专利名称：垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及渗漏检测技术，具体涉及一种垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测方法。
背景技术：
垃圾填埋是我国目前运用最广泛的城市生活垃圾处理技术和方式。随着经济的增长、城市规模的扩大和人民生活水平的提高，城市生活垃圾量持续增加，垃圾填埋场数量也随之增加。对城市垃圾填埋场处理的首要问题是防止填埋场附近地下水及地表水受到垃圾渗滤液的污染，因此，在合理选址基础上必须考虑防渗系统的设计。垃圾填埋场防渗透系统中，目前国内外应用较多的是高密度聚乙烯(HDPE)作人工衬垫，简称土工膜。HDPE 土工膜用于填埋场防渗具有抗化学腐蚀能力强和抗渗性能好的优势。但HDPE 土工膜具有防穿刺 能力较差的缺点，很容易因施工方法、机械操作和环境影响等发生破损，形成裂缝、孔洞和刮痕等缺陷，降低了衬垫的防渗效果，垃圾渗滤液就会通过破裂位置流到周围土壤中，污染土壤和地下水，造成严重的后果。在我国，填埋场及渗滤液收集过程中出现的渗漏问题越来越引起有关部门的重视。因此，如何快速、准确地检测土工膜破裂是防止渗滤液污染地下水至关重要的工作。目前，用于人工防渗层的渗漏检测方法主要为平面电压场分析方法，未能检测深度方向的电压变化，仅从二维方向进行分析，其检测方法还不够精确合理，并且采集到的电压信号直接进行分析，没有进行差分处理，易受外界干扰。此外，大多数检测方法需要对垃圾填埋场进行预埋大量检测电极，对以前未埋检测电极的垃圾场不适合。综上所述，可以看出城市垃圾填埋场渗漏分析还没有可靠的办法，采用的分析方法也不能很好地反映渗滤液的实际渗漏情况，不能找出准确的位置。
发明内容
为了有效控制和治理垃圾渗滤液对环境的污染，本发明要解决的技术问题是，如何对垃圾填埋场土工膜的渗漏进行快速检测，而提供一种垃圾填埋场土工膜的渗漏快速检测方法。解决上述技术问题，本发明采用的技术手段是
一种垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统，其特征在于，包括移动测试小车，所述移动测试小车上配套测试探极、信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置、计算机数据分析与模型建立系统；
其中，所述测试探极包括检测电极、高压信号发射电极和接收电极，其中，所述高压信号发射电极(正电极)和接受电极(负电极)通过导线和高压(1000V)信号源连接；检测电极的正、负极通过导线连在信号采集系统接口上，其中，多个检测电极之间无连接；
信号处理电路与数据采集系统采用NI 9213�？椋糜诙圆杉降牟罘中藕沤新瞬ń翟牒托藕欧糯蟠恚徊⒂梢桓�24位模数转换器(ADC)完成模数转换。GPS定位装置，车载检测系统GPS导航进行定位记录，加快检测过程，提高检测效率降低劳动强度。计算机数据分析与模型建立系统，通过建立计算机智能矢量分析系统的多维电势测量模型，对采集到的差分电压信号进行矢量分析，包括三维矢量夹角与电压信号大小分析。进一步，所述测试探极为多方位测试探极，检测电极放置在三维坐标系的X，Y，Z轴上，可同时探测XY水平面上不同位置，以及深度方向(Z轴)的检测信号，探针均匀分布；
进一步，所述测试探极为镀银探针，正电极和负电极为不锈钢或铜质，外形为柱状。 一种垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测方法，采用上述垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测装置进行检测，具体步骤包括
将高压电极埋设在垃圾填埋场外，将移动测试小车上的测试探极探入垃圾场的表面，缓慢行驶移动测试小车，多方位测试探极采集信号传输给信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置，并经过计算机数据分析与模型建立系统处理；
通过测试电极周围多点电压差分布(包括随深度变化电压差分布)，然后由专用软件建立模型，进行电压差矢量分析；移动测试小车根据矢量分析结果，向电压差变化趋势方向运动一段距离，再次测量电压差分布，重新修正测试模型；若垃圾填埋场土工膜有破损渗透，经过分析空间电场分布图可迅速判断土工膜渗透点。相比现有技术，本发明具有如下优点
I、不需要对垃圾填埋场大规模翻土，不需要大量铺设检测电极，用高压直流电法渗漏检测时采用电压场多维矢量分析方法，不同于以前平面电压场分析，可对渗漏点快速定向定位搜索。2、利用车载检测系统GPS导航加快检测过程，提高检测效率降低劳动强度。3、本发明研究探寻垃圾填埋场土质高压电位条件下两电极之差规律，研究土工膜破裂与渗透液电流电场关系，解决了防渗透土工膜快速检测问题，为开发垃圾填埋场土工膜渗透快速检测设备的产业化打下坚实的技术基�。劾盥癯⊥凉つど缚焖偌觳馍璞缚⒌募际鹾途�。同时，开发研制出城市垃圾填埋场土工膜快速渗漏检测设备样机，完成垃圾填埋场土工膜破裂位置检测和判断，提交检测数据和报告。
