一种土壤地层污染物监测系统及方法与流程

本发明涉及土壤污染物监测，具体为一种土壤地层污染物监测系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、土壤中的污染物以渗入地层中的水和气体为主，在突发环境事件中，需要对土壤进行打孔成井，以获取地层中可能发生污染的水和气，并监测这部分来自地层中的水和气流量、液位、流速、方向以及成分等信息，以便于确定污染物的分布情况，为后续的修复作业提供支持。

3、常规施工监测井工艺需要钻探-下管-填砾-洗井等步骤，工序复杂耗时较长，不利于应急调查时的快速响应，并且每一个监测井只能监测到单一的地层污染情况，要获取不同深度地层的数据，只能通过布设多组深度不同的测井进行，导致施工周期较长，同样不利于应急调查监测的快速响应；其次，钻探过程中往往需要泥浆护壁，容易对地层中的含水层堵塞或污染地层，达不到理想的监测精度。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种土壤地层污染物监测系统及方法，通过钻具获取测井内的土样以确定地层结构和土壤污染情况，通过布设至少三个测点和示踪剂配合获取地下污染物的渗流速度，通过分段分隔获取不同地层中污染物的液位、流量等参数，根据测井所在的位置和高程预测污染物的扩散情况。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种土壤地层污染物监测系统，包括：

4、钻具，用于打孔，建立测井并获取土壤样品；

5、监测单元，位于测井内，包括交替布置的多组封隔器和多组筛管，位于末端的筛管用于与钻具的贯入头抵接，位于首端的封隔器连接保护管；每一组筛管内部均设有采样器，采样器通过对应的采样管线与地面站连接，地面站通过封隔器控制管与封隔器连接；

6、地面站，通过封隔器控制管向封隔器输入或抽出介质，接收监测单元获取的液位、流量和污染物信息，根据测井位置和高程信息，输出污染物流向、流速信息和预测的污染物扩散结果。

7、钻具包括可拆卸连接的钻杆和贯入头，钻杆内设有土壤取样器，土壤取样器包括与贯入头可拆卸连接的内管和与内管连接的尾杆。

8、封隔器包括连接在封隔挡板圆周外侧的封隔器本体，筛管与封隔挡板通过第一紧固件连接固定。

9、封隔器本体通过封隔器控制管与地面站连接，基于地面站的控制，通过封隔器控制管向封隔器本体内注入介质实现膨胀，或抽出介质实现收缩，膨胀时，多组封隔器在测井内分段封隔地层。

10、采样器包括井下传感器和进样口，进样口通过采样管线与地面站连接，井下传感器通过传感器支架连接在封隔挡板上，进入筛管内部的样品通过井下传感器获取参数，并通过进样口传递至地面站中。

11、采样管线包括，位于截面中心的取样通道和两侧的通讯线，取样通道用于运输来自进样口的样品，通讯线与井下传感器连接用于传输信号。

12、地面站包括与监测数据中心连接的土壤气监测模块和地下水监测模块；

13、土壤气监测模块包括与采样管线连接的气泵组和地面传感器，气泵组的出口设有采样装置；气泵组通过对应的采样管线将气体样品抽出，部分样品通过采样装置收集送入化验室，另一部分样品经地面传感器监测参数后，送入尾气处理装置无害处理后排放；

14、地下水监测模块包括与采样管线连接的水泵组和地面传感器，水泵组的出口设有采样装置；水泵组通过对应的采样管线将水样品抽出，部分样品通过采样装置收集送入化验室，另一部分样品经地面传感器监测参数后，送入废水处理装置无害处理后排放。

15、地面站还具有封隔器控制单元，包括与封隔器控制管连接的动力单元，动力单元通过封隔器控制管向封隔器充入介质使其膨胀，实现地层分段封隔，或抽出介质使其回缩用于回收。

