專利名稱：實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)及方法，屬于自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海水入侵，是由于陸地地下淡水水位下降而引起的海水浸染地下淡水層的一種環(huán)境地質(zhì)惡化現(xiàn)象。海水入侵過程中鹽分通過毛細(xì)作用力積聚到土壤表層就會造成土壤鹽漬化。當(dāng)?shù)叵滤槐容^淺，大量的水分蒸發(fā)導(dǎo)致鹽分在土壤中積聚，也可導(dǎo)致土壤的鹽漬化。 海水入侵的過程、土壤鹽漬的過程，經(jīng)常伴隨著地下水位的變化。三者的產(chǎn)生與發(fā)展過程都相互影響，密不可分。發(fā)生海水入侵和土壤鹽漬化后會造成水質(zhì)惡化，灌溉用水源地減少、 土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡，耕地資源退化，自然生態(tài)環(huán)境惡化，從而影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人口素質(zhì)和社會穩(wěn)定。目前對于海水入侵、地下水位、土壤鹽漬化的監(jiān)測多為單目的性監(jiān)測，即一種方法只能監(jiān)測上述三種現(xiàn)象中的一種，而不能同時監(jiān)測三個指標(biāo)。海水入侵常見的監(jiān)測方法有 水化學(xué)樣品采集與實驗室分析法，圖像處理法與同位素法以及時域電阻率成像法，實驗室分析法的實效性比較差，受限因素也比較多，圖像處理法和同位素法的缺點在于其污染了海水，造成二次污染，時域電阻率成像法的技術(shù)要求高，操作復(fù)雜。地下水位常見的監(jiān)測方法有設(shè)置監(jiān)測井利用測繩和電表進(jìn)行人工監(jiān)測或者利用雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測。利用監(jiān)測井監(jiān)測地下水位的方法效率低、誤差大、時效性差，而采用雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測造價高，較多的用于大范圍地區(qū)的連續(xù)監(jiān)測。土壤鹽漬化的常規(guī)監(jiān)測方法有包含遙感法和離子色譜法。 遙感法具有監(jiān)測滯后性，無法進(jìn)行實時監(jiān)測；離子色譜法適用性差，僅適用于實驗室監(jiān)測。海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化三者的發(fā)生相互影響，密切相關(guān)，然而對于三者的同步監(jiān)測還少有研究。一種能夠原位同步實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)及方法對于實時監(jiān)測及時防控自然災(zāi)害有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明技術(shù)方案是通過遠(yuǎn)程、原位、實時、自動地測量土壤一定范圍內(nèi)的電阻率值，根據(jù)土壤不同深度電阻率的實時變動判斷海水入侵，地下水位和土壤鹽漬化是否發(fā)生， 從而實現(xiàn)三者的原位同步實時自動監(jiān)測。具體是鑄造規(guī)格尺寸一定可插拔的尼龍模塊以及銅電極環(huán)，將其插接組成電阻率測量裝置，電阻率測量裝置的電極銅環(huán)與采集發(fā)射裝置通過導(dǎo)線相連接，形成現(xiàn)場采集發(fā)射裝置?，F(xiàn)場采集發(fā)射裝置實時采集土壤中垂向的電阻率， 并將信號發(fā)射至遠(yuǎn)程接收分析裝置。根據(jù)土壤不同深度電阻率的實時變化以及發(fā)生海水入侵，地下水位變動和土壤鹽漬化的電阻率預(yù)警閾值，由軟件分析判斷三者是否發(fā)生，從而原位同步實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化過程。
