一种宽量程地下水流速流向测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于水文地质参数测试领域，具体涉及一种宽量程地下水流速流向测试装置。该测试装置包括：基于热扰动技术的地下水流速测定模块；基于流体力学模型的地下水流速测定模块；以及，固定所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块和所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块的箱体。以基于热扰动技术的地下水流速测定模块获取数据，根据获取的数据测定流速值Vs，流速值Vs的测量范围为10

【技术实现步骤摘要】
一种宽量程地下水流速流向测试装置
本技术属于水文地质参数测试领域，具体涉及一种宽量程地下水流速流向测试装置。
技术介绍
地下水渗流在水文地质、工程地质、环境地质诸多领域有广泛需求。地下水渗流类比为水文地质科学的本构方程，是地下水科学研究的重点。地下水渗流亦常常为工程地质领域地质灾害的主要诱因，如滑坡、泥石流、地面塌陷、坝基管涌渗漏。地下水渗流引起土壤溶质运移及水溶性污染物扩散，亦是土壤及地下水污染修复的影响因素。如上所述，作为描述地下水渗流场主要特征参数，地下水流速流向的实时监测意义重大，应用领域广泛。传统的地下水流速流向测试方法存在各种问题，如多井抽水试验、示踪法、区域填图估算法等，需要通过多口监测井联测，费时费力、精度差，无法高效精准得到长时间序列的地下水流速流向数据、不利于长期自动化监测。限于此，前人对新测试方法进行了卓有成效的尝试与探索，按不同的工作原理分为如下四类：1)基于离子释放原理测定地下水流速，如美国专利US4570492，在流动的地下水中周期性释放已知的电化学离子，通过接收器分析化学离子传递的信息得到地下水流速。基于光折射原理测定流速，如美国专利US4063019，光源折射进入流动的地下水，通过图像数字转换器接收折射光源，分析得到地下水流速。基于放射性中子测速的方法亦属于此类工作原理。2)显微照相测定地下水流速流向，如美国Geotech生产的AquaVISION，采用视频管道显微照相技术对地下水中颗粒物进行显微照相捕捉，通过统计分析地下水中大量微观颗粒物，实现地下水的流速、流向及颗粒大小的实时测量。避免使用过多的监测井和传感器，测试速度快，数据量大，可重复性好，适用于地下水流速非常低、流速流向较稳定的情况。其缺点在于：1.与其它监测手段的兼容性差，无法进行数据自动采集与二次开发；2.通过微观颗粒统计平均得到的地下水流速，其物理意义不明晰，跨尺度应用是否等效于宏观地下水平均流速值尚值得商榷；3.应用范围有限，适合层流、地下水流速特别慢、地下水流向较稳定的苛刻条件。3)基于能量场扰动监测地下水流速。在流动的地下水中设置多孔介质发热装置人工激发温度场，地下水流经该区域时，会对电阻丝形成的稳定温度场造成规律性扰动，通过周围布设阵列的温度传感器表征该扰动的温度场，从而得到地下水流速，适用于地下水流速较小的情况。该技术源于1911年美国CarlThomas教授的开创性工作，通过能源场人工激发测试地下水流速的技术近五十年以来不断发展，如基于多普勒效应的声波场扰动技术(如US3498127，1970年)、热敏电阻技术(如US4391137，1983年)、地下水电导率扰动技术(如US5339694，1994年)、基于热扰动技术(US5412983，1995年)等。但该技术在实际应用中存在井下设备多、监测系统线性调试标定费时费力，测试量程受限等缺陷。4)基于流体力学模型，通过设置测量摆球的位移和偏转方向，提供了一种通过电子罗盘、感光元件、温度传感器的地下水流速流向测试方法(如中国专利CN105486351A)。结构简单、成本较低、对环境无污染，利于长期运行，但问题在于：流速测试量程有限，不适合测量地下水流速较低的情况；其次，传统技术方案中采用感光元件LED测量摆球水平方向位移，精度较差，限制了该方法的实际应用。中国专利CN105676308B基于该测试方法改进，采用3个以上的压力传感器测试位移及方位角，解决了水平位移测试精度差的问题，但测试量程不适用于低流速测量的问题仍然没有较好解决。地下水流速流向监测意义重大，应用领域广泛。前人基于不同的工作原理进行地下水流速流向监测装置的开发与尝试，但仍然无法较好地满足实际工程应用：基于离子测速的方法一污染地下环境，系统兼容性一般，现已应用较少。基于显微照相测定的方法二特别适用于超低流速的情况，测试量程适用于10-5m/s以下，但系统兼容性差，监测数据不利于二次开发集成；基于能量场扰动测试的方法三测试量程适中，适用于10-7～10-2m/s，基本满足通常情况下的地下水流速测量，且采用温度传感器、电导率传感器、压力传感器等测试精度高、重复性好、系统兼容性好；基于力学与运动学原理的方法适用于流速较大的情况(10-2～102m/s)，地下水基岩裂隙流、溶洞管道流、承压水射流等情况适用。如上所述，已有的地下水流速流向监测装置存在两个主要缺陷：一是测试量程受限，不同工作原理的测试方法，其测试量程具有分段性，其适用范围有限；其次是监测系统集成性，长时间序列原位监测、自动传输与监测数据二次开发利用是工程需求重点及未来监测技术发展方向，而基于离子测速和基于显微照相测定的方法均存在不同程度的系统集成性缺陷，不利于监测数据的远程自动传输与二次开发利用。