CN110243430A - 一种地下水位监测装置 - Google Patents

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肖双全
刘魁刚
赵刚
韩冬冰
李大宁
毕晨瑶
刘春旭
张建全
刘志强
阚生雷
刘文彬
王波
赵颖
史博
石效民
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Abstract

本发明公开了一种地下水位监测装置，包括：配重杆、吊绳、测力计，配重杆的密度大于水的密度，配重杆悬挂于吊绳的下端，吊绳活动连接于测力计的测力端并且能够相对测力端移动并下放至观测井内，吊绳为无弹性软绳。本方案的工作原理为：1)本装置预先测量配重杆的质量及吊绳的线密度，装置安装时利用测力计下放配重杆及吊绳，随着吊绳的下放，测力计数值增大，当测力计数值减小后，于适当位置固定吊绳；2)利用受力平衡原理，通过测力计测得配重杆所受浮力，推算配重杆浸水深度，利用吊绳和配重杆的总长减去浸水深度可推知观测井内水位深度。本发明结构简单、耐久性好，监测便捷、监测效率高，适用于较大范围的布设和地下水位监测。

Description

一种地下水位监测装置
技术领域
本发明涉及地下水位监测技术领域，尤其涉及一种地下水位监测装置。
背景技术
地下水位监测装置通过在地下水位观测井内布置相应的装置构件，定期或密集采集地下水位数值，获取地下水位变化数据。
目前的地下水位监测装置有以下两类：1、通过埋设水压力传感器，配合无纸化记录仪或自动采集系统进行数据收集。该种方法优势在于，可实现实时记录地下水位监测数据，加装无线传输模块并配合相应的平台可实现无线传输。然而，由于该装置包含水压力传感器及无线传输模块等配件，故费用昂贵，保护成本高。供电问题复杂，采用电池则导致成本进一步增加，采用有线供电，则增加了安全隐患。2、利用深井水位测量尺测量水位，该方法优势在于现场无需存放量测装置，无需采取保护措施，地下水位量测精度较高。劣势为每次量测需下放量尺，大面积定期量测效率太低。
因此，如何提供一种简单易用的适用于大规模监测的地下水位监测装置，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地下水位监测装置，该装置简单易用，监测效率高，适用于大规模地下水位的监测。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种地下水位监测装置，包括：配重杆、吊绳、测力计，所述配重杆的密度大于水的密度，所述配重杆悬挂于所述吊绳的下端，所述吊绳活动连接于所述测力计的测力端并且能够相对所述测力端移动并下放至观测井内，所述吊绳为无弹性软绳。
优选地，所述配重杆为等截面杆。
优选地，所述配重杆的横截面形状为矩形、圆形或正多边形。
优选地，所述吊绳上设有刻度。
优选地，上述地下水位监测装置还包括位于所述观测井的井口上的观测井保护盖，所述测力计位于所述观测井保护盖的上方，所述观测井保护盖设有用于连通所述观测井内部与外部大气的通孔。
优选地，所述测力计为手持式测力计。
优选地，所述测力计包括测力传感器、数据传输模块、计算模块、显示模块和数据存储模块。
优选地，上述地下水位监测装置还包括用于固定所述测力计的测力计固定装置。
优选地，上述地下水位监测装置还包括用于固定所述吊绳的吊绳固定装置。
本方案的工作原理如下：
1)本装置预先测量配重杆的质量及吊绳的线密度，装置安装时利用测力计下放配重杆及吊绳，随着吊绳的下放，测力计数值增大，当测力计数值减小后，于适当位置固定吊绳；
2)利用受力平衡原理，通过测力计测得配重杆所受浮力，推算配重杆浸水深度，利用吊绳和配重杆的总长减去浸水深度可推知观测井内水位深度。
本发明具有以下有益效果：
(1)该装置结构简单，成本低廉，耐久性好，无需供电，适用于较大范围的布设；