一種實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)，包括帶有信號接收器的上位機，其特征在于還包括底部和頂部分別設(shè)有錐頭和采集發(fā)射裝置的電阻率測量裝置； 所述的電阻率測量裝置包括至少5個中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊和夾在相鄰兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)；所述的采集發(fā)射裝置包括通過導(dǎo)線與每個銅電極環(huán)連接的內(nèi)含控制程序的中央控制單元，和與中央控制單元相連的帶有發(fā)射天線的GPRS模塊。上述電阻率測量裝置由5 201個中空的可插拔的尼龍模塊和夾在相鄰兩個尼龍模塊的對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)插接而成。為了保證電極之間的間距一致，使測量位置與高程的換算更加方便，每個銅電極環(huán)的厚度相同，為0. 5 1mm。為了便于組裝并有利于貫入，上述可插拔的尼龍模塊可以套置在1根或2根承力軸上，承力軸表面可以帶有螺紋，且管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠，而使尼龍模塊、銅電極環(huán)以及導(dǎo)線成為整體。GPRS模塊是在900MHz/1800MHz網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的，天線為GSM天線。所述的上位機作為遠(yuǎn)程接收分析裝置，內(nèi)含客戶端服務(wù)程序。一種利用上述監(jiān)測系統(tǒng)原位同步實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的方法，包括(1)在海濱地區(qū)選取樣點；其特征在于還包括以下步驟(2)對上述樣點取土樣，測定該土樣在海水飽和、淡水飽和以及含鹽量為0. 3%時的電阻率，作為電阻率測量裝置底部、中部和上部的監(jiān)測預(yù)警閾值；(3)將銅電極環(huán)與尼龍模塊相互插接而構(gòu)成電阻率測量裝置；(4)在樣點處垂直貫入電阻率測量裝置；(5)通過上位機客戶端服務(wù)程序設(shè)置采集參數(shù)，并啟動實時自動監(jiān)測；(6)通過GPRS模塊將電阻率信號實時傳至上位機；(7)上位機經(jīng)信號接收器接收原位傳輸?shù)膶崟r電阻率信號，上位機的客戶端服務(wù)程序根據(jù)電阻率測量裝置底部、中部和上部預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值，在發(fā)生海水入侵，地下水位變動時以及鹽漬化時自動監(jiān)測報警。步驟1中，需要對濱海地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險勘查評估，以了解樣點的地質(zhì)條件，土壤類型等，尤其是樣點的土壤電學(xué)性質(zhì)，決定電阻率測量裝置的規(guī)格與數(shù)目。步驟2中，在發(fā)生海水入侵時，咸淡水交界面的楔形體會伴隨海水入侵而不斷遷移至含水層底部，因此含水層底部初咸淡水交界面處采集的電阻率數(shù)據(jù)會有明顯的差異， 同樣地下水位變動處，也存在著淡水飽和土與淡水非飽和土電阻率差異的界面，鹽漬化位置存在著含鹽量為0. 3%這樣一個界限值，因此測量海水飽和土壤、淡水飽和土壤，以及含鹽量為0. 3%的土壤的電阻率，分別作為電阻率測量裝置底部判斷海水入侵，中部判斷地下水位以及上部判斷土壤鹽漬化的標(biāo)準(zhǔn)。步驟3中，將尼龍模塊進(jìn)行插接，每兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)夾一個銅電極環(huán)，每個銅電極環(huán)引出導(dǎo)線從尼龍模塊組成的管內(nèi)通過與中央控制單元連接，管內(nèi)可以插有1或2 根承力軸，再將管內(nèi)澆注硫化橡膠，形成電阻率測量裝置，在其下部插接錐頭，在其上部插接采集發(fā)射裝置形成現(xiàn)場采集發(fā)射裝置。上述尼龍模塊的數(shù)量、高度與內(nèi)外直徑可分別在5 201個、5 100mm、20 60mm 和30 70mm范圍內(nèi)選??；尼龍模塊可以通過模具采用尼龍澆注的方法制作。上述銅電極環(huán)厚度為0. 