因此，有待开发测试量程较宽、测试精度高、技术兼容性好的新型地下水流速流向监测装置。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术提供了一种宽量程地下水流速流向测试装置，具体涉及能实现宽量程地下水流速流向测量的综合测试方法，及基于该综合测试方法的宽量程地下水流速流向监测系统。本技术所提供的技术方案如下：一种宽量程地下水流速流向测试装置，包括：基于热扰动技术的地下水流速测定模块；基于流体力学模型的地下水流速测定模块；以及，固定所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块和所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块的箱体。上述技术方案所提供的宽量程地下水流速流向测试装置，以基于热扰动技术的地下水流速测定模块获取数据，根据获取的数据测定流速值Vs，流速值Vs的测量范围为10-7m/s<Vs<10-2m/s；以基于流体力学模型的地下水流速测定模块获取数据，根据获取的数据测定流速值Vs，流速值Vs的测量范围为10-2m/s<Vs<102m/s的流速，从而以一套装置扩展测量量程。具体的，所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块包括：第一供电电源；电连接所述第一供电电源的第一传感器数据采集器；分别与所述第一传感器数据采集器电连接的若干第一温度传感器；以及，与所述第一供电电源电连接的发热元件。上述技术方案提供了基于热扰动技术的地下水流速测定模块的结构基础。具体的，所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块包括：第二供电电源；电连接所述第二供电电源的第二传感器数据采集器；与所述第二传感器数据采集器电连接的三维电子罗盘，所述三维电子罗盘固定在金属圆球内；以及，分别与所述第二传感器数据采集器电连接的若干第二温度传感器。进一步的，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器为同一温度传感器；所述第一供电电源与所述第二供电电源为同一供电电源；所述第一传感器数据采集器与所述第二传感器数据采集器为同一传感器数据采集器。即，基于热扰动技术的地下水流速测定模块和基于流体力学模型的地下水流速测定模块公用各所述温度传感器。其中，基于流体力学模型测定地下水流速时，温度传感器用来换算得到流体的运动粘度。上述技术方案提供了基于流体力学模型的地下水流速测定模块的结构技术。进一步的，所述箱体包括上部的防水机箱和下部的射孔机箱，所述传感器数据采集器和所述供电电源设置在所述防水机箱内，各所述温度传感器、所述发热元件和所述三维电子罗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽量程地下水流速流向测试装置，其特征在于，包括：基于热扰动技术的地下水流速测定模块；基于流体力学模型的地下水流速测定模块；以及，用于固定所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块和所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块的箱体。

【技术特征摘要】
1.一种宽量程地下水流速流向测试装置，其特征在于，包括：基于热扰动技术的地下水流速测定模块；基于流体力学模型的地下水流速测定模块；以及，用于固定所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块和所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块的箱体。2.根据权利要求1所述的宽量程地下水流速流向测试装置，其特征在于，所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块包括：第一供电电源；电连接所述第一供电电源的第一传感器数据采集器；分别与所述第一传感器数据采集器电连接的若干第一温度传感器；以及，与所述第一供电电源电连接的发热元件(7)。3.根据权利要求2所述的宽量程地下水流速流向测试装置，其特征在于，所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块包括：第二供电电源；电连接所述第二供电电源的第二传感器数据采集器；与所述第二传感器数据采集器电连接的三维电子罗盘(11)，所述三维电子罗盘(11)固定在金属圆球(12)内；以及，分别与所述第二传感器数据采集器电连接的若干第二温度传感器。4.根据权利要求3所述的宽量程地下水流速流向测试装置，其特征在于：所述箱体包括上部的防水机箱(2)和下部的射孔机箱(3)，所述第一传感器数据采集器、所述第二传感器数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学浩，王清，王安礼，王宁涛，黄长生，
申请(专利权)人：中国地质调查局武汉地质调查中心，
类型：新型
国别省市：湖北,42