(2)同时监测只需携带手持测力计可直接监测结果，并可将结果导出，监测便捷，提升监测效率，适用于较大规模使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例中的地下水位监测装置的结构示意图。
图1中：
1-配重杆、2-吊绳、3-观测井保护盖、4-测力计、5-观测井。
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。
请参照图1，图1为本发明具体实施例中的地下水位监测装置的结构示意图。
本发明提供了一种地下水位监测装置，包括：配重杆1、吊绳2、测力计4，配重杆1的密度大于水的密度，配重杆1悬挂于吊绳2的下端，吊绳2活动连接于测力计4的测力端并且能够相对测力端移动并下放至观测井5内，吊绳2为无弹性软绳。
本方案的工作原理如下：
1)本装置预先测量配重杆1的质量(或重力)及吊绳的线密度，装置安装时利用测力计4下放配重杆1及吊绳2，随着吊绳2的下放，测力计4数值增大，说明随着下放的吊绳2的长度逐渐变长，配重杆1和逐渐下放的吊绳2的重力之和也越来越大，当测力计4数值减小后，于适当位置固定吊绳2，测力计4数值减小说明配重杆1的下部进入了水面以下，随着配重杆1逐渐下降，配重杆1受到的水的浮力也越来越大，因此，测力计4的数值就变小，当配重杆1还未全部进入水面以下时，固定吊绳2的下放长度；
2)利用受力平衡原理，通过测力计4测得配重杆1所受浮力，推算配重杆1浸水深度，利用吊绳2和配重杆1的总长减去浸水深度可推知观测井5内水位深度。
本方案中的地下水位的计算过程如下：
当配重杆1的一部分浸入水面以下时，根据受力分析可知，存在以下关系①：
①F＝Ga+Gb－F0；
其中，F为测力计所测得的拉力，
Ga为配重杆的重力，Ga＝g×ma，其中，g为重力加速度，ma为配重杆的质量，Ga也可以在测试水位前先用测重装置测得；
Gb为下放到观测井内部的吊绳的重力，Gb＝g×L×ρb，其中，g为重力加速度，L为下放到观测井内部的吊绳的长度，即，吊绳下端到观测井井口的距离，ρb为吊绳的线密度，即，单位长度下的吊绳的质量；
F0为配重杆受到的浮力，已知浮力F0与液体密度、重力加速度和物体浸入液面以下的体积有关系，即，如下关系②：
②F0＝ρ0×g×V；
其中，ρ0为观测井内地下水的密度，g为重力加速度，V为配重杆浸入到水面以下的体积；
综合上述各项关系式，可以推算得到V：
V＝(g×ma+g×L×ρb－F)÷(ρ0×g)；
当配重杆为等截面杆并且垂直浸入水面时，配重杆浸入水面以下的长度可以由以下关系式③计算得出：
③h＝V÷Sa＝[(g×ma+g×L×ρb－F)÷(ρ0×g)]÷Sa；
其中，Sa为配重杆的横截面积，h为配重杆浸入水面以下的部分的长度。
通过以上各项关系式，就可以按照下面的关系式④最终获得地下水位的深度H为：
④H＝a+L－h；
其中，H为地下水位的深度，即，观测井内水面到观测井井口的距离，a为配重杆的长度，L为下放到观测井内的吊绳的长度。
需要说明的是，配重杆1可以设计为多种形状，例如等截面杆、锥形杆或其他变截面杆等，优选地，本方案中的配重杆1为等截面杆。当配重杆1的下端浸入水面以下，随着配重杆1的下降，浸入水面以下的配重杆1的部分越来越大，配重杆1受到的浮力也越来越大，为了便于计算配重杆1受到的浮力大小，本方案将配重杆1设计为等截面杆。
优选地，配重杆1的横截面形状为矩形、圆形或正多边形。本方案中优选采用圆柱形杆来作为配重杆1。
具体的，本方案中的配重杆1为密度大于水，不易浸水或被地下水腐蚀的圆柱形杆，该圆柱体长度适当并通过吊绳2悬吊在观测井5内，测量水位时，该配重杆1一部分位于水面以上，另一部分位于水面以下。优选地，配重杆1为金属杆，例如不锈钢杆、铜合金杆、铝合金杆等。当然，本方案中的配重杆1还可以选用其他密度大于水的材质，例如玻璃、陶瓷或其他高分子材料等。
优选地，吊绳2上设有刻度。当下放吊绳2时，可以实时观察下放长度，便于观测和控制。吊绳2可以选择质软且轻的尼龙绳、棉绳、锦纶绳等无弹软绳。
