻大于區域3-1的結果，造成此現象的原因可能是測定電極布設位置在區域3-4和區域3-3交接處，故造成了一定的誤差。由于真正的規模化潛流濕地基質堵塞程度是逐漸變化的，相鄰區域堵塞程度相差不會特別大，因此在規模化潛流人工濕地可以避免這種現象發生。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。