CN105700025A - 地下水径流探测方法及仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于由探测仪器接收并采集地下水径流产生的瞬变电磁波信息，通过嵌入式软件方法提取其中的地下水径流特征的主频和边频的幅值与频率，并据此定量评估地下水径流的埋藏深度和储量大小；地下水径流探测仪器包括探针与信号线、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块。本发明的有益效果在于：根据从瞬变电磁波中提取的特征信息及参数可定量分析地下径流水的埋藏深度、径流储量大小，探测结果唯一、定位精度高，可在找水、防水和治水工程中广泛应用。

Description

地下水径流探测方法及仪器

技术领域

本发明涉及一种用于地下水探测的物探方法和仪器，特别是一种探测地下水径流用的方法和仪器。

背景技术

地下水径流又称地下径流、地下径流水，是重力作用下地下水在自然界陆地水循环过程中的流动。地下径流水与降水量、蒸发量和地表径流共同组成陆地水均衡，地下径流水已成为单独的陆地水均衡要素。在水均衡式中一般以多年平均值的水层厚度毫米表示，定量评价中以流量、模数或总量表征。地下径流在陆地水循环中的作用日益被人们认识：①地下径流的年际之间的变化远较地表径流为小；②地下径流在一年之内的季节变化也远较地表径流为小；③控制地下水位在合理埋深的上下波动，可以减少蒸发量和土壤积盐，增大地下水在含水层中年内或多年中的实际循环量，“地下储水介质”作为储存、调蓄降水和地表水的作用日益被人们认识，并将得到更好的运用。

地下径流直接威胁矿山的设计、采区的布置及安全生产与建设，对于水文地质条件较复杂的矿区，由于地下径流水造成的水害事故屡见不鲜；因而可靠监测地下径流分布，为矿井水害预测预报提供依据，是矿山安全生产的重要课题。堤身渗漏和基础管涌属于地下径流，是水库、湖区防洪工程中出现的两种最常见也是破坏性最大的地质灾害。水库、湖区堤身渗漏和基础管涌的产生，除受外在水动力条件的控制外，堤身和基础的工程地质条件是最重要的因素。就管涌而言，地下水回水造成堤内地面涌水一般有三种情况:（1）当地下径流水回水水头压力大于盖层重量时，则盖层破坏，地下水涌出地面；（2）当盖层之上有地表水体时，此时地下径流水回水水头压力大于盖层重量与水柱压力之和时，盖层被破坏，地下水涌出地面；（3）在管涌层、流土层裸露区，当地下径流水回水位高于地面时，地下水涌出地面。因此，可靠监测水库、湖区堤坝内地下径流水的活动情况，是防治渗漏、管涌的主要措施。在经济建设中，水源是重要的基础工程，地下径流水是人类不可缺少的资源，合理开采和利用地下水资源是当今的重大问题。在城市及地下水已严重超采的地区，要严格控制地下水开采量，应严禁新建取用地下水的供水设施，并逐步减少地下水取水量。在西部和北方水资源短缺的地区，要合理开采地下水资源，以满足人民生产、生活的需求，并严格限制高耗水产业发展。在重大投资新建项目中，解决水源问题和了解地下径流水分布情况是必需的；为保护生态环境、解决缺水地区的用水问题，合理开采和利用地下水是切实可行的。

无论是找水、防水、还是治水的工程中，都必需找到水的源头及分布，才能有的放矢。目前国内外地面物探方法找水首推电法，自二十世纪30年代外国人在中国用电法找矿(水)，直到现在没有飞跃性进步，其它如采用甚低频仪测地下磁场随空间变化的方法，由于现代通讯的发达受强大电波干扰很难在城市及郊区开展。放射性找水，利用天然放射性元素氟在岩石裂隙中富集造成放射性异常，仪器可测到异常带，但这个裂隙带可以是充填的，张开的，是否有水流动仍然不知，所以与地质目测断层找水差不多，仍然是多解的，失败的实例很多。这些方法的共同点是把寻找固体矿产的物探方法应用在找地下水上，地面仪器测量值反映的是地质体物性综合值，属于静态信息，这个物理量所显示的是地下的那种固体矿产或地下水全凭解释者的主观经验；所以上述方法的找水成功率只有40～50％，其根源在物探曲线的多解性。这些方法只能够知道地下是否为低阻区，至于地下是否有水，水量有多大，水流速度是多少是无法知道的。能否发明一种将地下径流水与地下固体矿产资源区分开来的方法及物探仪器，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关的研究成果和产品报道。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种地下水径流探测方法及仪器。