16、本发明的第二个方面提供基于上述系统，实现土壤地层污染物监测的方法，包括以下步骤：

17、在疑似污染区域中利用钻具成孔，建立测井并获取土壤样品进行地层编录，确定地层结构；

18、根据地层结构，组装监测单元，在钻杆内装入组装完毕的监测单元，提取钻杆，贯入头和监测单元不随钻杆移动；

19、封隔器膨胀进行地层分段密封，获取每一段地层中的液位、流量和污染物信息并发送给地面站；

20、地面站接收监测单元获取的液位、流量和污染物信息，根据测井位置和高程信息，输出污染物流向、流速信息和预测的污染物扩散结果，完成监测后回收封隔器。

21、在疑似污染区域中利用钻具成孔之前，还具有布置测井，具体为：

22、在疑似污染区域边缘部位快速布设三个监测点a01、a02、a03，三个监测点形成等边三角形；

23、根据地下水液位、流向和污染物指标，在最上游a01监测点正上游设定位置投入示踪剂，根据在下游接收到的时间，得到地下水渗流速度；

24、垂直等水位线方向位于最靠近疑似污染区域中间的a01孔的正下游方向，在疑似污染区域中间布设监测井c01监测区域内污染物信息的变化，在疑似污染区域外沿着垂直等水位线方向布设监测井c02监测下游污染物扩散情况；

25、根据对流弥散方程得到预测的污染物扩散结果。

26、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

27、1、利用钻具建立测井后，根据取出的土样可以确定地层结构，末端的筛管与钻具的贯入头抵接，所有封隔器被输入介质后膨胀，将地层分段封隔，每一组筛管内部的采样器将对应深度地层中的气体和液体抽出，并获取液位、流量和污染物信息，避免不同深度内混合出现串层干扰，从而监测污染物的垂直分布特性。

28、2、成孔后，钻具的贯入头在提钻时不随钻杆上行至孔口，滞留在地层中，可以有效防止孔壁坍塌，避免钻进过程对地下水的污染，提升污染物监测的精度。

29、3、成孔后提取地层土样并现场编录，可以精准判断地层结构和含水层位置，能够节省建井时间。

30、4、采用样品管和通讯线一体的结构，能够减少成孔内的空间占用，同时保护信号传输线路。

31、5、通过快速布设三个监测点，根据示踪试验、污染区内部及下游监测孔，快速建立监测网得到实时的预测扩散结果。

技术特征：

1.一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述钻具包括可拆卸连接的钻杆和贯入头，钻杆内设有土壤取样器，土壤取样器包括与贯入头可拆卸连接的内管和与内管连接的尾杆。

3.如权利要求1所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述封隔器包括连接在封隔挡板圆周外侧的封隔器本体，筛管与封隔挡板通过第一紧固件连接固定。

4.如权利要求3所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述封隔器本体通过封隔器控制管与地面站连接，基于地面站的控制，通过封隔器控制管向封隔器本体内注入介质实现膨胀，或抽出介质实现收缩，膨胀时，多组封隔器在测井内分段封隔地层。

5.如权利要求1所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述采样器包括井下传感器和进样口，进样口通过采样管线与地面站连接，井下传感器通过传感器支架连接在封隔挡板上，进入筛管内部的样品通过井下传感器获取参数，并通过进样口传递至地面站中。

6.如权利要求1所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述采样管线包括，位于截面中心的取样通道和两侧的通讯线，取样通道用于运输来自进样口的样品，通讯线与井下传感器连接用于传输信号。

7.如权利要求1所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述地面站包括与监测数据中心连接的土壤气监测模块和地下水监测模块；

8.如权利要求7所述的一种土壤地层污染物监测系统，其特征在于，所述地面站还具有封隔器控制单元，包括与封隔器控制管连接的动力单元，动力单元通过封隔器控制管向封隔器充入介质使其膨胀，实现地层分段封隔，或抽出介质使其回缩用于回收。

9.基于权利要求1-8任一项所述的一种土壤地层污染物监测系统，实现土壤地层污染物监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的一种土壤地层污染物监测方法，其特征在于，在疑似污染区域中利用钻具成孔之前，还具有布置测井，具体为：

技术总结
本发明涉及污染物监测探测技术领域，具体为一种土壤地层污染物监测系统及方法，包括钻具，用于打孔，建立测井并获取土壤样品；监测单元，位于测井内，包括交替布置的多组封隔器和多组筛管，位于末端的筛管用于与钻具的贯入头抵接，位于首端的封隔器连接保护管；每一组筛管内部均设有采样器，采样器通过对应的采样管线与地面站连接，地面站通过封隔器控制管与封隔器连接；地面站，通过封隔器控制管向封隔器输入或抽出介质，接收监测单元获取的液位、流量和污染物信息，根据测井位置和高程信息，输出污染物流向、流速信息和预测的污染物扩散结果。

技术研发人员：孙中瑾,谭现锋,黄鹤湾,刘超,李新元,张莹莹,史瑞,姬永红,张国权,王茂争,高翔,赵庆令,叶小瑭,王子鸣,韩露,赵禄恒
受保护的技术使用者：山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13