CN110146939A - 一种深部地下水流速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部地下水流速测定方法，在测量区范围内钻孔，发现钻孔点出现水停止钻孔；将测量装置通过测量管从套管中心位置逐级放入钻孔中；开启采集设备，通过可视摄像头观测测量管下降位置，发现水流停止下降，在地面顶端同样安装旋转式扶正器，使测量管保持垂直方向；通过可视摄像头观测水流的方向，如果水流方向为平行测量装置状态，通过旋转测量管，观测采集流速的数值大小，以稳定的最大值为水流流向；再把测量管上端用硬连接的方式固定在套管上端口，对测水流进行实时监测，因为多普达原理的便捷性，伸入过流管内的测量元件可测瞬时流速也可测平均流速。本发明可以测量深部地下水，并且可以判定水流具体走向。

Description

一种深部地下水流速测定方法

技术领域

本发明涉及测量深部地下流体数据的技术领域，具体地说是一种深部地下水流速测定方法。

背景技术

多普勒流速仪在我国刚刚兴起，目前还没有广泛用于地下水流速流向的测量，由于没有一个合适的钻孔能适用于探针装置利用声波去测量流体的大小和方向，所以从它的适用条件判断，仍然需要去解决许多技术难题，若这些问题得到解决，未来多普勒测速仪器将具有更高的测速精度，更大的测速范围，更强的抗干扰能力。

申请号：201610997859.3公开了一种地下水位智能测量仪，包括测量装置外壳、连接电线、电线密封盖、水压传感器及水敏传感器，电线密封盖设置在测量装置外壳顶部，水压传感器设置在测量装置外壳底部，水敏传感器设置在水压传感器底部，连接电线穿过电线密封盖与水压传感器及水敏传感器电性连接。本发明的地下水位智能测量仪，随着连接电线的收放在井内上下移动，对地下水位进行动态实时测量，接触到水面后，水敏传感器发出信号，浸入到地下水水面以下后，水压传感器测量出水压数据，由此得出本装置距离水面的高度，再根据井口以下的连接电线长度，可得出地下水位的数据，本地下水位智能测量仪测量准确度较高，且结构较简单，具有进行推广应用的价值。

申请号：201811114516.3涉及一种地下水检测装置，定义相邻两个丝母中位置靠下的丝母为下丝母，位置靠上的丝母为上丝母，下丝母在与传动丝杠传动过程中具有沿对应止转键向上平移的下丝母平移位和由对应止转键上侧脱离而随传动丝杠转动的下丝母转动位，传动丝杠上具有与上丝母相对应的光轴段，上丝母具有与对应止转键止转配合并与所述光轴端相对应的上丝母不动位、在传动丝杠带动下沿对应止转键向上平移的上丝母平移位和由对应止转键上侧脱离而随传动丝杠转动的上丝母转动位，下丝母的上端设置有用于顶推上丝母下端而使上丝母由上丝母不动位向上移动至上丝母平移位的顶推结构。本发明提供了一种样品舱可以保存多种液体样品的地下水检测装置。

现有技术中一般包括以下方法：

示踪法，精度0.01，方向误差±8°，主要原理为单孔稀释速率，不可回收，工程量较大，大部分设备大型化，即空间占用大，操作繁琐，且较难运输和放置到指定地点。需要多点进行联合测量，环境破环程度高，对非均匀裂隙水流方向无法测量，需要大量投入无害化学粒子示踪剂，提高试验成本。由于粒子的扩散方向不均匀，所以测量结果需要大量数据分析提炼。观测周期比较长。示踪法需对经验系数进行修正才能得到水流速度;而经验系数受多种因素的影响,在不同的条件下如何使用,有较大的随意性。

电位法，精度0.01，方向误差10°，主要原理为等电位移动，不可回收，工程量较大，大部分设备大型化，即空间占用大，操作繁琐，且较难运输和放置到指定地点。实时性较差，过程较为繁琐，精度不高观测时间比较长，在实际勘测过程中需要考虑的因素还很多，包括井孔选择、岩性是否均匀、裂隙长度、测试点反应异常、盐袋投放方式、盐水温度、测量季节（适用于春季和秋季，冬季冻土干扰，夏季雨汛干扰）、安全措施等一系列问题。

探针法，精度0.00001，方向误差25°主要原理为装置内部胶体颗粒运移操作简单，便于携带，但设备昂贵成本高，结构复杂不易简单维修。维修费用高，在测量条件恶劣情况下，损坏程度高。方向误差较大。

