CN103149382A - 一种地下水流向的质心偏移测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻孔中地下水流向的质心偏移测定方法，包括以下步骤：于钻孔中均匀投入示踪剂，同时测定钻孔中同一深度间距为45°的八个方向的示踪剂浓度值得一组示踪剂浓度值，不同时刻重复测定多次得多组示踪剂浓度值；于米形图上标记各组示踪剂浓度值，并连接各组示踪剂浓度值点，得多个不规则八边形；采用几何方法画出各不规则八边形的质心位置，将所有质心拟合为直线，得质心偏移线，根据质心偏移线与正北方向的夹角即可确定地下水流动方向。该测定方法采用质心偏移的方法确定地下水流量，操作简单、成本低、安全环保、测量结果准确。
Description
技术领域
本发明属于水文地质参数探测领域，特别涉及一种地下水流向的质心偏移测定方法。
背景技术
现有地下水流向测定方法通常包括多孔示踪测定方法和单孔示踪测定方法。多孔示踪测定方法通常包括一个投源孔和若干个检测孔，于投源孔内投入示踪剂，于监测孔内检测示踪剂浓度变化，测定成本高、测定周期长；而单孔示踪测定方法，是一种基于丹东稀释理论的流速流向测定方法，需要探头位于钻孔中央，同时由于仅仅有单孔，因此测定结果不准确。
为了保证测定结果的准确性，单孔示踪测定方法中通常采用放射性示踪法，其原理是向钻孔中投入放射性示踪剂，一般采用131I或82Br，随着地下水的流动，示踪剂以一定的流散角被地下水带至孔外的含水层中；这样一来，各个方向上的放射性示踪剂反射回来的放射性强度各不相同，最强的方向对应为地下水流动时的下游，最弱的方向对应为上游；利用传感器探测出某一时刻各方向上的放射性强度，并采用矢量叠加的方法，得出地下水的实际流向。
然而，放射性示踪法测定含水层中地下水流向存在不足之处。首先，采用放射性示踪剂不仅会对环境造成放射性污染，而且会对测试人员的健康产生一定的危害，并且其成本较高，不容易获取，这些缺点极大地限制了这种方法的使用和推广；其次，根据某一时刻的放射性强度分布，采用矢量叠加的方法确定流向，不能准确获得示踪剂在水中的运动过程，得到的流向与实际流向直接往往存在一定的误差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种安全环保、测量结果准确的地下水流向测定方法。
技术方案：本发明提供的一种钻孔中地下水流向的质心偏移测定方法，包括以下步骤：
（1）于钻孔中均匀投入示踪剂，同时测定钻孔中同一深度间距为45°的八个方向的示踪剂浓度值得一组示踪剂浓度值，不同时刻重复测定多次得多组示踪剂浓度值；
（2）于米形图上标记各组示踪剂浓度值，并连接各组示踪剂浓度值点，得多个不规则八边形；
（3）采用几何方法画出各不规则八边形的质心位置，将所有质心拟合为直线，得质心偏移线，根据质心偏移线与正北方向的夹角即可确定地下水流动方向。
步骤（1）中，所述示踪剂为无放射性示踪剂，所述无放射性示踪剂为Nacl或生物荧光剂等能与水混合均匀的物质；重复测定数次为5-10次。
步骤（3）中，不规则八边形的质心位置可用其重心位置代替，八边形的重心可以用传统的几何方法确定。
有益效果：本发明提供的地下水流向的质心偏移测定方法采用质心偏移的方法确定地下水流量，操作简单、成本低、安全环保、测量结果准确。
该方法通过向钻孔中均匀投入无放射性示踪剂，地下水流动时会对钻孔中的示踪剂浓度进行稀释，由于上下游的稀释速度不同，上游一侧的示踪剂浓度减小的速度要比下游一侧的示踪剂浓度减小的速度快，根据质心偏移线即可确定水流方向，该质心偏离线可由钻孔中某一深度处呈圆形分布间隔45°的八个方向上示踪剂浓度值在米形图上确定的八边形的质心位置变化确定。
该方法采用无放射性示踪剂，不仅原料来源丰富、成本低廉，更重要的是它不会对环境造成污染，更不会影响测试人员的健康安全。
该方法采用质心偏移的方法，在同一深度处多次测量，每次测量就会得到一个八边形质心，根据质心的运动趋势可以得知示踪剂的运动路线，从而能够更加准确地确定地下水的流动方向，测量结果可靠。