图I是本发明垃圾填埋场土工膜的渗漏检测方法的示意图。图2是本发明检测电极空间分布示意图。图中，I-垃圾填埋场外土壤2-土工膜 3-垃圾填埋场内垃圾混合物4-正电极5-恒流源6-负电极7、8、9_测量探针 10-土工膜破损渗漏点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作详细阐述。参见图1，一种垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统，包括移动测试小车(图中省略)，所述移动测试小车上配套测试探极、信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置、计算机数据分析与模型建立系统；所述测试探极测通过导线和高压(1000V)信号源正极，高压(1000V)直流信号源的负极连接高压电极。本发明垃圾填埋场土工膜的渗漏快速检测方法，通过测量填埋场内某处电压变化量，来判断得到测量点与漏点远近以及方向。具体步骤如下
如图I所示，在土工膜外侧的土壤中埋设一个高压负电极6，电极的另一端为正电极4安装在移动测试小车上，正、负两个电极连接在信号源5的两端。检测时，将移动小车上的正电极4现埋入在土工膜上面的垃圾填埋场内垃圾混合物3中。检测电极各探针空间分布示意图如图2所示，5个探测电极呈空间垂直分布，其中探测电极P (图I中的8)为连接在正电极4外绝缘层上的探针，用于测量深度方向的电 压，共2个，相互之间的距离为O. 5m;探测电极2'(图I中的9)、3'(图I中的7)、4'、
为均匀分布在正电极周围的探针，共8个，间距为O. 5m。可以看出，10个探针构成了空间多方位测试探极，一次性可以采集多点电压差分布(包括随深度变化电压差分布)。当给正、负两个电极供电，检测电路不形成回路时，由于土工膜的绝缘性，说明土工膜没有渗漏点；当垃圾填埋场土工膜有破损渗透点(图I中的点10)，电流穿过漏洞形成回路，通过测量装置取得探测电极Γ 5,的电压变化量Λ Ul Λ U5。若探测电极Γ的电压变化量Λ Ul小于2' 5'的电压变化量，那么探测位置与渗漏点10距离较远，探测电极P的电压变化量Λ Ul大于2' 5'的电压变化量，那么探测位置与渗漏点10距离较近。并且通过合成I,、2' A'得出探测点与渗漏点方向矢量，通过合成矢量的指示方向和夹角判断渗漏点位置，同样的方法合成其他几个探测电极，经过多个方向矢量的综合判定，确定电压场变化方向以及渗漏点范围。此时，移动测试小车根据电压变化趋势方向运动一段距离，再次测量电压分布，判断运动方向及距离是否正确并重新确定漏点位置，修正测试模型，如此重复测量几次，可迅速、准确地判断土工膜渗透点。其中，检测信号由差分模拟输入模块NI 9213进行采集，连在NI 9213的每个通道经过差分滤波器和多路复用器，对采集到的信号进行滤波降噪和信号放大处理后，由一个24位模数转换器(ADC)进行模数转换。然后通过传给管理计算机，用自编软件进行实时数据处理分析与记录，进行漏点判定，并由GPS定位系统进行定位记录。小车行驶到某一位置是现将测试探极插入垃圾�。恳贫桓鑫恢迷俨迦胍淮巍１痉⒚髦饕ㄏ低橙碛布杓坪退婕暗目刂扑惴ê涂刂平峁寡芯浚顾晌谀壳暗募觳夥桨钢凶罴虻タ焖俚姆椒ㄖ�。⑴对垃圾填埋场内土壤的电学特性进行分析，根据采集的电压差分信号矢量分析土工膜破裂状态分布情况。⑵研究对电压场多维矢量分析方法，研究电压场测量分布算法。⑶采用集散式控制，将数据就近进行模数转换，然后通过CAN总线集中传给管理计算机进行统一处理。⑷系统的软件处理和实现在借鉴国外物探技术的基础上，提出一种新型垃圾填埋场检测渗漏的方法，该方法较好地提高了漏洞定位的准确性。
(5)进一步完善高压直流电法渗漏快速检测(对电压场多维矢量分析)。(6)提出新型垃圾填埋场土工膜破裂和漏洞快速检测方法、图像处理和信号提取方法，以及破裂和漏洞位置快速判定方法。总之，本发明通过建立垃圾填埋场内及周边土壤电学特性分析的模型；建立计算机智能矢量分析系统的多维电压差分信号测量模型；实现对土工膜破裂检测数据采集，形成土工膜破裂状态分布�。迪挚焖僬页鲎既返奈恢茫从成艘旱氖导噬┣榭�。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统，其特征在于，包括移动测试小车，所述移动测试小车上配套测试探极、信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置、计算机数据分析和模型建立系统； 其中，所述测试探极包括检测电极、高压信号发射电极和接收电极，其中，所述高压信号发射电极(正电极)和接受电极(负电极)通过导线和高压(1000V)信号源连接；检测电极的正、负极通过导线连在信号采集系统接口上； 信号处理电路与数据采集系统采用NI 9213�？椋糜诙圆杉降牟罘中藕沤新瞬ń翟牒托藕欧糯蟠恚徊⒂梢桓�24位模数转换器(ADC)完成模数转换； GPS定位装置，车载检测系统GPS导航进行定位记录； 计算机数据分析与模型建立系统，通过建立计算机智能矢量分析系统的多维电势测量模型，对采集到的差分电压信号进行矢量分析，包括三维矢量夹角与电压信号大小分析。