静水位测井法，精度0.01，不可回收，主要原理为达西定律，应用此方法操作繁琐，而且精度不高。 自身局限性较大，对地质构造、钻井设备、流向流速的要求过高，同时面临着精度不高、工程量大、测量周期长、钻井数量对地下结构造成破坏等消极影响。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部地下水流速测定方法，可以测量深部地下水，并且可以判定水流具体走向。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种深部地下水流速测定方法，包括以下步骤：

初选至少三个测量区，在测量区范围内选择钻孔点，通过钻孔设备在所选定的钻孔点钻孔，发现钻孔点出现水停止钻孔；

根据钻孔深度选择所需要的套管个数，将套管逐级放入钻孔中固定；

将设计的测量装置以软连接的方式固定在套管上，将测量装置通过测量管从套管中心位置逐级放入钻孔中，放入过程中，在测量管最下端安装旋转式扶正器，旋转式扶正器与测量管一起下放；

开启采集设备，通过可视摄像头观测测量管下降位置，发现水流停止下降，在套管顶端内壁与测量管外壁之间同样安装旋转式扶正器，使测量管保持垂直方向；

通过可视摄像头观测水流的方向，如果水流方向为平行测量装置状态，通过旋转测量管，观测采集流速的数值大小，以稳定的最大值为水流流向；如果水流方向与测量装置的过流管存在纵向角度方向偏差，就要通过角度调整装置，使过流管与水流保持一致；

再把测量管上端用硬连接的方式固定在套管上端口，对测水流进行实时监测，因为多普达原理的便捷性，伸入过流管内的测量元件可测瞬时流速也可测平均流速，然后将数据通过信号线传至地面数据采集系统。

如果水流方向与测量装置的过流管存在角度方向偏差，就要通过角度调整装置，调整过流管的纵向倾斜角度，所述角度调整装置为推杆电机，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件铰链式连接。

所述测量装置包括测量管、流速传感器、过流管、旋转式扶正器、左密封罩、右密封罩、角度调整装置、数据采集系统，所述测量管轴向下端与过流管径向外壁连接，所述过流管开设径向贯通的传感器安装孔，用于安装流速传感器，所述传感器安装孔靠近过流管的过流入口端，所述过流管开设径向贯通的可视探头安装孔，用于安装可视探头，所述可视探头安装孔更靠近过流管的过流出口端，所述过流管开设径向贯通的定位仪安装孔，用于安装定位仪，所述定位仪安装孔靠近过流管的过流出口端，并且定位仪安装孔和可视探头安装孔并列紧临，所述测量管外壁套装旋转式扶正器，旋转式扶正器外壁固定在套管内壁上，所述测量管下端侧壁开设左侧接线孔和右侧接线孔，均安装接线柱，所述左密封罩把可视探头安装孔、定位仪安装孔、左侧接线孔密封式罩住，所述右密封罩把传感器安装孔、右侧接线孔密封式罩住，在测量管内穿设电线，电线上端连接地面上的数据采集系统，电线下端连接接线柱，所述流速传感器与右侧接线孔上的接线柱电连接，可视探头、定位仪均与左侧接线孔上的接线柱电连接，所述测量管上端口安装上封盖，上封盖开设电线穿孔；所述角度调整装置为推杆电机，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件铰链式连接。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

测量管可以根据所需深度逐级加长，在最底端安装接线柱，外接超声波传感器并密封隔水，管内接电线，延长至地面数据采集系统。

在套管两端位置放置与测量管直径相同的旋转式扶正器，以便固定测量管，防止连接管倾斜。

采用圆柱形管作为地下水流通渠道，将其固定在测量管下，将传感器固定在其上。

在底端圆柱形管上安装探头，可以方便在地面实时观测地下水流情况，以便调整测试方向。

在底端圆柱形管上安装定位仪，可以在地面实时定位水流方向。

采用以上技术方案，本发明试验装置通过超声波技术，以及可以自主控制的连接管，可以完成深部地下水流量的测定。本试验装置可以实现对不同深度地下水的测量。本试验装置通过定位仪与探头确定水流方向，可以精确记录流动方向。本试验装置操作系统自动化，测量管可以拆开，方便携带。

多普勒流速仪，精度0.00001，没有方向误差，主要原理为多普勒效应，可以回收，操作简单，便于携带，测验结束后即可得到成果，且性能稳定，具有非接触测量、不干扰目标运动、空间分辨率高、响应速度快、测量精度高及量程大。测量点在探头的前方，不破坏流场；可测弱流也可测强流；可测瞬时流速也可测平均流速；测量线性，流速检定曲线不易变化；无机械转动部件，不存在泥沙堵塞和水草缠绕问题；探头坚固耐用，不易损坏，操作简便等优点。

