基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，包括岩溶介质装配管道模型系统，用于模拟不同类型地下岩溶介质；试验台架用于支撑岩溶介质装配管道模型系统；供水系统连接岩溶介质装配管道模型系统为所述的岩溶介质装配管道模型系统供水；全自动示踪投放控制系统连接岩溶介质装配管道模型系统向岩溶介质装配管道模型系统内投入配制好的示踪溶液；无线实时荧光示踪监测系统，用于对荧光示踪剂浓度及流速的实时监控、实现数据的远程无线传输；中央控制系统控制全自动示踪投放控制系统、供水系统，无线实时荧光示踪监测系统和高清摄像记录系统与中央控制系统通讯。

【技术实现步骤摘要】
基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统
本专利技术涉及水文地质学、水文与水资源工程、地下水与科学工程、环境科学与工程、水资源与环境工程、工程地质等
，特别是涉及一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统。
技术介绍
在中国的西南地区存在着大量的喀斯特岩溶地层，地质条件极端复杂，形成了许多暗河、管道、落水洞、溶沟溶槽等喀斯特地貌。现阶段，随着经济建设的飞速发展，大批水利水电工程、铁路公路交通工程等重大基础工程正向这些岩溶地区转移，位于地表以下的暗河、管道不容易被发现，在地下工程施工时存在着极大安全隐患。因此，为保证工程施工安全，探明查清西南地区岩溶管道介质发育程度及构造条件是刻不容缓的。岩溶地下水示踪试验是一种能够准确地探测和分析岩溶管道介质的水文地质试验，是研究地下水运移、污染源、岩溶管道形态的重要工具之一。示踪技术根据接收的浓度曲线特征，能在较短时间内准确、经济地确定地下水流的水文参数、探测地下岩溶管道介质类型及结构特征。目前，国内外学者针对水库、大坝、油田和煤层气井等工程开展了一系列现场示踪监测试验，对工程现场的岩溶地下水补给源和途径进行探查，但尚未进行过较为系统的室内示踪探查试验，缺乏针对岩溶管道介质的示踪技术分析相关装置设备及方法，尚未能提出对于室内示踪探查试验的切实可行的技术手段。综上所述，有必要开发一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统及操作方法，以解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术为克服上述技术的不足，提供一种操作简便、方便监测的基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统分为四个部分，包括岩溶介质装配管道模型系统、试验台架、供水系统、全自动示踪投放控制系统、无线实时荧光示踪监测系统、中央控制系统及高清摄像记录系统；所述的岩溶介质装配管道模型系统，由一系列设计尺寸样式的岩溶概念模型管道组成，用于模拟不同类型地下岩溶介质；在其入口处测定流速并进行示踪投放，在出口处进行实时数据采集和监测，获取不同岩溶介质结构的示踪曲线特征；所述的试验台架用于支撑岩溶介质装配管道模型系统；所述的供水系统连接岩溶介质装配管道模型系统为所述的岩溶介质装配管道模型系统供水；所述的全自动示踪投放控制系统连接岩溶介质装配管道模型系统向岩溶介质装配管道模型系统内投入配制好的示踪溶液；所述的无线实时荧光示踪监测系统，用于对荧光示踪剂浓度及流速的实时监控、实现数据的远程无线传输；所述的高清摄像记录系统，用于对荧光示踪剂在管道中运移全过程进行记录和拍摄，通过无线传输，将图像及视频实时传输到中央控制系统，结合收集到的示踪浓度及流速，在显示屏进行直观展示，为后期数据的处理和分析提供依据和帮助；所述的中央控制系统控制全自动示踪投放控制系统、供水系统，无线实时荧光示踪监测系统和高清摄像记录系统与中央控制系统通讯。进一步的，所述管道模型为透明材料，可以对示踪试验过程中示踪剂浓度的变化进行直观观察；在管道模型靠近入口的位置设置了一个与全自动示踪投放控制系统相连接的开口，、在靠近其出口处设有与无线实时荧光示踪监测系统相接的开口，采用密封圈进行密封，防止试验时液体的泄露。进一步的，所述试验台架，包括台架底座和支撑架，所述台架底座的中间及四周均设置排水水渠，以便将试验中多余的水排进下水道；在中间排水渠两侧设置有两条滑轨，在所述的两条滑轨上装载多个可调高支撑架，所述的岩溶介质装配管道模型系统安装在该支撑架上。