本發(fā)明涉及一種潛流人工濕地堵塞的探測(cè)方法，屬于生態(tài)環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

人工濕地系統(tǒng)應(yīng)用在污水深度處理中具有建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低、操作方面、處理能力強(qiáng)以及兼顧景觀效應(yīng)能優(yōu)點(diǎn)，其在運(yùn)用越來(lái)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)提高了微生物污水凈化能力，并能減少季節(jié)變化帶來(lái)的影響以及蚊蠅滋生的問(wèn)題，但是潛流人工濕地填料堵塞問(wèn)題影響了此系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行。

此前，人們對(duì)人工濕地堵塞的預(yù)判方法有觀察法、堵塞物質(zhì)測(cè)定法、滲透系數(shù)測(cè)定法、示蹤劑測(cè)定法等。這些方法在推廣應(yīng)用過(guò)程中都存在很大的缺陷，其中觀察法具有嚴(yán)重的滯后性；堵塞物質(zhì)測(cè)定法只能進(jìn)行定性分析；滲透系數(shù)法僅限于某點(diǎn)的測(cè)定，且操作相對(duì)復(fù)雜；示蹤劑法只能對(duì)濕地進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，而且會(huì)產(chǎn)生二次污染。

近幾年有研究利用電阻率差異進(jìn)行人工濕地堵塞定位，此方法是以堵塞區(qū)域及未堵塞區(qū)域電阻率差異為基礎(chǔ)，此前研究是在濕地運(yùn)行時(shí)直接進(jìn)行電阻率測(cè)量，一般認(rèn)為：人工濕地的堵塞區(qū)域一般表現(xiàn)為相對(duì)高電阻率特征，未堵塞區(qū)域表現(xiàn)為相對(duì)低電阻率特征。

當(dāng)前人們對(duì)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(qū)域的定位以及堵塞程度的判定至關(guān)重要，這些基礎(chǔ)信息的掌握可以為預(yù)防區(qū)域堵塞惡化以及治理區(qū)域堵塞提供有力的技術(shù)保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中利用電阻率差異進(jìn)行人工濕地堵塞定位，而本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)潛流濕地處于水飽和狀態(tài)時(shí)其堵塞和未堵塞區(qū)域電阻率無(wú)明顯差異，在水體飽和狀態(tài)下測(cè)量濕地床中沉積物質(zhì)量比為0、10％、20％和30％的基質(zhì)視電阻率分別為26.68ohm·m、28.69ohm·m、29.67ohm·m和28.52ohm·m，因此依據(jù)堵塞直接造成電阻率的差異進(jìn)行定位，在具體實(shí)施時(shí)此方法的準(zhǔn)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(qiáng)的特征，水含量越高其電阻率相對(duì)越低，因此在濕地床水體排空后，堵塞區(qū)域表現(xiàn)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(jù)這些特點(diǎn)可對(duì)濕地堵塞進(jìn)行定位和定量分析。經(jīng)調(diào)研，依據(jù)此原理進(jìn)行潛流濕地堵塞的定性及定量測(cè)定還未有報(bào)道。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足和本發(fā)明的研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種潛流人工濕地堵塞的探測(cè)方法，首先將潛流人工濕地水體排空，然后對(duì)水體排空后的潛流人工濕地床體進(jìn)行視電阻率測(cè)量，排空后堵塞區(qū)域中所含堵塞沉積物持水能力強(qiáng)，進(jìn)而測(cè)得此區(qū)域視電阻率低于未堵塞區(qū)域，由此能夠?qū)Χ氯麉^(qū)域進(jìn)行定位分析；堵塞程度越嚴(yán)重的區(qū)域其視電阻率相對(duì)越低，由此能夠?qū)Χ氯潭冗M(jìn)行定量分析。

本發(fā)明所述探測(cè)方法適用于水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。

優(yōu)選的，潛流人工濕地排水系統(tǒng)或水位控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，采用潛流人工濕地排水系統(tǒng)進(jìn)行水體排空，當(dāng)人工濕地的水位顯示為0，則表明水體已排空。

優(yōu)選的，所述潛流人工濕地床體內(nèi)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(wú)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(cè)定結(jié)果偏差。

優(yōu)選的，人工濕地床體視電阻率的測(cè)量在排空后24小時(shí)內(nèi)完成測(cè)量，研究發(fā)現(xiàn)，隨著排空后時(shí)間的推遲，未堵塞區(qū)域以及各個(gè)程度的堵塞填料所表現(xiàn)出的視電阻率具有逐漸增加的趨勢(shì)，各個(gè)程度的堵塞填料的含水量降低，當(dāng)超過(guò)24h后，無(wú)法明顯區(qū)分較輕程度的堵塞區(qū)域。

