CN108692796B - 一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，包括井管、水准仪、水位标尺、第一挂绳、第一水位传感器、第二挂绳和第二水位传感器；水准仪水平设在井管顶端，第一挂绳挂在水准仪的下方，第一水位传感器连接于第一挂绳的下端，第二挂绳连接于水位标尺上，第二水位传感器连接于第二挂绳的下端。本发明可以在线监测动态采煤沉陷积水区地下水和地表水的水位差动态变化过程，工程造价低，施工周期短，操作简单易行，准确性好，不用进行水平管施工，不用定期进行维护，避免了长距离水头损失带来的误差，且通过水准仪观测出的标尺刻度与水位标尺内传感器导出的数据进行比较，可以保证数据的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及动态采煤沉陷积水区中环境学、水文学中的地表水和地下水中越流量计算领域，具体涉及一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，华北平原是我国的煤炭主产区之一，由于该地区的厚松散层、高潜水位的背景条件，导致了大量的采煤沉陷积水区的形成，改变了该区域原有的水文循环模式，其中地表水和地下水的越流交换是重要的循环单元之一，由于地表的持续沉陷，导致地表水和地下水的水位变化的复杂性，主要包括以下几个因素：(1)由于地表降雨过程导致的水位变化；(2)由于大气压强变化导致的水位变化；(3)由于地表沉陷导致高程变化给水位变化带来的叠加影响。我国是缺水国家，华北平原地区更是如此，从国家、省、市等各级部门都非常重视对沉陷区水资源的保护和综合利用，提出了沉陷区建设“平原水库”的构想，并已实施了相应的工程措施，合理评价该区域的水资源是进行综合利用的关键。无论是采用数值计算还是解析方法进行水资源量的计算，准确获得地表水和地下水的水位差是正确计算地表水和地下水越流量的关键。
目前，已有的地表水、地下水的监测方法大部分是单独针对地表水或地下水的观测系统，或者利用连通器原理将地表水和地下水整合到一个装置中，获得水位之间的差别，根据连通管的类型主要分为两种：
(1)用地表的连接管将地表水与地下水连接起来，通过设置在地下水观测井中的传感器读出地下水和地表水的压强差。
(2)地下埋设水平管线，连通地表水和地下水，通过测定内外套管水位差获得地下水和地表水压强差。
这两种测量方法可以进行长期地表水和地下水的水位监测，但是存在以下两个严重不足：
(1)由于地表水和地下水之间通过管道相连，地表连通管容易产生气泡，地下连通管容易堵塞，造成测量不准。
(2)地下水观测井与地表水距离不能太远，只能在岸边施工，对于地下水埋藏较深的地区，增加了施工的难度。
另外，采煤沉陷区的沉陷一直伴随着煤矿开采过程，其沉陷范围和深度也将随着一起改变，在岸边施工的水文观测孔极易随着沉陷被地表水淹没，导致测量系统失效。因此，建立能够准确、长期使用的地表水和地下水水位差监测系统是进行采煤沉陷积水区水资源量交换研究的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其解决了传统测量装置测量不准确、施工难度大等缺陷。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，所述测量装置包括井管、水准仪、水位标尺、第一挂绳、第一水位传感器、第二挂绳和第二水位传感器；
所述井管竖直设置且底端连通于动态采煤沉陷区的地下水，所述水准仪水平设在井管顶端，所述水位标尺竖直设于动态采煤沉陷区的地表水中，所述第一挂绳挂在水准仪的下方，所述第一水位传感器连接于第一挂绳的下端，所述第二挂绳连接于水位标尺上，且第二挂绳的连接点位于水准仪所在的水平线与水位标尺的交点处，所述第二水位传感器连接于第二挂绳的下端。
进一步改进在于：所述水位标尺上设有从上往下以及从下往上的双向刻度。
进一步改进在于：所述井管的顶端设有保护罩，所述水准仪架设到保护罩底座上。
进一步改进在于：所述井管在位于非取水的区域设有密封层，所述密封层包裹在井管外壁。
进一步改进在于：所述井管位于取水层的区域设有花管，所述花管包裹在井管外壁。
进一步改进在于：所述花管的外表面依次包裹有滤网层和砾石层。
进一步改进在于：所述第一挂绳和第二挂绳上均设有刻度。
本发明的有益效果在于：本发明可以在线监测动态采煤沉陷积水区地下水和地表水的水位差动态变化过程，工程造价低，施工周期短，操作简单易行，准确性好，不用进行水平管施工，不用定期进行维护，避免了长距离水头损失带来的误差，且通过水准仪观测出的标尺刻度与水位标尺内传感器导出的数据进行比较，可以保证数据的精准性。
附图说明
图1为本发明动态采煤沉陷积水区地下水与地表水的水位差在线测量装置的结构示意图。
图中：1-水准仪；2-保护罩；3-井管；4-第一挂绳；5-第一水位传感器；6-密封层；7-花管；8-滤网层；9-砾石层；10-水位标尺；11-第二挂绳；12-第二水位传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，测量装置包括井管3、水准仪1、水位标尺10、第一挂绳4、第一水位传感器5、第二挂绳11和第二水位传感器12。
其中，井管3竖直设置且底端连通于动态采煤沉陷区的地下水，水准仪1水平设在井管3顶端，定期用于地下水和地表水的测量基准线的校准，水位标尺10竖直设于动态采煤沉陷区的地表水中，第一挂绳4挂在水准仪1的下方，第一水位传感器5连接于第一挂绳4的下端，第二挂绳11连接于水位标尺10上，且第二挂绳11的连接点位于水准仪1所在的水平线与水位标尺10的交点处，第二水位传感器12连接于第二挂绳11的下端。