进一步的，所述的全自动示踪投放控制系统，包括供水装置、一体化三室组合箱体、中央控制系统和在线实时监测装置；所述的一体化三室组合箱体包括依次连通的预混室、混合室和储存室；所述的预混室负责储存罗丹明、荧光素钠、天来宝这三种示踪剂的干粉，在其底部设有称重装置，所述的称重装置用于检测示踪剂干粉的重量，且将检测的信号发给所述的中央控制系统；中央控制系统控制进入到混合室内的示踪剂干粉的重量；所述的混合室负责示踪溶剂的配置，供水装置向混合室内供水；所述的混合室包括温度传感器、搅拌杆、降温底座，所述的温度传感器安置在混合室下部；所述的搅拌杆用于搅拌待混合的溶液；所述的降温底座位于预混室底部，所述的温度传感器与中央控制系统相连，所述的中央控制系统控制降温底座实现对混合室内的温度控制；所述的储存室用于存储配好的溶液，其上设置有与管道相连通的排液软管；所述的在线实时监测装置包括安装在混合室和储存室内的多种传感器，用于对配制溶液的各种参数进行监测；并将数据传输至中央控制系统，将历史数据及时保留。进一步的，所述的搅拌杆包括一个中空的主杆和安装在主杆底部的多个螺片；所述的主杆上开设有乙醇溶液注入孔，每个所述的螺片与主杆侧壁形成截面呈三角形的中空结构，且在所述的螺片侧壁上均布多个小孔；所述的中空主杆的内部与螺片的内部连通。为防止罗丹明B粉末吸附在螺杆及螺片上，鉴于罗丹明B极易溶解于乙醇的特性，在配置溶液过程中，沿主杆上方开孔注入少量乙醇溶液，乙醇顺主杆上方开孔流入、沿螺片小孔流出，将吸附在螺片上的罗丹明B粉末带出，保证螺杆光洁，提高溶液配制速率。进一步的，所述的供水装置包括一个水箱、电泵和电动流量调节器，负责提供稳定水源；电泵提供动力，将水箱里的水不断地抽至混合室；电动流量调节器根据中央控制系统发出的信号控制流量及进水流速，并将流量信息传递至中央控制系统。进一步的，所述混合室内还设有温度传感器；温度传感器安置在混合室下部。预混时，根据设计浓度及剂量，计算所需干粉重量和水量，依次打开电动流量调节器和气压调压装置，向混合室内加入示踪剂干粉和水。当示踪剂按设计浓度所需的投加量倒入混合室时，通过气压调压装置和电动流量调节器测得投加示踪剂重量或水的流量，向中央控制系统发出继续投加或停止投加的信号。随后，通过中央控制系统设定搅拌螺杆转速及转动时间，对示踪剂进行快速搅拌，防止出现结块。降温底座位于预混室底部，结合温度传感器实现对预混系统的温度控制，内置冰水循环管路，可保持预混室内温度在5°-15°之间，防止温度过高，示踪剂发生降解。当温度升高时，中央控制器收到温度传感器的信号，并对冰水循环管路发出指令，开始工作；当温度较低时，冰水循环管路停止工作。进一步的，所述在线实时监测装置包括在线示踪监控器、浊度传感器、PH传感器、腐蚀率监控器、光电式液位传感器和温度传感器；投放过程中，在线实时监测装置负责对重要水质参数采用在线传感器形式进行实时监控，并传输至中央控制系统，将历史数据及时保留；在混合室和储存室内布置有浊度传感器、PH传感器、腐蚀率监控器，对示踪溶液的配置过程和储存过程进行浊度、PH及腐蚀率的监测；所述在线示踪监控器安装在混合室内，对混合室示踪剂浓度进行实时监测，当药剂浓度不足时，能及时补充化学药剂至设计浓度，确保系统中的化学药剂始终维持最佳状态；所述光电式液位传感器安装在储存室内，负责实时监测液位；当储存室的溶液处于低液位时，传感器将液位输出信号传递至中央控制系统的投放控制模块，启动设备重新进行溶液配制过程；当储存槽的溶液处于高液位时，传感器同样发出信号，停止溶液配制。进一步的，在所述的预混室、混合室和储存室的内壁上均匀均涂黑色遮光涂料。进一步的，在所述预混室上部四周本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，包括岩溶介质装配管道模型系统、试验台架、供水系统、全自动示踪投放控制系统、无线实时荧光示踪监测系统、中央控制系统及高清摄像记录系统；所述的岩溶介质装配管道模型系统，由一系列设计尺寸样式的岩溶概念模型管道组成，用于模拟不同类型地下岩溶介质；在其入口处测定流速并进行示踪投放，在出口处进行实时数据采集和监测，获取不同岩溶介质结构的示踪曲线特征；所述的试验台架用于支撑岩溶介质装配管道模型系统；所述的供水系统连接岩溶介质装配管道模型系统为所述的岩溶介质装配管道模型系统供水；所述的全自动示踪投放控制系统连接岩溶介质装配管道模型系统向岩溶介质装配管道模型系统内投入配制好的示踪溶液；所述的无线实时荧光示踪监测系统，用于对荧光示踪剂浓度及流速的实时监控、实现数据的远程无线传输；所述的高清摄像记录系统，用于对荧光示踪剂在管道中运移全过程进行记录和拍摄，通过无线传输，将图像及视频实时传输到中央控制系统，结合收集到的示踪浓度及流速，在显示屏进行直观展示，为后期数据的处理和分析提供依据和帮助；所述的中央控制系统控制全自动示踪投放控制系统、供水系统，无线实时荧光示踪监测系统和高清摄像记录系统与中央控制系统通讯。...

