本发明专利技术提供一种地下水流速流向测量装置及方法，包括过滤筒、标记物单元、图像采集单元和分析处理单元，过滤筒包括底板和圆筒，底板盖合于圆筒的一端，圆筒侧壁上设有若干过滤孔；标记物单元包括罗盘、标记物和细绳，罗盘设于底板，标记物设于圆筒内，细绳的一端与标记物连接，另一端与底板连接，标记物有位于罗盘正上方的参考位置和随水流动后的标记位置；图像采集单元包括端盖、照明器具和摄像头模块，端盖设于圆筒另一端，照明器具和摄像头模块设于圆筒内，摄像头模块与罗盘位置正对；分析处理单元与图像采集单元通信连接。通过摄像头模块获取标记物相对于罗盘的图像信息传递给分析处理单元，得出地下水的流速和流向。得出地下水的流速和流向。得出地下水的流速和流向。
【技术实现步骤摘要】
地下水流速流向测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及地下水监测
，尤其涉及一种地下水流速流向测量装置及方法。
技术介绍
[0002]地下水是水资源的重要组成部分，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一，与人类生活和社会经济建设具有密切的关系。但在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。研究和掌握地下水的实时变化情况，对于有效开发利用地下水资源、防灾减灾具有重要意义。
[0003]地下水进行流速流向是研究地下水流动特性的关键研究指标，目前常用的地下水流速流向测量方法主要有水文物探法、抽水实验法和示踪法。
[0004]水文物探法主要有包括自然电位法和高密度电法等，其原理是通过对地层电场探测以确定地下水流速流向，但其针对不同的水文地质环境需要进行具体分析、应用。抽水实验法是通过对多个钻孔绘制等水位线图，间接计算得到渗流流向，但是结果可靠性差、操作复杂，无法进行单孔测量。示踪法主要有示踪剂投放法和温度场示踪法。示踪剂投放法通过人工投放示踪剂并对其进行运动监测达到测定流速流向的目的，常采用的示踪剂有放射性元素、盐、颜料等，不同的示踪剂对于地下水都会有一定的影响，同时需要补充示踪剂，且测量结果需要修正，操作较为复杂。温度场示踪法将温度作为“示踪剂”，通过监测不同方向的温度变化速率来实现对水流速流向的监测，对于热敏元件的要求较高。
[0005]上述测量方法测试流程复杂，测量误差偏大，示踪法对环境存在一定影响，开发一种高效、准确、简便的地下水流速流向测量仪器十分必要。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种地下水流速流向测量装置，旨在准确简便的测量地下水流速和流向。
[0007]本专利技术的实施例提供一种地下水流速流向测量装置，包括：
[0008]过滤筒，所述过滤筒包括底板和圆筒，所述底板盖合于所述圆筒的一端，所述圆筒侧壁上设有若干过滤孔；
[0009]标记物单元，包括罗盘、标记物和细绳，所述罗盘安装于所述底板上，所述标记物设于所述圆筒内，所述细绳的一端与所述标记物连接，所述细绳的另一端与所述底板连接，所述标记物具有位于所述罗盘正上方的参考位置和随水流动后的标记位置；
[0010]图像采集单元，包括端盖、照明器具和摄像头模块，所述端盖盖设于所述圆筒的另一端，所述照明器具设于所述圆筒内，所述摄像头模块设于所述圆筒内，并固定于所述端盖上，所述摄像头模块与所述罗盘位置正对，以采集所述罗盘和所述标记物的图像信息；以及，
[0011]分析处理单元，与所述图像采集单元通信连接，以获取所述摄像头采集的图像信
息并进行分析处理。
[0012]可选地，所述标记物单元还包括：
[0013]罗盘底座，设于所述底板上，所述罗盘底座上设有一凹槽，所述罗盘固定于所述凹槽内；
[0014]第一透镜，盖设于所述凹槽上，以将所述罗盘密封在所述凹槽内；
[0015]固定座，设于所述第一透镜的上方中部位置处，用于与所述细绳连接。
[0016]可选地，所述标记物为浮球。
[0017]可选地，所述图像采集单元还包括：
[0018]筒体，所述筒体同轴设于所述圆筒内，并与所述端盖密封固定连接，所述摄像头模块安装于所述筒体内；
[0019]多个连接杆，沿所述筒体的周向间隔布设，每一所述连接杆的一端与所述筒体连接，另一端与所述标记物单元连接。
[0020]可选地，所述摄像头模块包括：
[0021]第二透镜，所述第二透镜设于所述筒体远离所述端盖的一端，并与所述筒体密封连接，以在筒体内形成密封空腔；
[0022]安装板，所述安装板与所述筒体内径相适配，设于所述密封空腔内；
[0023]摄像头，所述摄像头固定在所述安装板上。
[0024]可选地，所述照明器具包括：
[0025]灯罩，所述灯罩呈环形设置，套设于所述摄像头外侧，所述灯罩内设有一环形槽，所述环形槽的槽口朝向所述第二透镜设置；
[0026]第三透镜，盖设于所述环形槽的槽口；
[0027]环形LED灯，设于所述环形槽内。
[0028]可选地，所述摄像头上设有固定孔，所述安装板和所述灯罩上均设有与所述固定孔相对应的安装孔，所述摄像头模块还包括：
[0029]第一套筒，所述第一套筒设于所述灯罩的上方，所述第一套筒的筒壁上贯设有沿套筒延伸方向延伸的第一通孔，所述摄像头一端搭设于所述第一套筒上，以使得所述固定孔与所述第一通孔连通，所述摄像头的另一端设于所述第一套筒内；