附图说明
图1是本发明地下水流向测定方法的流程图。
图2是八个示踪剂浓度值对应的传感器分布示意图。
图3是示踪剂浓度值八边形质心偏移示意图。
图4是具体实例的示踪剂浓度值八边形质心偏移图。
图5是具体实例的水流方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的地下水流向测定方法做出进一步说明。
地下水流向测定方法，见图1，包括以下步骤：
步骤1，于钻孔中均匀投入示踪剂，示踪剂选用无放射性示踪剂，可根据需要合理选择，优选Nacl或生物荧光剂等能与水混合均匀的物质，利用现有的测量技术同时测定钻孔中同一深度八个方向的示踪剂浓度值得一组示踪剂浓度值（1-8号），测定八个示踪剂浓度值对应的传感器以间隔45°角的形式呈圆形分布（见图2）；不同时刻重复测定多次得多组示踪剂浓度值；由于地下水的流动，孔内的示踪剂被慢慢稀释，使得示踪剂浓度值逐渐减小，而上游一侧的示踪剂浓度减小的速度要比下游一侧的示踪剂浓度减小的速度快，通常可根据需要在某一深度处测量5~10次即可。
步骤2，于米形图上标记各组示踪剂浓度值，并连接各组示踪剂浓度值点，得多个不规则八边形，见图3；米形图的绘制方法为从原点O出发，分别向八个方向以该方向的示踪剂浓度值大小等比例画出不同长度的线段。
步骤3，采用几何方法画出各不规则八边形的质心位置，将所有质心拟合为直线，得质心偏移线；其中质心位置可用重心位置替代。
步骤4，根据质心偏移线与正北方向的夹角确定地下水流动方向。
以下给出一个更具体的实例。
本实例所采用的示踪剂为NaCl，对应传感器采用电导电极。
在某一钻孔中的25m深度处连续进行5组测量，每组测量间隔为2分钟，得到5组电导值，每组电导值包括8个方向上的8个电导值，见表1；将这5组电导值在米形图上标记，并连接各组示踪剂浓度值点，得5个不规则的八边形，见图4。由图4可知，随着时间的增加，八边形逐渐向里收缩，这说明孔中的Nacl正在被逐渐稀释；同时，八边形两侧的收缩速度不同，这是上游水被稀释的速度比下游水更快。用几何方法找出各八边形的重心（点A-E），作为其质心位置，将5个质心拟合成一条直线，作为质心偏移线L，即可确定水流方向。
本发明给出两种表征水流方向的方法：
其一，质心偏移线L与正北方向的夹角即可表征水流方向；
其二，计算出从1号示踪剂浓度值顺时针转至质心偏移方向的角度α；根据电子罗盘读数得出从正北方顺时针转至1号示踪剂浓度值的角度β；即可确定钻孔中该深度处的地下水流向角度为α+β，即地下水实际流向为从正北方顺时针转过α+β角度（若α+β>360°，则为α+β-360°）。
根据第二种表征水流方向的方法，本实例中1号电导值与质心偏移线L与所在方向的夹角α约为326°，见图4；根据测量时电子罗盘所给出的数据，得知正北方与1号电导值所在方向的夹角β为202°；从而得出该钻孔25m处地下水流向为从正北方顺时针转过528°，即168°，因此水流方向为东偏南78°，见图5。
表1测定得到的5组电导值
Claims (3)
1.一种钻孔中地下水流向的质心偏移测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）于钻孔中均匀投入示踪剂，同时测定钻孔中同一深度间距为45°的八个方向的示踪剂浓度值得一组示踪剂浓度值，不同时刻重复测定多次得多组示踪剂浓度值；
（2）于米形图上标记各组示踪剂浓度值，并连接各组示踪剂浓度值点，得多个不规则八边形；
（3）采用几何方法画出各不规则八边形的质心位置，将所有质心拟合为直线，得质心偏移线，根据质心偏移线与正北方向的夹角即可确定地下水流动方向。
2.根据权利要求1所述的一种地下水流向的质心偏移测定方法，其特征在于：步骤（1）中，所述示踪剂为无放射性示踪剂。
3.根据权利要求1所述的一种地下水流向的质心偏移测定方法，其特征在于：重复测定数次为5-10次。
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