附图说明

图1为本发明一种深部地下水流速测定方法的结构示意图。

图中标记：1、套管；2、测量管；3、旋转式扶正器；4、过流管；5、流速传感器；6、流速传感器；7、可视探头；8、定位仪；9、接线柱；10、接线柱；11、接线柱；12、接线柱；13、数据采集系统；14、上封盖；15、右密封罩；16、左密封罩；17、推杆电机；18、铰接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，一种深部地下水流速测定方法，包括以下步骤：

初选至少三个测量区，在测量区范围内选择钻孔点，通过钻孔设备在所选定的钻孔点钻孔，发现钻孔点出现水停止钻孔；

根据钻孔深度选择所需要的套管个数，将套管逐级放入钻孔中固定；

将设计的测量装置以软连接的方式固定在套管上，将测量装置通过测量管从套管中心位置逐级放入钻孔中，放入过程中，在测量管最下端安装旋转式扶正器，旋转式扶正器与测量管一起下放；

开启采集设备，通过可视摄像头观测测量管下降位置，发现水流停止下降，在套管顶端内壁与测量管外壁之间同样安装旋转式扶正器，使测量管保持垂直方向；

通过可视摄像头观测水流的方向，如果水流方向为平行测量装置状态，通过旋转测量管，观测采集流速的数值大小，以稳定的最大值为水流流向；如果水流方向与测量装置的过流管存在纵向角度方向偏差，就要通过角度调整装置，使过流管与水流保持一致；

再把测量管上端用硬连接的方式固定在套管上端口，对测水流进行实时监测，因为多普达原理的便捷性，伸入过流管内的测量元件可测瞬时流速也可测平均流速，然后将数据通过信号线传至地面数据采集系统。

如果水流方向与测量装置的过流管存在角度方向偏差，就要通过角度调整装置，调整过流管的纵向倾斜角度，所述角度调整装置为推杆电机，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件铰链式连接。

如附图1所示，测量装置包括测量管2、流速传感器，还包括过流管4、旋转式扶正器3，所述测量管轴向下端与过流管径向外壁连接，所述过流管开设径向贯通的传感器安装孔，用于安装流速传感器，该安装孔可以设置多个，比如图中开设两个，安装两个流速传感器5、6，所述传感器安装孔靠近过流管的过流入口端，所述过流管开设径向贯通的可视探头安装孔，用于安装可视探头7，所述可视探头安装孔更靠近过流管的过流出口端，所述过流管开设径向贯通的定位仪安装孔，用于安装定位仪8，所述定位仪安装孔靠近过流管的过流出口端，并且定位仪安装孔和可视探头安装孔并列紧临，所述测量管外壁套装旋转式扶正器，旋转式扶正器外壁固定在套管内壁上。测量管可以是多跟设置，然后丝扣式串接起来。

还包括角度调整装置，所述角度调整装置为推杆电机17，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件18铰链式连接，铰接件可以为销轴或者万向节。推杆电机17通过电线连接数据采集系统。

还包括左密封罩16、右密封罩15，所述测量管下端侧壁开设左侧接线孔和右侧接线孔，均安装接线柱，所述左密封罩把可视探头安装孔、定位仪安装孔、左侧接线孔密封式罩住，所述右密封罩把传感器安装孔、右侧接线孔密封式罩住。密封罩为软材质，软材质与上述两者软连接，软材质两端与另外两部件的连接属于本技术领域的常规公职技术。

还包括数据采集系统13，在测量管内穿设电线，电线上端连接地面上的数据采集系统，电线下端连接接线柱，所述流速传感器与右侧接线孔上的接线柱电连接，可视探头、定位仪均与左侧接线孔上的接线柱电连接。

所述测量管上端口安装上封盖14，上封盖开设电线穿孔。

所述旋转式扶正器至少设置一个。旋转式扶正器为本领域内的常规公知技术，直接购买应用安装即可。

在所选测量位置钻孔，在孔内放入套管1，根据所需长度逐节加长，套管加长方式为螺纹形式。将测量管2放入套管中，在底端先套入旋转式扶正器用来固定测量管。测量管底端固定圆柱形管4作为地下水流通渠道，上面安装流速传感器5、流速传感器6、可视探头7和定位仪8连接接线柱9、10、11、12。外部接线位置安装密封罩15、16。密封罩可以与测量管和过流管密封式焊接，测量管内置电线连接至地面采集系统13。通过流速传感器5数值和探头观察情况，拨动测量管，测量管通过旋转扶正器旋转，用以调过流管4使其与水流方向一致。