5mm ；外徑31 71mm，需略大于尼龍模塊的外徑以便使銅電極環(huán)露出；內(nèi)徑27 67mm，需大于尼龍模塊的內(nèi)徑從而可以夾在兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)。步驟4中，根據(jù)步驟1中調(diào)查的樣點情況垂直貫入相應(yīng)數(shù)量的電阻率測量裝置，其中貫入方式為液壓貫入。步驟5中，采集參數(shù)包括采集頻率和銅電極環(huán)測量的起始位置，并根據(jù)樣點的地質(zhì)條件將電阻率測量裝置的底部、中部和上部設(shè)置成分別作為海水入侵、地下水位以及土壤鹽漬化的監(jiān)測預(yù)警位置，啟動實時自動監(jiān)測之后，電阻率測量裝置開始實時連續(xù)采集土壤電阻率。監(jiān)測位置的設(shè)定是根據(jù)樣點的地質(zhì)條件而定，海水入侵的監(jiān)測位置設(shè)置在淡水含水層底部，地下水位設(shè)置在含水層區(qū)域內(nèi)，土壤鹽漬化監(jiān)測位置設(shè)置在土壤表層位置。步驟7中，上位機動態(tài)同步監(jiān)測海水入侵、地下水位、土壤鹽漬化的發(fā)生過程是根據(jù)三者發(fā)生的位置不同且各自監(jiān)測閾值不同。當(dāng)開始發(fā)生海水入侵且侵入到含水層底部時，電阻率測量裝置的底部位置處于咸淡水交界面楔形體運移的范圍內(nèi)，因此當(dāng)該監(jiān)測位置到達(dá)其預(yù)警閾值即海水飽和時，上位機首先發(fā)出在此處出現(xiàn)海水入侵的警報。地下水位變化一般在含水層范圍內(nèi)變動，地下水位處的土壤下部為淡水飽和土， 上部為非飽和土，兩者的電阻率存在差異，所以當(dāng)?shù)叵滤蛔儎訒r，電阻率測量裝置中部的電阻率數(shù)據(jù)會存在一個突變值，這個突變值會隨著地下水位的變動而出現(xiàn)在電阻率測量裝置中部的不同位置，當(dāng)電阻率測量裝置中部有銅電極環(huán)出現(xiàn)了達(dá)到淡水飽和土的電阻率值的閾值而產(chǎn)生電阻率突變時，上位機根據(jù)該銅電極環(huán)的深度判斷地下水位的實時位置。土壤鹽漬化指鹽分在土壤表層積聚，當(dāng)電阻率測量裝置上部周圍土壤發(fā)生鹽漬化時，此處土壤為含鹽量超過0. 3 %的土，所以當(dāng)電阻率測量裝置上部有銅電極環(huán)監(jiān)測到超過其預(yù)警閾值的電阻率值時，上位機發(fā)出土壤鹽漬化預(yù)警。本發(fā)明可以根據(jù)樣點的具體情況設(shè)置模塊與銅電極環(huán)個數(shù)來改變電阻率測量裝置的長度，從而降低監(jiān)測成本。通過設(shè)置監(jiān)測起始時間、位置和監(jiān)測時間間隔實現(xiàn)了監(jiān)測過程的自動化。采集發(fā)射裝置將原位的電阻率實時變化傳輸至客戶端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程原位監(jiān)測。本發(fā)明采用插接式模塊連續(xù)四電極方法可以垂直向連續(xù)測量地表下0 20m內(nèi)土壤電阻率的實時變化從而連續(xù)監(jiān)測土壤中的水鹽分布，由于海水入侵、地下水位的變動、土壤鹽漬化發(fā)生在不同的深度因此可以同步監(jiān)測三者的發(fā)生。土壤水鹽含量與土壤電阻率具有良好相關(guān)關(guān)系，因而監(jiān)測結(jié)果具有準(zhǔn)確性。本套監(jiān)測系統(tǒng)和方法的遠(yuǎn)程、原位、同步、實時、自動、準(zhǔn)確的特點為監(jiān)測預(yù)警海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化提供了有力的依據(jù)。


圖1本發(fā)明的電阻率測量裝置與采集發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明的兩個尼龍模塊及其之間的銅電極環(huán)的分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本發(fā)明的尼龍模塊的俯視圖(圖中含有承力軸)。圖5本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集過程流程圖。圖6本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收程序流程圖。