優(yōu)選的，所述探測(cè)方法在秋冬季潛流濕地表面植物收割后進(jìn)行，秋冬季植物收割是常用濕地堵塞的防治方法，此時(shí)進(jìn)行探測(cè)可以方便測(cè)定方案的實(shí)施，并減少對(duì)系統(tǒng)的影響。

優(yōu)選的，視電阻率測(cè)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(shè)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(zhǎng)，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在此參數(shù)范圍內(nèi)可以保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，且測(cè)定工作量低。

進(jìn)一步的，相鄰兩電極M、N為測(cè)量電極，測(cè)量電極連接電壓表，測(cè)量電極兩側(cè)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(nèi)測(cè)定結(jié)果較穩(wěn)定，且在安全電壓以內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)的水處理能力影響較小，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質(zhì)的視電阻率ρ_x＝2πL R_x。

進(jìn)一步的，任意相鄰四個(gè)電極皆可組成測(cè)量電極和供電電極系統(tǒng)，沿電極布置方向測(cè)量，得出電極布置方向相鄰各個(gè)電極間的視電阻率ρ_x。

進(jìn)一步的，在平行于電極布設(shè)方向布設(shè)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(qū)域視電阻率低于未堵塞區(qū)域，根據(jù)此特征進(jìn)行定位分析；堵塞程度越嚴(yán)重的區(qū)域視電阻率相對(duì)越低，根據(jù)此特征進(jìn)行定量分析。

按照以上方式進(jìn)行單組電極測(cè)量，即可得到潛流濕地在此電極組布設(shè)方向剖面的堵塞信息，利用此方法在平行電極組進(jìn)行測(cè)量，以確定整個(gè)濕地床體內(nèi)堵塞區(qū)域的分布。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：

本發(fā)明選擇利用在潛流濕地水體排空后進(jìn)行視電阻率測(cè)量，排空后堵塞區(qū)域中沉積物持水能力強(qiáng)，進(jìn)而此區(qū)域視電阻率較低，并且堵塞越嚴(yán)重的區(qū)域其視電阻率相對(duì)越低，因此本方法不僅可以有效的對(duì)堵塞區(qū)域進(jìn)行定位分析，還可以對(duì)堵塞程度進(jìn)行定量分析；采用了溫納法測(cè)量電阻，不僅結(jié)果準(zhǔn)確可靠，還便于計(jì)算，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析；本發(fā)明對(duì)堵塞程度較低的堵塞區(qū)域有更高的區(qū)分能力，因此其使用性廣泛，實(shí)用價(jià)值高；此方法提供了一種無(wú)損基質(zhì)的堵塞定位方法，操作簡(jiǎn)單，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種潛流人工濕地堵塞的探測(cè)方法探測(cè)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1排空后不同堵塞程度填料視電阻率隨時(shí)間變化曲線圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2發(fā)生堵塞的潛流濕地不同區(qū)域視電阻率分布圖。

其中，1-1為未堵塞區(qū)域，1-2為堵塞區(qū)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(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-2為沉積物比重為2％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-3為沉積物比重為5％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-4為沉積物比重為10％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-5為沉積物比重為15％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-6為沉積物比重為20％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線，2-7為沉積物比重為30％的填料對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線；3-1為沉積物比重為15％的堵塞區(qū)域，3-2為沉積物比重為10％的堵塞區(qū)域，3-3未堵塞區(qū)域，3-4為沉積物比重為25％的堵塞區(qū)域，3-5為布設(shè)電極，3-6為對(duì)應(yīng)位置的視電阻率值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

一種潛流人工濕地堵塞的探測(cè)方法，主要應(yīng)用于潛流人工濕地堵塞的探測(cè)，潛流人工濕地床體內(nèi)填料的種類混合與粒徑分布均勻，填料層上無(wú)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(shè)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(zhǎng)。相鄰兩電極M、N為測(cè)量電極，測(cè)量電極連接電壓表，測(cè)量電極兩側(cè)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(jù)歐姆定律計(jì)算出M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質(zhì)的視電阻率ρ_x＝2πL R_x。任意相鄰四個(gè)電極皆可組成測(cè)量電極和供電電極系統(tǒng)，沿電極布置方向測(cè)量，得出電極布置方向相鄰各個(gè)電極間的視電阻率ρ_x。在平行于電極布設(shè)方向布設(shè)其它電極組，相鄰兩組電極的間距為40cm～100cm。潛流濕排水系統(tǒng)或水位控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，濕地床體視電阻率的測(cè)量要在潛流濕地中水體排空后進(jìn)行，且在排空后24小時(shí)內(nèi)完成測(cè)量。此測(cè)量方法的實(shí)施在秋冬季潛流濕地表面植物收割后進(jìn)行。潛流濕地水體排空后堵塞區(qū)域視電阻率低于未堵塞區(qū)域，根據(jù)此特征進(jìn)行定位分析；堵塞程度越嚴(yán)重的區(qū)域視電阻率相對(duì)越低，根據(jù)此特征進(jìn)行定量分析。