本发明的技术方案是：一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于由探测仪器接收并采集地下水径流产生的瞬变电磁波信息，通过嵌入式软件方法提取其中的地下水径流特征的主频和边频的幅值与频率，并据此定量评估地下水径流的埋藏深度和储量大小。

本发明中，地下水径流探测仪器包括探针与信号线、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，所述前置输入模块通过信号线连接两根插入地表的探针接收地下水径流产生的瞬变电磁波信息并传输至信号调理模块，所述DSP处理模块接收信号调理模块的输出数据并提取和显示地下径流水的特征信息及参数，还输出逻辑控制信号至信号调理模块和前置输入模块的控制端。

所述的探针包括探测杆（2-1）、电连接件（2-2）、绝缘连接件（2-3）、信号线插座（2-4）、探针盖（2-5）、磁珠（2-6）、二极管（2-7）、电容（2-8），探测杆通过电连接件与绝缘连接件和磁珠、二极管、电容相连接，信号线插座安装在绝缘连接件内并由可开启的活动探针盖保护，磁珠串联在信号线插座芯线与电连接件之间，二极管与电容并联后串接于信号线插座外壳与电连接件之间；所述的信号线为连接仪器与探针的单芯屏蔽线，芯线用于传输探针接收的瞬变电磁波信号，屏蔽层在正常探测时与仪器模拟地连接、在探针连接状态检测时传输检测信号。

所述的前置输入模块包括四运放IC1和IC3、仪表放大器IC2、二极管D1和D2、微型继电器JD1、数字控制电位器PR1和PR2、电阻R1-R18、电容C1-C11，实现了探针输入信号的保护限幅、差分放大、高通滤波、双极性转换放大、工频陷波和低通滤波，并可对探针的连接状态和通道性能进行检测。

所述的信号调理模块包括12个通带频率不同的带通滤波器、12个增益可调节的后增益放大器、16通道输入的模数转换器，单个带通滤波器是由IC4A、R19、R20、R21、C12、C13组成的二阶带通滤波电路，单个后增益放大器是由IC4B、PR3、R23、R24、C14组成的反相放大电路；模数转换器的第1通道接双极性信号参考点，第2通道接前置放大输出，第3-14通道接12个后增益放大器输出，第15通道接探针1连接状态检测输出信号，第16通道接探针2连接状态检测输出信号。

所述的DSP处理模块包括DSP处理器、时钟与复位、CPLD、RAM、ROM、闪盘、USB接口、LCD触摸显示组件，DSP处理器在时钟与复位电路的驱动控制下通过总线与CPLD、RAM、ROM、闪盘、USB接口、信号调理模块、LCD触摸显示组件交换数据，还通过CPLD输出逻辑控制信号至RAM、ROM、闪盘、LCD触摸显示组件、信号调理模块和前置输入模块的控制端；LCD触摸显示组件包括显示存储器、显示逻辑控制、触摸屏检测转换、驱动电源电路、LED背光驱动电路、带LED背光的彩色液晶显示屏和电阻式触摸屏，显示数据和控制信号由DSP处理器传输至显示逻辑控制，显示逻辑控制电路缓存数据到显示存储器并输出显示数据到彩色液晶显示屏和输出控制信号到驱动电源电路以管理电源、到LED背光驱动电路以调节控制背光，电阻式触摸屏的状态信号经触摸屏检测转换电路传输至DSP处理器。

本发明中，地下水径流的埋藏深度h与主频频率f_z的关系为h＝1591.58(1/f_z)^0.5。

本发明中，地下水径流的储量大小与特征信息边频的关系为。

本发明的有益效果在于：探测仪器通过插入地表的探针接收地下径流水瞬变电磁波信息，经信号放大调理、采集分析后从中提取出能表征地下径流水的特征信息及参数，可定量评估地下径流水的埋藏深度、径流储量大小；仪器抗干扰能力强、功能自检完善，探测数据稳定可靠、探测结果唯一、定位精度高，可在找水、防水和治水工程中广泛应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明。