圖7本發(fā)明的電阻率測量裝置底部電阻率實時變化曲線。圖8本發(fā)明的電阻率測量裝置中部電阻率實時變化曲線。圖9本發(fā)明的電阻率測量裝置上部電阻率實時變化曲線其中，1.錐頭，2.銅電極環(huán)，3.尼龍模塊，4.導(dǎo)線，5中央控制單元，6. GPRS模塊， 7.發(fā)射天線，8.承力軸，9.電阻率測量裝置，10.采集發(fā)射裝置，11.信號接收器，12.上位機
具體實施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)包括帶有信號接收器11的上位機12，和底部與頂部分別設(shè)有錐頭1和采集發(fā)射裝置10的電阻率測量裝置9 ；所述的電阻率測量裝置9包括至少5個中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊3和夾在相鄰兩個尼龍模塊3對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)2 ；所述的采集發(fā)射裝置10包括通過導(dǎo)線4與每個銅電極環(huán)2連接的內(nèi)含控制程序的中央控制單元5，和與中央控制單元5相連的帶有發(fā)射天線7的GPRS模塊6。上述電阻率測量裝置9由5 201個中空的可插拔的尼龍模塊3和夾在相鄰兩個尼龍模塊3的對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)2插接而成，如圖3所示。尼龍模塊3的高度與內(nèi)外直徑可分別在5 100mm、20 60mm和30 70mm范圍內(nèi)選?。荒猃埬K3可以通過模具采用尼龍澆注的方法制作。為了保證電極之間的間距一致，使測量位置與高程的換算更加方便，每個銅電極環(huán)2的厚度相同，為0. 5 Imm ；外徑31 71mm，需略大于尼龍模塊的外徑以便使電極環(huán)露出；內(nèi)徑27 67mm，需大于尼龍模塊的內(nèi)徑從而可以夾在兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)。為了便于組裝并有利于貫入，如圖4所示，上述可插拔的尼龍模塊3可以套置在1 根或2根承力軸8上，承力軸8表面可以帶有螺紋，且管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠，而使尼龍模塊3、銅電極環(huán)2以及導(dǎo)線4成為整體。GPRS模塊6是在900MHz/1800MHz網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的，發(fā)射天線7為GSM天線。所述的作為遠(yuǎn)程接收分析裝置的上位機12內(nèi)含客戶端服務(wù)程序。一種利用上述監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的方法，包括以下步驟(1)對濱海地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險勘查評估，選取樣點；(2)對上述樣點取土樣，測定該土樣在海水飽和、淡水飽和以及含鹽量為0. 3%時的電阻率，分別作為電阻率測量裝置底部、中部和上部的監(jiān)測預(yù)警閾值；(3)將尼龍模塊進(jìn)行插接，每兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)夾一個銅電極環(huán)，每個銅電極環(huán)引出導(dǎo)線從尼龍模塊組成的管內(nèi)通過與中央控制單元連接，管內(nèi)可以插有1或2根承力軸，再將管內(nèi)澆注硫化橡膠，形成電阻率測量裝置，在其下部插接錐頭，在其上部插接采集發(fā)射裝置形成現(xiàn)場采集發(fā)射裝置。上述尼龍模塊的數(shù)量、高度與內(nèi)外直徑可分別在5 201個、5 100mm、20 60mm 和30 70mm范圍內(nèi)選??；尼龍模塊可以通過模具采用尼龍澆注的方法制作。上述銅電極環(huán)厚度為0. 5mm ；外徑31 71mm，需略大于尼龍模塊的外徑以便使電極環(huán)露出；內(nèi)徑27 67mm，需大于尼龍模塊的內(nèi)徑從而可以夾在兩個尼龍模塊對接縫內(nèi)。(4)根據(jù)步驟1中調(diào)查的樣點情況垂直貫入相應(yīng)數(shù)量的電阻率測量裝置，其中貫入方式為液壓貫入。