按照以上方式進(jìn)行單組電極測(cè)量，即可得到潛流濕地在此電極組布設(shè)方向剖面的堵塞信息，利用此方法在平行電極組進(jìn)行測(cè)量，以確定整個(gè)濕地床體內(nèi)堵塞區(qū)域的分布。

如圖1所示，本發(fā)明根據(jù)潛流濕地水體排空后未堵塞區(qū)域1-1視電阻率高于堵塞區(qū)域1-2進(jìn)行定位分析；堵塞程度越嚴(yán)重的區(qū)域視電阻率相對(duì)越低，根據(jù)此特征進(jìn)行定量分析。下面是該原理下的兩個(gè)具體實(shí)施方案。

實(shí)施例1：

水體排空后不同堵塞程度填料視電阻率隨時(shí)間變化規(guī)律。

該實(shí)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(cè)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(zhǎng)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(cè)量電極，測(cè)量電極連接電壓表1-6，測(cè)量電極兩側(cè)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(nèi)水體排空后開(kāi)始進(jìn)行視電阻率測(cè)量，測(cè)量時(shí)A、B電極間間施加交流電壓為24V，同時(shí)讀電流表1-5和電壓表1-6所顯示數(shù)值，計(jì)算M、N兩電極間的電阻為R_x，M與N電極間基質(zhì)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(shí)間變化曲線可以得出，堵塞沉積物比重從0％-30％所對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線2-1至2-7在y軸坐標(biāo)上依次排列，堵塞程度越嚴(yán)重，其視電阻率越低，其變化關(guān)系與填料類型、水體中離子濃度、外界環(huán)境有關(guān)，隨著排空后時(shí)間的推遲，各個(gè)程度的堵塞填料所表現(xiàn)出的視電阻率有逐漸增加的趨勢(shì)，但不同堵塞程度填料的視電阻率無(wú)交點(diǎn)。

實(shí)施例2：

發(fā)生堵塞的潛流濕地不同區(qū)域視電阻率分布。

該實(shí)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(qū)域3-1，之后是沉積物比重為10％的堵塞區(qū)域3-2，在之后是未堵塞區(qū)域3-3，此種現(xiàn)象為潛流濕地進(jìn)水口顆粒物沉降造成的堵塞；在未堵塞區(qū)域中間為沉積物比重為25％的堵塞區(qū)域3-4，此種堵塞為潛流濕地內(nèi)部水流不均勻形成的區(qū)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(shè)，電極3-5間距為40cm，濕地床體水體排空后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)供電電極施加電壓為36V，同時(shí)讀電流表和電壓表數(shù)值，記錄，計(jì)算測(cè)量電極間的視電阻率ρ_x＝0.8πR_x，得出其對(duì)應(yīng)位置的視電阻率值3-6。

從圖3中的潛流濕地床對(duì)應(yīng)位置的視電阻率值3-6可以看出，堵塞區(qū)域3-1、3-2和3-4測(cè)量得出的視電阻率相對(duì)較低，且與未堵塞區(qū)域3-3差異顯著，因此可以明確區(qū)分堵塞產(chǎn)生區(qū)域所在位置，另外堵塞區(qū)域3-1測(cè)量的視電阻率結(jié)果比堵塞區(qū)域3-2測(cè)量出的結(jié)果低，說(shuō)明堵塞區(qū)域3-1的堵塞程度比堵塞區(qū)域3-2嚴(yán)重，可以實(shí)現(xiàn)堵塞程度的定量分析，而堵塞最嚴(yán)重的區(qū)域3-4視電阻率測(cè)定結(jié)果卻大于區(qū)域3-1的結(jié)果，造成此現(xiàn)象的原因可能是測(cè)定電極布設(shè)位置在區(qū)域3-4和區(qū)域3-3交接處，故造成了一定的誤差。由于真正的規(guī)?；瘽摿鳚竦鼗|(zhì)堵塞程度是逐漸變化的，相鄰區(qū)域堵塞程度相差不會(huì)特別大，因此在規(guī)?；瘽摿魅斯竦乜梢员苊膺@種現(xiàn)象發(fā)生。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。