[0030]第二套筒，所述第二套筒设于所述摄像头与所述安装板之间，所述第二套筒上设有与所述第一通孔连通的第二通孔；
[0031]螺栓，依次穿设于所述灯罩上的安装孔、所述第一通孔、所述固定孔、所述第二通孔和所述安装板上的安装孔，再通过螺母固定。
[0032]可选地，所述分析处理单元为上位机。
[0033]可选地，所述图像采集单元还包括电缆防水接头，所述电缆防水接头安装于所述端盖上，用于供所述摄像头模块和所述照明器具与所述上位机通信连接和通电连接。
[0034]本专利技术还提供一种地下水流速流向测量方法，应用于如上所述的地下水流速流向测量装置，所述标记物为浮球，包括以下步骤：
[0035]所述图像采集单元获取所述标记物单元的图像信息；
[0036]根据所述图像信息，获取浮球所在的标记位置相对于所述罗盘的指向，判断地下水的流向；
[0037]若所述浮球处于所述标记位置时，根据所述图像信息对所述浮球进行空间几何关系分析，所述浮球相对所述罗盘的水平位移为x，所述细绳长度为l，所述细绳与所述罗盘的角度为θ，则有：
[0038]所述分析处理单元根据所述浮球所在的标记位置依次计算所述浮球的受力，其中，所述浮球的受力包括：
[0039]重力：
[0040]浮力：
[0041]绕流阻力：
[0042]细绳拉力：F
L
；
[0043]其中，d为浮球直径，ρ
b
为浮球的平均密度，ρ
w
为地下水的密度，C
D
为浮球绕流阻力系数，A
x
为浮球沿质心平动速度方向的投影面积，v
w
为地下水的流速，v
b
为浮球质心的平动速度；
[0044]若所述浮球处于所述标记位置时，所述浮球的受力处于平衡状态，所述浮球的速度为0，根据受力关系有：
[0045]所述分析处理单元联立(1)和(2)可获得地下水流速为：
[0046][0047]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的地下水流速流向测量装置通过将标记物单元设于筒底，将图像采集单元设于标记物单元正对的位置，将圆筒放入地下水中时，水自圆筒侧壁上的过滤孔中进入，使得标记物单元位于下侧，图像采集单元位于上方，此时，利用摄像头模块获取标记物相对于罗盘本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地下水流速流向测量装置，其特征在于，包括：过滤筒，所述过滤筒包括底板和圆筒，所述底板盖合于所述圆筒的一端，所述圆筒侧壁上设有若干过滤孔；标记物单元，包括罗盘、标记物和细绳，所述罗盘安装于所述底板上，所述标记物设于所述圆筒内，所述细绳的一端与所述标记物连接，所述细绳的另一端与所述底板连接，所述标记物具有位于所述罗盘正上方的参考位置和随水流动后的标记位置；图像采集单元，包括端盖、照明器具和摄像头模块，所述端盖盖设于所述圆筒的另一端，所述照明器具设于所述圆筒内，所述摄像头模块设于所述圆筒内，并固定于所述端盖上，所述摄像头模块与所述罗盘位置正对，以采集所述罗盘和所述标记物的图像信息；以及，分析处理单元，与所述图像采集单元通信连接，以获取所述摄像头采集的图像信息并进行分析处理。2.如权利要求1所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述标记物单元还包括：罗盘底座，设于所述底板上，所述罗盘底座上设有一凹槽，所述罗盘固定于所述凹槽内；第一透镜，盖设于所述凹槽上，以将所述罗盘密封在所述凹槽内；固定座，设于所述第一透镜的上方中部位置处，用于与所述细绳连接。3.如权利要求1所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述标记物为浮球。4.如权利要求1所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述图像采集单元还包括：筒体，所述筒体同轴设于所述圆筒内，并与所述端盖密封固定连接，所述摄像头模块安装于所述筒体内；多个连接杆，沿所述筒体的周向间隔布设，每一所述连接杆的一端与所述筒体连接，另一端与所述标记物单元连接。5.如权利要求4所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述摄像头模块包括：第二透镜，所述第二透镜设于所述筒体远离所述端盖的一端，并与所述筒体密封连接，以在筒体内形成密封空腔；安装板，所述安装板与所述筒体内径相适配，设于所述密封空腔内；摄像头，所述摄像头固定在所述安装板上。6.如权利要求5所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述照明器具包括：灯罩，所述灯罩呈环形设置，套设于所述摄像头外侧，所述灯罩内设有一环形槽，所述环形槽的槽口朝向所述第二透镜设置；第三透镜，盖设于所述环形槽的槽口；环形LED灯，设于所述环形槽内。7.如权利要求6所述的地下水流速流向测量装置，其特征在于，所述摄像头上设有固...
【专利技术属性】
技术研发人员：李波，唐正，朱墨，唐辉明，张永权，邱鹏程，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。