(5)通過上位機客戶端服務(wù)程序設(shè)置采集參數(shù)，包括采集頻率和電極環(huán)的起始位置，并啟動實時自動監(jiān)測；并根據(jù)樣點的地質(zhì)條件設(shè)置電阻率測量裝置的底部、中部和上部分別作為海水入侵、地下水位以及土壤鹽漬化的監(jiān)測預(yù)警位置，啟動實時自動監(jiān)測之后，電阻率測量裝置開始實時連續(xù)采集土壤電阻率。電阻率測量裝置的三個監(jiān)測位置的設(shè)定可根據(jù)樣點的地質(zhì)條件而定，裝置在淡水含水層區(qū)域內(nèi)的部分設(shè)置為地下水位的監(jiān)測位置；裝置在淡水含水層底部的部分設(shè)置為海水入侵的監(jiān)測位置，裝置在土壤表層的部分設(shè)置為土壤鹽漬化監(jiān)測位置；通?？梢愿鶕?jù)地下水位即淡水含水層的深度確定電阻率測量裝置中部的長度，即使兩者長度相等，并根據(jù)該長度確定電阻率測量裝置中部有多少個銅電極環(huán)參與監(jiān)測地下水位，剩余的上下兩部分的銅電極環(huán)則分別用于監(jiān)測土壤鹽漬化和海水入侵，其中用于監(jiān)測土壤鹽漬化的電阻率測量裝置上部的長度可根據(jù)土壤表層至含水層的深度來確定；也可以直接將上中下各三分之一的銅電極環(huán)分別用于監(jiān)測土壤鹽漬化、地下水位以及海水入侵。(6)通過GPRS模塊將電阻率信號實時傳至上位機；(7)上位機經(jīng)信號接收器接收原位傳輸?shù)膶崟r電阻率信號，客戶端服務(wù)程序根據(jù)電阻率測量裝置底部、中部和上部預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值，在發(fā)生海水入侵，地下水位變動時以及鹽漬化時自動監(jiān)測報警。根據(jù)圖1電阻率測量裝置測量電阻率的原理如下一組ffenner裝置由相鄰的四個電極組成，分別稱為A、M、N、B極，其中A、B為供電電極，M、N為測量電極，測量M、N電極之間的介質(zhì)導(dǎo)電性，計算電阻率P如公式(1)、(2)所示。當(dāng)一組Wermer裝置采集完畢后，向上依次滾動測量。P = K - au^-⑴
AM -ANΚ = (2)式中，K為裝置系數(shù)，A^n為測量電極間的電壓，I為供電電極間的電流強度，P 為介質(zhì)的視電阻率值，AM、AN、麗分別為對應(yīng)電極間的距離。采集發(fā)射裝置9的數(shù)據(jù)采集過程如圖5所示，首先由上位機12通過初始化端口設(shè)置采集初始參數(shù)，設(shè)定起始時間，起始位置等，將數(shù)據(jù)采集模塊以及發(fā)射模塊初始化，當(dāng)?shù)竭_(dá)起始時間后，電阻率測量裝置9從起始位置開始采集，采集過程不斷切換電極，依次向上連續(xù)循環(huán)采集。采集到的實時數(shù)據(jù)通過采集發(fā)射裝置10傳輸至遠(yuǎn)程接收分析裝置。當(dāng)?shù)竭_(dá)采集結(jié)束時間時采集停止。遠(yuǎn)程接收分析裝置的接收器工作流程如圖6所示。接收器與上位機12間采用 RS232接口連接，接收的數(shù)據(jù)信號傳入上位機進(jìn)行儲存，然后采用上位機12客戶端服務(wù)程序?qū)⒋瓜虻碾娮杪手道L制成一定深度的電阻率變化曲線予以顯示，當(dāng)電阻率測量裝置9不同位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)超過監(jiān)測預(yù)警閾值時，系統(tǒng)自動報警。實施例以黃河三角洲為例，該地區(qū)存在普遍的海水入侵、地下水位、土壤鹽漬化現(xiàn)象。 首先進(jìn)行風(fēng)險勘查評估，選取為樣點?，F(xiàn)場取樣，測量其土壤在海水飽和時電阻率為 0. 28 Ω ·πι，在淡水飽和時電阻率為42. 4 Ω · m，鹽度為0. 3 %時電阻率為3. 35 Ω · m，將此分別作為海水入侵，地下水位和土壤鹽漬化的監(jiān)測預(yù)警的閾值。