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的探针结构图；

图中：2-1.探测杆，2-2.电连接件，2-3.绝缘连接件，2-4.信号线插座，2-5.探针盖，2-6.磁珠，2-7.二极管，2-8.电容

图3是本发明的前置输入电路原理图；

图4是本发明的信号调理模块结构框图；

图5是本发明的单个通道信号调理电路原理图；

图6是本发明的DSP处理模块结构框图；

图7是本发明的LCD触摸显示组件结构框图。

图8是本发明的地下径流水的瞬变电磁波特征信息图。

具体实施方式

参见附图，图1是本发明的结构框图。一种地下水径流探测方法及仪器，由探测仪器接收并采集地下水径流产生的瞬变电磁波信息，通过嵌入式软件方法提取其中的地下水径流特征的主频和边频的幅值与频率，并据此定量评估地下水径流的埋藏深度和储量大小。地下水径流探测仪器包括探针与信号线、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，所述前置输入模块通过信号线连接两根插入地表的探针接收地下水径流产生的瞬变电磁波信息并传输至信号调理模块，所述DSP处理模块接收信号调理模块的输出数据并提取和显示地下径流水的特征信息及参数，还输出逻辑控制信号至信号调理模块和前置输入模块的控制端。

图2是本发明的探针结构图，探针包括探测杆（2-1）、电连接件（2-2）、绝缘连接件（2-3）、信号线插座（2-4）、探针盖（2-5）、磁珠（2-6）、二极管（2-7）、电容（2-8）。探测杆（2-1）用于接收地下径流水产生的瞬变电磁波信号，长度在300~500mm之间选择，直径在10~15mm之间选择，采用圆柱形金属材料经机加工而成，优选材料：不锈钢、黄铜、圆钢镀铬。电连接件（2-2）采用螺纹方式与探测杆连接，用于传递探测信号；绝缘连接件（2-3）用于固定信号线插座（2-4），与电连接件（2-2）采用过盈配合、螺钉锁定方式连接；信号线插座（2-4）的芯线连接抗干扰磁珠（2-6）、外壳连接二极管（2-7）、滤波瓷片电容（2-8），磁珠、二极管和电容的另一端采用螺钉锁紧方式与电连接件（2-2）连接；可开启的活动探针盖保护探针盖（2-5）用于保护绝缘连接件内的信号线插座。探测杆（2-1）接收地下径流水产生的瞬变电磁波信号，在探测过程中它既接收地壳内场信号，不可避免地也接收了空间的电磁干扰信号；为避免空间电磁干扰对探测的影响，在探测杆与信号线插座的外壳（探测时插座外壳在仪器内部接地）之间串接高频特性较好的瓷片电容（优选高频零温漂黑点瓷片电容）。由于地下径流水产生的瞬变电磁波的信号频段在2～10KHz范围，为有效的提取地下径流水信息，在探测杆与信号线插座的芯线之间串接有高频滤波磁珠（2-6）。磁珠等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化，它比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高滤波效果。磁珠由铁氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。铁氧体磁珠不仅可用于电路中滤除高频噪声，还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。二极管（2-7）在正常探测时与前置输入模块内的二极管D1或D2起信号输入限幅作用以保护仪器内部电路，仪器自检时用于传输DSP处理模块输出检测信号JCTZ到电连接件（2-2）以检测探针的连接状态和通道电路的性能。

信号线为连接仪器与探针的单芯屏蔽线，通过连接器分别与仪器、信号线插座（2-4）连接，信号线的芯线、屏蔽层分别与信号线插座（2-4）的芯线、外壳连接。正常探测时，信号线芯线用于传输探针接收的瞬变电磁波信号，屏蔽层与仪器内部模拟地连接；仪器自检时，信号线芯线用于返回电连接件（2-2）接收的检测信号，屏蔽层用于传输DSP处理模块输出的检测信号JCTZ到信号线插座（2-4）。两根探针的获取信号分别通过两根信号线差分方式传输，有效抑制探测过程中的共模干扰。