2.根据权利要求I所述垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统，其特征在于，所述测试探极呈空间垂直分布，在三维坐标系的X，Y，Z轴上，同时探测XY水平面上不同位置，以及深度方向(Z轴)的检测信号，探针均匀分布。
3.根据权利要求I所述垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统，其特征在于，所述测试探极为镀银探针，正电极和负电极为不锈钢或铜质，外形为柱状。
4.垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测方法，其特征在于，采用权利要求I所述检测系统进行检测，具体步骤包括 将高压电极埋设在垃圾填埋场外，将移动测试小车上的测试探极探入垃圾场的表面，缓慢行驶移动测试小车，多方位测试探极将采集到的检测信号传输给信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置，并经过计算机数据分析与模型建立系统处理； 通过测试电极周围多点电压差分布，包括随深度变化电压差分布；然后由专用软件建立模型，进行电压差矢量分析；移动测试小车根据矢量分析结果，向电压差变化趋势方向运动一段距离，再次测量电压差分布，重新修正测试模型；若垃圾填埋场土工膜有破损渗透，经过分析空间电场分布图可迅速判断土工膜渗透点。
5.根据权利要求4所述垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测方法，其特征在于，所述检测信号由差分模拟输入�？镹I 9213进行采集，连在NI 9213的每个通道经过差分滤波器和多路复用器，对采集到的信号进行滤波降噪和信号放大处理后，由一个24位模数转换器(ADC)进行模数转换；然后通过传给管理计算机进行实时数据处理分析与记录，进行漏点判定，并由GPS定位系统进行定位记录； 检测过程中，当给正、负两个电极供电，检测电路不形成回路时，由于土工膜的绝缘性，说明土工膜没有渗漏点；当垃圾填埋场土工膜有破损渗透点，电流穿过漏洞形成回路，通过测量系统取得探测电极P 5'的电压变化量Λ Ul Λ U5;若探测电极I'的电压变化量Λ Ul小于2' 5'的电压变化量，那么探测位置与渗漏点10距离较远，探测电极I'的电压变化量Λ Ul大于2' 5'的电压变化量，那么探测位置与渗漏点10距离较近； 并且通过合成I,、2' Λ'得出探测点与渗漏点方向矢量，通过合成矢量的指示方向和夹角判断渗漏点位置，同样的方法合成其他几个探测电极，经过多个方向矢量的综合判定，确定电压场变化方向以及渗漏点范围； 移动测试小车根据电压变化趋势方向运动一段距离，再次测量电压分布，判断运动方向及距离是否正确并重新确定漏点位置，修正测试模型，如此重复测量几次，可迅速、准确地判断土工膜渗透点。·
全文摘要
本发明提供一种垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测系统和检测方法，该检测系统包括移动测试小车，所述移动测试小车上配套测试探极、信号处理电路、数据采集系统、GPS定位装置、计算机数据分析与模型建立系统；所述测试探极测通过导线和高压(1000V)信号源正极，高压(1000V)直接信号源的负极连接高压电极。采用上述垃圾填埋场土工膜渗漏快速检测装置进行检测，不需要对垃圾填埋场大规模翻土，不需要大量铺设检测电极，用高压直流电法渗漏检测时采用电压场多维矢量分析方法，不同于以前平面电压场分析，可对渗漏点快速定向定位搜索。利用车载检测系统GPS导航加快检测过程，提高检测效率降低劳动强度。
文档编号G01M3/16GK102889967SQ20121038634
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者周志成, 何平, 伍建林 申请人:重庆和平自动化工程有限公司
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