优选地，上述地下水位监测装置还包括位于观测井5的进口上的观测井保护盖3，测力计4位于观测井保护盖3的上方，观测井保护盖3设有用于连通观测井5内部与外部大气的通孔。观测井保护盖3用于保护观测井5及内部装置，同时保护盖不应全封闭，保证观测井5内与大气联通，避免影响井内水位变动的灵敏性。
优选地，测力计4为手持式测力计。
需要说明的是，测力计4可以为机械式测力计，也可以为电子式测力计，优选地，上述测力计4包括测力传感器、数据传输模块、计算模块、显示模块和数据存储模块。量程根据配重杆1及吊绳2的重量确定，可通过输入吊绳2长度，自动计算水位深度并储存，同时可支持导出数据。具体的，测力传感器用于测量吊绳2与测力计4的测量端处的拉力大小，数据传输模块用于将测力传感器发出的电信号转换成可处理的数据信号并发送至计算模块，计算模块接收拉力、吊绳长度等信息后，按照前文所述的关系计算出地下水位，再通过数据传输模块发送至显示模块进行显示，数据存储模块用于存储测量结果的数据。该电子式测力计的数据还可以导出，便于后期统计处理等。
优选地，上述地下水位监测装置还包括用于固定测力计4的测力计固定装置。当测力计4的读数稳定后，利用测力计固定装置可以稳定地固定测力计4的位置，便于操作人员记录数据等操作，另外，通过固定测力计4的位置，还可以方便操作人员下放吊绳2的操作，从而可以使测量过程更加方便、省力、准确。
优选地，上述地下水位监测装置还包括用于固定吊绳2的吊绳固定装置。当测力计4读数稳定后，通过吊绳固定装置将吊绳2的位置固定，就可以更加方便观察吊绳2的下放长度，还避免吊绳2来回晃动而造成的影响测量精度的问题。
本发明具有以下有益效果：
(1)该装置结构简单，成本低廉，耐久性好，无需供电，适用于较大范围的布设；
(2)同时监测只需携带手持测力计可直接监测结果，并可将结果导出，监测便捷，提升监测效率，适用于较大规模使用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种地下水位监测装置，其特征在于，包括：配重杆(1)、吊绳(2)、测力计(4)，所述配重杆(1)的密度大于水的密度，所述配重杆(1)悬挂于所述吊绳(2)的下端，所述吊绳(2)活动连接于所述测力计(4)的测力端并且能够相对所述测力端移动并下放至观测井(5)内，所述吊绳(2)为无弹性软绳。
2.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，所述配重杆(1)为等截面杆。
3.根据权利要求2所述的地下水位监测装置，其特征在于，所述配重杆(1)的横截面形状为矩形、圆形或正多边形。
4.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，所述吊绳(2)上设有刻度。
5.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，还包括位于所述观测井(5)的井口上的观测井保护盖(3)，所述测力计(4)位于所述观测井保护盖(3)的上方，所述观测井保护盖(3)设有用于连通所述观测井(5)内部与外部大气的通孔。
6.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，所述测力计(4)为手持式测力计。
7.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，所述测力计(4)包括测力传感器、数据传输模块、计算模块、显示模块和数据存储模块。
8.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，还包括用于固定所述测力计(4)的测力计固定装置。
9.根据权利要求1所述的地下水位监测装置，其特征在于，还包括用于固定所述吊绳(2)的吊绳固定装置。
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