根據(jù)樣點的地質(zhì)條件(地下水埋深約0.8m，含水層厚度為Im)，設(shè)計電阻率測量裝置9長度為an。制備外徑為50mm， 內(nèi)徑為40mm，高度為20mm的圓環(huán)柱形的模具，采用尼龍澆筑形成尼龍模塊3，鍛造外徑為 51mm,內(nèi)徑47mm，厚度為0. 5mm的銅電極環(huán)2。選擇101個尼龍模塊3插接組成探桿，100個銅電極環(huán)2均勻安裝在尼龍模塊3之間，采用硫化橡膠密封，電阻率測量裝置9上部安裝采集發(fā)射裝置10與銅電極環(huán)2通過導(dǎo)線4聯(lián)接，將電阻率測量裝置9垂直貫入土壤中，埋深 an。由于相鄰的四個電極構(gòu)成一組Wenner裝置，則100個電極環(huán)構(gòu)成97個電極組，設(shè)電阻率測量裝置下部30個電極組用于海水入侵監(jiān)測，中部40個電極組用于地下水位監(jiān)測，上部 27個電極組用于土壤鹽漬化監(jiān)測，設(shè)置監(jiān)測開始時間為IOmin后，監(jiān)測起始位置為電阻率測量裝置9底部第一個銅電極環(huán)2，每兩輪監(jiān)測時間間隔為lmin，啟動監(jiān)測服務(wù)。監(jiān)測開始后，從電阻率測量裝置9底部第一個銅電極環(huán)2依次向上采集土壤電阻率，并將采集存儲的數(shù)據(jù)通過采集發(fā)射裝置10實時傳輸至遠(yuǎn)程接收分析裝置。在此過程中，通過注入海水模擬海水入侵，調(diào)節(jié)地下水位變動，在蒸發(fā)條件下模擬土壤鹽漬化，遠(yuǎn)程接收分析裝置實時監(jiān)控電阻率測量裝置9不同位置的電阻率變化，從圖 7、8、9可見1.當(dāng)開始發(fā)生海水入侵時，電阻率測量裝置底部監(jiān)測位置處的電極測量的電阻率出現(xiàn)快速降低階段，海水入侵達(dá)到最大量后電阻率變化趨于平緩，達(dá)到底部海水入侵閾值 0. 28 Ω · m，系統(tǒng)報警。2.隨著水位不斷變動，電阻率測量裝置的閾值設(shè)為42. 4Ω · m的中部位置監(jiān)測到水位上下變動。其中電阻率測量值為42. 4 Ω ·πι的銅電極環(huán)處為水位位置，水位位置以上是包氣帶，由此可以判斷出地下水位。3.伴隨著水分的蒸發(fā)，鹽分不斷在土壤表層積聚，電阻率測量裝置上部監(jiān)測位置處的電極測量的電阻率達(dá)到土壤鹽漬化預(yù)警閾值3. 35 Ω ·πι，系統(tǒng)報警，并且可以根據(jù)電阻率與含鹽量的相關(guān)關(guān)系判斷鹽漬化發(fā)生的程度。
權(quán)利要求
1.一種實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)，包括帶有信號接收器(11) 的上位機(12)，其特征在于還包括底部和頂部分別設(shè)有錐頭(1)和采集發(fā)射裝置(10)的電阻率測量裝置(9)；所述的電阻率測量裝置(9)包括至少5個中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊C3)和夾在相鄰兩個尼龍模塊C3)對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)O)；所述的采集發(fā)射裝置 (10)包括通過導(dǎo)線⑷與每個銅電極環(huán)(2)連接的內(nèi)含控制程序的中央控制單元(5)，和與中央控制單元(5)相連的帶有發(fā)射天線(7)的GPRS模塊(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述電阻率采集裝置(9)由5 201個中空的可插拔的尼龍模塊⑶和夾在相鄰兩個尼龍模塊⑶的對接縫內(nèi)的銅電極環(huán)⑵插接而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述尼龍模塊的高度與內(nèi)外直徑分別在5 201個、5 100mm、20 60mm禾Π 30 70mm范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述銅電極環(huán)厚度為0.5 1mm，外徑為31 71mm，內(nèi)徑為27 67mm。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述可插拔的尼龍模塊(3)套置在1根或2根承力軸(8)上，且尼龍模塊C3)套成的管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠，而使尼龍模塊(3)、銅環(huán)電極O)以及導(dǎo)線⑷成為整體。