图3是本发明的前置输入电路原理图，前置输入模块包括四运放IC1和IC3、仪表放大器IC2、二极管D1和D2、微型继电器JD1、数字控制电位器PR1和PR2、电阻R1-R18、电容C1-C11。正常探测时，二极管D1和D2与探针内部的二极管一起实现了输入信号的限幅以保护仪器内部电路。由IC1C、IC1D、R1、R2、C1、C2、PR1组成的电路在正常测试情况下是一个全差分放大器，其输出增益由数字控制电位器PR1调节（R1＝R2），增益A=1+(R1+R2)/PR1；在探针连接状态检测时，将数字控制电位器PR1的抽头设置为开路，电路相当于两个缓冲器，直接将探针上的检测电压缓冲到模数转换器；C1＝C2为高频滤波电容，优选高频特性较好的瓷片电容。IC1B、R3~R6、C3、C4组成一个高通滤波与直流偏移修正电路（其中，R3＝R4、R5＝R6、C3＝C4），用于消除输入信号中的直流偏移、滤除测试范围以外的低频成分，高通滤波截止频率f＝1/2πR5C3。IC2、IC1A、R7、R8、PR2组成双极性转换放大电路，IC1A与R7、R8决定双极性信号的参考点电压Vref，IC2与PR2组成差分信号到双极性信号的转换放大电路，数字控制电位器PR2用于调节放大倍数A=1+2R/PR2（R为仪表放大器IC2内部的反馈电阻）。IC3A、IC3B、R9~R13(其中，R9＝R10＝2R11)、C5~C7（其中，C5＝C6＝C7/2）组成一个深度负反馈的高Q值陷波器，陷波频率f＝1/2πR9C5（需合理选择R9、C5，使f＝50Hz），调节R12与R13之比值以改变陷波器Q值。IC3C、IC3D、R14~R17(其中，R14＝R15＝R16＝R17)、C8~C11（其中，C8＝C9＝C10＝C11）组成一个四阶低通滤波器，用于滤除测试范围之外的高频成分，低通滤波截止频率f＝1/2πR14C8。微型继电器JD1在DSP处理模块输出控制信号TZJC为低电平时，信号线屏蔽层与仪器内部的仪器内部模拟地接通；在控制信号TZJC为高电平时，信号线屏蔽层与DSP处理模块输出的检测信号JCTZ接通；从而实现了对探针的连接状态和通道性能的自动检测。本专利中的四运放（以下相同）为低功耗、低噪声的单电源运放，也可由单运放或双运放实现，可选型号有：AD8574、AD8572、AD8599、TLC272、OP285、OP297、LI1012等；仪表放大器为一个增益控制电阻外接的仪表放大器，可选型号有：MAX4194、AD623等；数字控制电位器用的是XICOR公司的X9241，还可选MAX、AD、DS、CAT等公司的同类产品；微型继电器选用AGN21003或AGN20003。