【技术特征摘要】
1.一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，包括岩溶介质装配管道模型系统、试验台架、供水系统、全自动示踪投放控制系统、无线实时荧光示踪监测系统、中央控制系统及高清摄像记录系统；所述的岩溶介质装配管道模型系统，由一系列设计尺寸样式的岩溶概念模型管道组成，用于模拟不同类型地下岩溶介质；在其入口处测定流速并进行示踪投放，在出口处进行实时数据采集和监测，获取不同岩溶介质结构的示踪曲线特征；所述的试验台架用于支撑岩溶介质装配管道模型系统；所述的供水系统连接岩溶介质装配管道模型系统为所述的岩溶介质装配管道模型系统供水；所述的全自动示踪投放控制系统连接岩溶介质装配管道模型系统向岩溶介质装配管道模型系统内投入配制好的示踪溶液；所述的无线实时荧光示踪监测系统，用于对荧光示踪剂浓度及流速的实时监控、实现数据的远程无线传输；所述的高清摄像记录系统，用于对荧光示踪剂在管道中运移全过程进行记录和拍摄，通过无线传输，将图像及视频实时传输到中央控制系统，结合收集到的示踪浓度及流速，在显示屏进行直观展示，为后期数据的处理和分析提供依据和帮助；所述的中央控制系统控制全自动示踪投放控制系统、供水系统，无线实时荧光示踪监测系统和高清摄像记录系统与中央控制系统通讯。2.如权利要求1所述的一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，所述管道模型为透明材料；在管道模型靠近入口的位置设置了一个与全自动示踪投放控制系统相连接的开口，在靠近其出口处设有与无线实时荧光示踪监测系统相接的开口，两个开口采用密封圈进行密封。3.如权利要求1所述的一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，所述试验台架，包括台架底座和支撑架，所述台架底座的中间及四周均设置排水水渠；在中间排水渠两侧设置有两条滑轨，在所述的两条滑轨上装载多个可调高支撑架，所述的岩溶介质装配管道模型系统安装在该支撑架上。4.如权利要求1所述的一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，所述的全自动示踪投放控制系统，包括供水装置、一体化三室组合箱体、中央控制系统和在线实时监测装置；所述的一体化三室组合箱体包括依次连通的预混室、混合室和储存室；所述的预混室负责储存罗丹明、荧光素钠、天来宝这三种示踪剂的干粉，在其底部设有称重装置，所述的称重装置用于检测示踪剂干粉的重量，且将检测的信号发给所述的中央控制系统；中央控制系统控制进入到混合室内的示踪剂干粉的重量；所述的混合室负责示踪溶剂的配置，供水装置向混合室内供水；所述的混合室包括温度传感器、搅拌杆、降温底座，所述的温度传感器安置在混合室下部；所述的搅拌杆用于搅拌待混合的溶液；所述的降温底座位于预混室底部，所述的温度传感器与中央控制系统相连，所述的中央控制系统控制降温底座实现对混合室内的温度控制；所述的储存室用于存储配好的溶液；其上设置有与管道相连通的排液软管；所述的在线实时监测装置包括安装在混合室和储存室内的多种传感器，用于对配制溶液的各种参数进行监测；并将数据传输至中央控制系统，将历史数据及时保留。5.如权利要求4所述的一种基于岩溶管道介质特征反演的室内示踪试验系统，其特征在于，所述的搅拌杆包括一个中空的主杆和安装在主杆底部的多个螺片；所述的主杆上开设有乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振浩，王欣桐，李术才，施雪松，王文扬，赵晓成，林鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37