6.一種利用權(quán)利要求1所述監(jiān)測系統(tǒng)原位同步實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的方法，包括(1)在海濱地區(qū)選取樣點；其特征在于還包括以下步驟(2)對上述樣點取土樣，測定該土樣在海水飽和、淡水飽和以及含鹽量為0.3%時的電阻率，作為電阻率測量裝置底部、中部和上部的監(jiān)測預(yù)警閾值；(3)將銅電極環(huán)與尼龍模塊相互插接而構(gòu)成電阻率測量裝置；(4)在樣點處垂直貫入電阻率測量裝置；(5)通過上位機客戶端服務(wù)程序設(shè)置采集參數(shù)，并啟動實時自動監(jiān)測；(6)通過GPRS模塊將電阻率信號實時傳至上位機；(7)上位機經(jīng)信號接收器接收原位傳輸?shù)膶崟r電阻率信號，上位機的客戶端服務(wù)程序根據(jù)電阻率測量裝置底部、中部和上部預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值，在發(fā)生海水入侵，地下水位變動時以及鹽漬化時自動監(jiān)測報警。
7.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于上述步驟2中，根據(jù)地下水位的深度確定電阻率測量裝置中部的長度，根據(jù)土壤表層至含水層的深度來確定電阻率測量裝置上部的長度；或者將上中下各三分之一的銅電極環(huán)分別用于監(jiān)測土壤鹽漬化、地下水位以及海水入侵。
8.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于上述步驟5中，設(shè)置的采集參數(shù)包括采集頻率和銅電極環(huán)測量的起始位置。
9.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于上述步驟7中，當(dāng)開始發(fā)生海水入侵且侵入到含水層底部時，電阻率測量裝置底部位置達(dá)到其預(yù)警閾值，上位機首先發(fā)出出現(xiàn)海水入侵警報；當(dāng)電阻率測量裝置中部有銅電極環(huán)出現(xiàn)了達(dá)到淡水飽和土的電阻率值的閾值而產(chǎn)生電阻率突變時，上位機根據(jù)該銅電極環(huán)的深度判斷地下水位的實時位置；當(dāng)電阻率測量裝置上部有銅電極環(huán)監(jiān)測到超過其預(yù)警閾值的電阻率值時，上位機發(fā)出土壤鹽漬化預(yù)警。
全文摘要
實時監(jiān)測海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化的系統(tǒng)及方法，包括上位機、帶有GPRS模塊的采集發(fā)射裝置和由可插拔尼龍模塊及其之間的銅電極環(huán)構(gòu)成的電阻率測量裝置；每個銅電極環(huán)通過導(dǎo)線與采集發(fā)射裝置內(nèi)的中央控制單元連接。其監(jiān)測方法包括在海濱地區(qū)選取樣點；測定樣點土樣在海水飽和、淡水飽和及含鹽量為0.3％時的電阻率作為預(yù)警閾值；當(dāng)電阻率測量裝置底部、中部或上部分別達(dá)到上述閾值時發(fā)出警報。本發(fā)明應(yīng)用廣泛、使用方便，可以根據(jù)監(jiān)測目的進(jìn)行組合以降低成本，通過遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)動態(tài)原位實時監(jiān)測，垂向測量一定深度的電阻率實現(xiàn)了遠(yuǎn)程、原位、實時、自動化的同步監(jiān)測，對于研究海水入侵-地下水位-土壤鹽漬化有著重要意義。
文檔編號G01N27/04GK102305814SQ20111013694
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者付騰飛, 單紅仙, 賈永剛 申請人:中國海洋大學(xué)