图4是本发明的信号调理模块结构框图，图5是本发明的单个通道信号调理电路原理图。信号调理模块包括12个通带频率不同的带通滤波器和12个增益可调节的后增益放大器；其中一个（其余类同）带通滤波器为由IC4A、R19、R20、R21、R22、C12、C13组成的二阶带通滤波电路（C12=C13），带通滤波中心频率f＝(1/2πC12)×[1/R21(1/R19+1/R20)]^0.5，Q值＝0.5[R21(1/R19+1/R20)]^0.5，电路放大倍数A=R21/（2×R19）；在电路参数选择时，将12个带通滤波器的放大倍数设置一致（放大倍数可在1-10之间选取），通过选取不同的R20、C12、C13使12个带通滤波器具有不同的带通滤波中心频率和Q值，以保证12个带通的频率范围能覆盖所需的测试频率范围。其中一个（其余类同）后增益放大器由IC4B、PR3、R23、R24、C14组成的反相放大电路，数字控制电位器PR3用于调节放大倍数A=R23/PR3（放大倍数可在1-100之间进行调节）；由于该电路于12个带通滤波器之后，而前置信号经12个带通滤波器选频后的输出大小不一，故需调节数字控制电位器PR3，使信号既不失真又能满足模数转换器分辨率较高的要求。模数转换模块为16通道输入的模数转换器件，第1通道接双极性信号参考点，用于正常探测时与12个后增益放大器输出相减以得到双极性信号；第2通道接前置放大输出，用于调节数字控制电位器PR1和PR2，以保证信号在前置放大既不失真又能得到有效的放大；第3-14通道接12个后增益放大器输出，正常探测时与第1通道的双极性信号参考点相减以得到双极性信号；第15通道接探针1连接状态检测输出信号和第16通道接探针2连接状态检测输出信号，用于探针连接状态检测和调节数字控制电位器PR1。本专利模/数转换电路的ADC可选采用TI公司生产的16通道的ADS7953（12-bit）、ADS7957（10-bit）、ADS7961（8-bit）系列芯片，模拟电源电压为2.7V～5.25V、数字电源电压为1.7V～5.25V，采样率高达1MHz，20MHz的SPI接口；它具有精度高、体积小、通道多、使用灵活等特点。模/数转换电路将模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输至DSP处理模块，同时DSP可根据模/数转换器输出值，通过CPLD对后前置增益放大电路、后增益放大电路进行自动控制和调节，以保证测量数据的分辨率和测量精度。

图6是本发明的DSP处理模块结构框图，DSP处理模块包括DSP处理器、时钟与复位、CPLD、RAM、ROM、闪盘、LCD触摸显示组件、USB接口，DSP处理器在时钟与复位电路的驱动控制下通过总线与CPLD、RAM、ROM、闪盘、USB接口、模数转换器交换数据，还通过CPLD输出逻辑控制信号至RAM、ROM、闪盘、LCD触摸显示组件、信号调理模块和前置输入模块的控制端。DSP（DigitalSignalProcessor数字信号处理器）是一种用于实时完成数字信号处理的微处理器，DSP可选用TI公司TMS320系列的C3X或C67X浮点处理器、AD公司的ADSP21XXX浮点处理器、AT&T公司的DSP32XX浮点处理器、MOTOROLA公司的MC960XX浮点处理器、NEC公司的uPD772XX浮点处理器，本专利采用TI公司TMS320系列的C672X浮点DSP。时钟与复位电路分别为DSP提供工作时钟和上电复位信号；ROM用于保存装置的执行程序和参数；RAM用于保存装置程序运行过程的中间数据；CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）采用了静态功耗极低的ispMACH4000Z系列复杂逻辑可编程器件，是仪器其它电路与DSP的逻辑输入输出接口，完成本仪器的地址译码、数据传输、控制输出、信息加密等功能。信号处理模块的DSP可根据用户指令，通过CPLD向前置输入模块发出控制信号，以实现探针连接状态检测和正常探测的选择；同时，DSP接收模/数转换电路所传输过来的数字信号，进行分析处理后产生增益控制信号并通过CPLD控制前置输入增益、后增益放大电路，实现了对不同大小信号的自适应放大；完成以上的自检和设置控制之后，DSP通过模/数转换器对探针所获取的地下径流水瞬变电磁波信号进行采集，并结合增益控制码将采集的数字信号转换为探针所获取的实际值并保存到闪盘中（以供上位机通过USB接口或DSP通过内部总线读取分析处理）和送LCD触摸显示屏显示。图7是本发明的LCD触摸显示组件结构框图，包括显示存储器、显示逻辑控制、触摸屏检测转换、驱动电源电路、LED背光驱动电路、带LED背光的彩色液晶显示屏和电阻式触摸屏，显示数据和控制信号由DSP处理器传输至显示逻辑控制，显示逻辑控制电路缓存数据到显示存储器并输出显示数据到彩色液晶显示屏和输出控制信号到驱动电源电路以管理电源、到LED背光驱动电路以调节控制背光，电阻式触摸屏的状态信号经触摸屏检测转换电路传输至DSP处理器。综合考虑可视度、可操作性和低功耗等因素，LCD触摸显示屏尺寸应在3英寸到6英寸之间选择。仪器的自检和正常探测均可在LCD触摸显示屏的显示提示下通过触摸操作实现。探测结束，可通过LCD触摸显示屏的触摸选择操作，由DSP经内部总线读取内部闪盘中的探测数据，对数据进行数字抗混滤波、FFT变换与频谱细化、谱线搜索等方法处理后可得到图8所示的地下径流水的瞬变电磁波特征信息图。岩溶、裂隙中脉状流的地下径流水，按水文学规律流动在地底下会切割地磁场磁力线产生感应电动势；该感应电动势较微弱，无法穿透地层传送到地面；但它会对地下该处的天然瞬变电磁波产生持续不断的干扰，最终附加在该电磁波信号上传输到地表。把这种附加有地下径流水信息的信号定义为地下径流水特征信息，图8为本专利仪器在地表探测到的地下径流水特征信息。图8上半部分为天然瞬变电磁波的时域波形，下半部分为天然瞬变电磁波中地下径流水特征频谱图。频谱图中间最高的谱线称为主频谱线，分布于主频谱线两边并关于主频对称的谱线称为边频谱线。主频谱线表征地下某深度岩层的电性值，边频谱线表征地下水的活动情况，边频谱线幅值表示地下水瞬时流量的大小，边频谱线距离主频谱线的远近称边频频率，边频频率表示地下水瞬时流动速度的快慢。根据电磁场理论，天然瞬变电磁波在地层中的传导电流远远大于位移电流，则其穿透深度为