水位标尺10上设有从上往下以及从下往上的双向刻度，可以直接读出水深和水位标尺10在水面以上的长度,。水位标尺10下端固定在水底(最低水位)，通过水准仪1确定井管3和水位标尺10等高程点，两个水位传感器可以进行自动在线监测，将数据直接存储，在线监测时间间隔可以根据监测需要设定，定期到现场进行数据下载。
井管3的顶端设有保护罩2，水准仪1架设到保护罩2底座上，为可拆卸安装。保护罩2上有气泡，可以调平。
在井管3在位于非取水的区域设有密封层6，密封层6包裹在井管3外壁，防止不同含水层水互相混合。
在井管3位于取水层的区域设有花管7，花管7包裹在井管3外壁，花管7长度可与含水取水层相同完全穿透(完整井)或者小于目标含水取水层部分穿透(非完整井)。且在花管7的外表面依次包裹有滤网层8和砾石层9，防止水体中有较大的杂质，导致进水孔阻塞，减少井损。
第一挂绳4和第二挂绳11上均设有刻度。
本实施例工作过程如下：
1、根据需求在采煤沉陷积水区附近合理布设观测孔，利用车载钻机进行现场施工，通过钻孔、下管等工序安装地下水观测孔，并进行洗井等工序，保证井管3符合相关技术要求。
2、进行保护罩2安装，保护罩2包括底座和顶盖部分，掀起保护罩2，将经纬仪架设到调平后的底座上，并在水准仪1的观测线齐平位置安装第一挂绳4和第一水位传感器5，第一挂绳4长度为HD1，第一水位传感器5测得水深为HD2，地下水管测孔的水位HD＝HD1-HD2，根据第一水位传感器5的在线监测数据可以换算成地下水的水位。
3、在采煤沉陷去中假设水位标尺10，通过水准仪1获得位于同一水平线上的水位标尺10点的刻度值，在此刻度值处安装第二挂绳11和第二水位传感器12，第二挂绳11长度为HB1，第二水位传感器12测得水深为HB2，地表水的水位HB＝HB1—HB2，根据第二水位传感器的在线监测数据可以换算成相对水准仪观测线的地表水水位。
4、地表水和地下水水位差H＝HD-HB。
5、关闭保护罩2。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：所述测量装置包括井管(3)、水准仪(1)、水位标尺(10)、第一挂绳(4)、第一水位传感器(5)、第二挂绳(11)和第二水位传感器(12)；
所述井管(3)竖直设置且底端连通于动态采煤沉陷区的地下水，所述水准仪(1)水平设在井管(3)顶端，所述水位标尺(10)竖直设于动态采煤沉陷区的地表水中，所述第一挂绳(4)挂在水准仪(1)的下方，所述第一水位传感器(5)连接于第一挂绳(4)的下端，所述第二挂绳(11)连接于水位标尺(10)上，且第二挂绳(11)的连接点位于水准仪(1)所在的水平线与水位标尺(10)的交点处，所述第二水位传感器(12)连接于第二挂绳(11)的下端；
所述测量装置的工作过程如下：
S1、根据需求在采煤沉陷区附近布设观测孔，并进行洗井得到井管(3)；
S2、在水准仪(1)的观测线齐平位置安装第一挂绳(4)和第一水位传感器(5)，第一挂绳(4)长度为HD1，第一水位传感器(5)测得水深为HD2，地下水观测孔的水位HD＝HD1-HD2，根据第一水位传感器(5)的在线监测数据换算成相对水准仪观测线的地下水水位；
S3、在采煤沉陷区中假设水位标尺(10)，通过水准仪(1)获得位于同一水平线上的水位标尺(10)点的刻度值，在此刻度值处安装第二挂绳(11)和第二水位传感器(12)，第二挂绳(11)长度为HB1，第二水位传感器(12)测得水深为HB2，地表水的水位HB＝HB1—HB2，根据第二水位传感器(12)的在线监测数据换算成相对水准仪观测线的地表水水位；
S4、计算地下水和地表水水位差H＝HD-HB。
2.根据权利要求1所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：所述水位标尺(10)上设有从上往下以及从下往上的双向刻度。
3.根据权利要求1所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：所述井管(3)的顶端设有保护罩(2)，所述水准仪(1)架设到保护罩(2)底座上。
4.根据权利要求1所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：在所述井管(3)在位于非取水的区域设有密封层(6)，所述密封层(6)包裹在井管(3)外壁。
5.根据权利要求1所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：在所述井管(3)位于取水层的区域设有花管(7)，所述花管(7)包裹在井管(3)外壁。
6.根据权利要求5所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：所述花管(7)的外表面依次包裹有滤网层(8)和砾石层(9)。
7.根据权利要求1所述的一种动态采煤沉陷区地下水和地表水水位差测量装置，其特征在于：所述第一挂绳(4)和第二挂绳(11)上均设有刻度。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
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| 采煤沉陷区浅层地下水中的营养盐时空分布;范廷玉 等;《湖北农业科学》;第52卷(第21期);5272-5276 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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