水流从过流圆管4的过流入口端流进，通过过流入口端的两个流速传感器5、6后，如若水流方向不是水平，可利用过流入口端的推杆电机18的顶杆的伸缩以及过流出口端的万向转动滚珠19作为支点调节过流圆管的角度，使过流圆管4与水流方向一致，能够达到顺应水流流动角度的效果，从而能够使过流出口端的可视探头7和定位仪8，能够顺应变化多舛的地下水流进行探测，增强了本试验装置对深部地下水流量的测定，可以更加精确地记录被勘测目标地的地下水流动方向，在自动化的基础上，丰富了应对不同情况。

测量管可以根据所需深度逐级加长，在最底端安装接线柱，外接超声波传感器并密封隔水，管内接电线，延长至地面接收器。在套管两端位置放置与测量管直径相同的旋转式扶正器，以便固定测量管，防止连接管倾斜。采用圆柱形管作为地下水流通渠道，将其固定在测量管下，将传感器固定在其上。在底端圆柱形管上安装探头，可以方便在地面实时观测地下水流情况，以便调整测试方向。在底端圆柱形管上安装定位仪，可以在地面实时定位水流方向。采用以上技术方案，本发明试验装置通过超声波技术，以及可以自主控制的连接管，可以完成深部地下水流量的测定。本试验装置可以实现对不同深度地下水的测量。本试验装置通过定位仪与探头确定水流方向，可以精确记录流动方向。本试验装置操作系统自动化，测量管可以拆开，方便携带。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种深部地下水流速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

初选至少三个测量区，在测量区范围内选择钻孔点，通过钻孔设备在所选定的钻孔点钻孔，发现钻孔点出现水停止钻孔；

根据钻孔深度选择所需要的套管个数，将套管逐级放入钻孔中固定；

将设计的测量装置以软连接的方式固定在套管上，将测量装置通过测量管从套管中心位置逐级放入钻孔中，放入过程中，在测量管最下端安装旋转式扶正器，旋转式扶正器与测量管一起下放；

开启采集设备，通过可视摄像头观测测量管下降位置，发现水流停止下降，在套管顶端内壁与测量管外壁之间同样安装旋转式扶正器，使测量管保持垂直方向；

通过可视摄像头观测水流的方向，如果水流方向为平行测量装置状态，通过旋转测量管，观测采集流速的数值大小，以稳定的最大值为水流流向；如果水流方向与测量装置的过流管存在纵向角度方向偏差，就要通过角度调整装置，使过流管与水流保持一致；

再把测量管上端用硬连接的方式固定在套管上端口，对测水流进行实时监测，因为多普达原理的便捷性，伸入过流管内的测量元件可测瞬时流速也可测平均流速，然后将数据通过信号线传至地面数据采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种深部地下水流速测定方法，其特征在于，如果水流方向与测量装置的过流管存在角度方向偏差，就要通过角度调整装置，调整过流管的纵向倾斜角度，所述角度调整装置为推杆电机，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件铰链式连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种深部地下水流速测定方法，其特征在于，所述测量装置包括测量管、流速传感器、过流管、旋转式扶正器、左密封罩、右密封罩、角度调整装置、数据采集系统，所述测量管轴向下端与过流管径向外壁连接，所述过流管开设径向贯通的传感器安装孔，用于安装流速传感器，所述传感器安装孔靠近过流管的过流入口端，所述过流管开设径向贯通的可视探头安装孔，用于安装可视探头，所述可视探头安装孔更靠近过流管的过流出口端，所述过流管开设径向贯通的定位仪安装孔，用于安装定位仪，所述定位仪安装孔靠近过流管的过流出口端，并且定位仪安装孔和可视探头安装孔并列紧临，所述测量管外壁套装旋转式扶正器，旋转式扶正器外壁固定在套管内壁上，所述测量管下端侧壁开设左侧接线孔和右侧接线孔，均安装接线柱，所述左密封罩把可视探头安装孔、定位仪安装孔、左侧接线孔密封式罩住，所述右密封罩把传感器安装孔、右侧接线孔密封式罩住，在测量管内穿设电线，电线上端连接地面上的数据采集系统，电线下端连接接线柱，所述流速传感器与右侧接线孔上的接线柱电连接，可视探头、定位仪均与左侧接线孔上的接线柱电连接，所述测量管上端口安装上封盖，上封盖开设电线穿孔；所述角度调整装置为推杆电机，所述推杆电机输出端连接过流管的外壁，推杆电机固定在测量管内壁，过流管外壁与测量管下端具有两个接触点，在其中一个接触点用铰接件铰链式连接。