h＝1/(πf_zμ/ρ)^0.5(单位：m)

上式中，f_z为地下水径流特征主频频率；ρ为探测点的地表电阻率，一般地表大都是松散的土层，取其平均电阻率ρ≈10（Ω.m）；假设天然瞬变电磁波穿透的地层为无磁性介质，则磁导率取μ＝4π×10^-7H/m；据此得到地下水径流的埋藏深度与主频频率的关系如下

h＝1/(πf_zμ/ρ)^0.5＝1591.58(1/f_z)^0.5(单位：m)

对比主频幅值E(t)的综合值与周围测点的变化情况，结合附近已知的钻孔资料，评估测点在该深度的地下岩性。

流动的地下水会切割地磁场的磁力线而产生感应电动势e，根据电磁流量原理，感应电动势e（单位：mV）与流量的方程式为

e＝（4BK/L）Q

式中，B为探测地点的大地电磁场感应强度（单位：mV/m²）、K为常数，对于一个已知的探测区域来说它们都是常数，但需要在探测区域附近找已知的水量的参考测试点进行整定；L为地下水流通道截面的周长（单位：m）。

实际探测工作表明，地下水在岩溶裂隙中流动的流速、流量都是随时间变化的，其产生的感应电动势e是时间t的函数，计为e(t)＝0.5〔e₁(t)＋e₂(t)〕。e(t)与地下水储量Sw之间的关系为

Sw=∫₀ ^T[L.e(t)/4BK]dt=(L/4BK)∫₀ ^Te(t)dt(单位：m³/h)

式中，T为地下水径流的变化周期，本专利仪器能探测出地下水径流的变化周期T（边频频率f_b的倒数）和周期T内感应电动势e(t)的综合值，由上式可简单地估算出地下水储量Sw。但由于地下水径流的变化周期T受地质构造、补给情况、开采量等因素的影响而各不相同，且该周期也是随时间变化的，这给准确评估地下水储量或开采量带来一定困难。通常采用离散化方法来计算上式，具体做法是：由探测仪器对该固定深度连续重复探测1小时，得到M组探测数据，而这其中只有N组探测数据具有地下水径流特征信息，即边频综合幅值e(t₀)、e(t₁)、e(t₂)……e(t_N-1)，边频频率f_b0、f_b1、f_b2……f_bN-1；因此，上式的离散化计算公式为：

(单位：m³/h)

本发明通过插入地表的探针接收地下径流水瞬变电磁波信息，经仪器内部电路的调理、采集、分析后，可从瞬变电磁波信息中提取出能表征地下径流水的特征信息及参数，可定量分析地下径流水的埋藏深度、径流储量大小；仪器抗干扰能力强、功能自检完善，探测数据稳定可靠、探测结果唯一、定位精度高，可在找水、防水和治水工程中广泛应用。

Claims (8)

1.一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于由探测仪器接收并采集地下水径流产生的瞬变电磁波信息，通过嵌入式软件方法提取其中的地下水径流特征的主频和边频的幅值与频率，并据此定量评估地下水径流的埋藏深度和储量大小。

2.根据权利要求1所述的一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于：所述的地下水径流探测仪器包括探针与信号线、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，所述前置输入模块通过信号线连接两根插入地表的探针接收地下水径流产生的瞬变电磁波信息并传输至信号调理模块，所述DSP处理模块接收信号调理模块的输出数据并提取和显示地下径流水的特征信息及参数，还输出逻辑控制信号至信号调理模块和前置输入模块的控制端。

3.根据权利要求2所述的地下水径流探测仪器，其特征在于：所述的探针包括探测杆（2-1）、电连接件（2-2）、绝缘连接件（2-3）、信号线插座（2-4）、探针盖（2-5）、磁珠（2-6）、二极管（2-7）、电容（2-8），探测杆通过电连接件与绝缘连接件和磁珠、二极管、电容相连接，信号线插座安装在绝缘连接件内并由可开启的活动探针盖保护，磁珠串联在信号线插座芯线与电连接件之间，二极管与电容并联后串接于信号线插座外壳与电连接件之间；所述的信号线为连接仪器与探针的单芯屏蔽线，芯线用于传输探针接收的瞬变电磁波信号，屏蔽层在正常探测时与仪器模拟地连接、在探针连接状态检测时传输检测信号。

4.根据权利要求2所述的地下水径流探测仪器，其特征在于：所述的前置输入模块包括四运放IC1和IC3、仪表放大器IC2、二极管D1和D2、微型继电器JD1、数字控制电位器PR1和PR2、电阻R1-R18、电容C1-C11，实现了探针输入信号的保护限幅、差分放大、高通滤波、双极性转换放大、工频陷波和低通滤波，并可对探针的连接状态和通道性能进行检测。

5.根据权利要求2所述的地下水径流探测仪器，其特征在于：所述的信号调理模块包括12个通带频率不同的带通滤波器、12个增益可调节的后增益放大器、16通道输入的模数转换器，单个带通滤波器是由IC4A、R19、R20、R21、C12、C13组成的二阶带通滤波电路，单个后增益放大器是由IC4B、PR3、R23、R24、C14组成的反相放大电路；模数转换器的第1通道接双极性信号参考点，第2通道接前置放大输出，第3-14通道接12个后增益放大器输出，第15通道接探针1连接状态检测输出信号，第16通道接探针2连接状态检测输出信号。

6.根据权利要求2所述的地下水径流探测仪器，其特征在于：所述的DSP处理模块包括DSP处理器、时钟与复位、CPLD、RAM、ROM、闪盘、USB接口、LCD触摸显示组件，DSP处理器在时钟与复位电路的驱动控制下通过总线与CPLD、RAM、ROM、闪盘、USB接口、信号调理模块、LCD触摸显示组件交换数据，还通过CPLD输出逻辑控制信号至RAM、ROM、闪盘、LCD触摸显示组件、信号调理模块和前置输入模块的控制端；LCD触摸显示组件包括显示存储器、显示逻辑控制、触摸屏检测转换、驱动电源电路、LED背光驱动电路、带LED背光的彩色液晶显示屏和电阻式触摸屏，显示数据和控制信号由DSP处理器传输至显示逻辑控制，显示逻辑控制电路缓存数据到显示存储器并输出显示数据到彩色液晶显示屏和输出控制信号到驱动电源电路以管理电源、到LED背光驱动电路以调节控制背光，电阻式触摸屏的状态信号经触摸屏检测转换电路传输至DSP处理器。

7.根据权利要求1所述的一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于：所述的地下水径流的埋藏深度h与主频频率f_z的关系为h＝1591.58(1/f_z)^0.5。

8.根据权利要求1所述的一种地下水径流探测方法及仪器，其特征在于：所述的地下水径流的储量大小与特征信息边频的关系为。