CN110442176A - 一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，包括水位监测装置、抽水井管和水量监测装置，所述水位监测装置设置在抽水井管的一侧，所述水量监测装置设置在抽水井管顶部的管壁上，所述抽水井管靠近水量监测装置的一端设置有出水口，所述水量监测装置靠近出水口的一侧设置有电磁控制阀门，所述电磁控制阀门设置在抽水井管的管壁上，本发明所达到的有益效果是：本发明一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置由于测量通道是段光滑直管，不会阻塞，特别适用于固体颗粒的液固二相流体，如高矿化度水、泥浆水等；无压损，节能效果好；不受流体的湿度、密度、粘度、压力和电导率变化影响；流量范围大，口径范围宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，属于地下水开采实施监控与动态管理技术领域。
背景技术
目前对于农灌区地下水超采的开采量控制和水位控制以事后管理为主，或者开采量和水位分离式监测控制的方法。目前所公知的比较先进的地下水测深仪，是用一个探头带着电线放入测井中，电线上标有刻度，电线后端连接到接收仪，探头接地水面后接收仪发出信号，这时看电线上的刻度就是水面到地面的高度，也就是埋深。但它的问题是电线热胀冷缩系数大，由于测井冬、夏季节都要测量，对测量精度有一定影响。而且电线上的刻度只精确到5公分而测量要求是精确到1公分，所以精度不够。电线经过多次收放后容易拉长，还容易把电线从内部拉断造成仪器报废，而且仪器很贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，包括水位监测装置、抽水井管和水量监测装置，所述水位监测装置设置在抽水井管的一侧，所述水量监测装置设置在抽水井管顶部的管壁上，所述抽水井管靠近水量监测装置的一端设置有出水口，所述水量监测装置靠近出水口的一侧设置有电磁控制阀门，所述电磁控制阀门设置在抽水井管的管壁上。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述水位监测装置由数显仪、磁簧开关、磁钢浮子水位计和不锈钢中空管组成，所述数显仪固定安装在不锈钢中空管的顶部，所述磁钢浮子水位计设置在不锈钢中空管中间位置的管壁上，且所述磁钢浮子水位计内的磁铁内置在不锈钢中空管的内部，所述磁簧开关设置有两个，两个所述磁簧开关均安装在不锈钢中空管的内部，且两个所述磁簧开关分别设置在磁钢浮子水位计的上方和下方。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述水量监测装置由管道、电极和励磁线圈组成，所述电极设置有两个，且两个所述电极分别位于管道的上方和下方且相对称设置，所述励磁线圈设置有两个，且两个所述励磁线圈分别设置在管道的两侧且相对称设置。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述水位监测装置与抽水井管并行施工建设，所述水位监测装置与电磁控制阀门以电线电性连接。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述水量监测装置与抽水井管并行施工建设，所述水量监测装置与电磁控制阀门以电线电性连接。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述水量监测装置采用的电磁流量计由传感器、转换器及显示器等部分组成，且电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。
作为本发明的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置优选技术方案，所述数显仪采用LED数字显示仪表制成，所述数显仪可接10至20mA电流，所述数显仪的外形尺寸长×宽×高为155cm×155cm×180cm。
本发明所达到的有益效果是：本发明一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置由于测量通道是段光滑直管，不会阻塞，特别适用于固体颗粒的液固二相流体，如高矿化度水、泥浆水等；无压损，节能效果好；不受流体的湿度、密度、粘度、压力和电导率变化影响；流量范围大，口径范围宽。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中水位监测装置的结构示意图；
图3是本发明中磁簧开关的控制电路图；
图4是本发明中水量监测装置的结构示意图；
图5是本发明中水量监测装置内电动势、磁感应强度和电压的趋势图；
图6是水量和水位预警后的阀门运行控制方式的示意图一；
图7是水量和水位预警后的阀门运行控制方式的示意图二；
图8是水量和水位预警后的阀门运行控制方式的示意图三。
图中：1、水位监测装置；2、抽水井管；3、水量监测装置；4、电磁控制阀门；5、出水口；6、数显仪；7、磁簧开关；8、磁钢浮子水位计；9、不锈钢中空管；10、管道；11、电极；12、励磁线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-8所示，本发明提供一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，包括水位监测装置1、抽水井管2和水量监测装置3，所述水位监测装置1设置在抽水井管2的一侧，所述水量监测装置3设置在抽水井管2顶部的管壁上，所述抽水井管2靠近水量监测装置3的一端设置有出水口5，所述水量监测装置3靠近出水口5的一侧设置有电磁控制阀门4，所述电磁控制阀门4设置在抽水井管2的管壁上。
所述水位监测装置1由数显仪6、磁簧开关7、磁钢浮子水位计8和不锈钢中空管9组成，所述数显仪6固定安装在不锈钢中空管9的顶部，所述磁钢浮子水位计8设置在不锈钢中空管9中间位置的管壁上，且所述磁钢浮子水位计8内的磁铁内置在不锈钢中空管9的内部，所述磁簧开关7设置有两个，两个所述磁簧开关7均安装在不锈钢中空管9的内部，且两个所述磁簧开关7分别设置在磁钢浮子水位计8的上方和下方。
所述水量监测装置3由管道10、电极11和励磁线圈12组成，所述电极11设置有两个，且两个所述电极11分别位于管道10的上方和下方且相对称设置，所述励磁线圈12设置有两个，且两个所述励磁线圈12分别设置在管道10的两侧且相对称设置。
所述水位监测装置1与抽水井管2并行施工建设，所述水位监测装置1与电磁控制阀门4以电线电性连接。
所述水量监测装置3与抽水井管2并行施工建设，所述水量监测装置3与电磁控制阀门4以电线电性连接。
所述水量监测装置3采用的电磁流量计由传感器、转换器及显示器等部分组成，且电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。
所述数显仪6采用LED数字显示仪表制成，所述数显仪6可接10至20mA电流，所述数显仪6的外形尺寸长×宽×高为155cm×155cm×180cm。
具体的，水位监测装置1用于测量各种降水或开采条件下的地下水位的变化情况，其基本原理是浮力。具体过程是：当磁钢浮子水位计8固定在水下某一测点时，测点所在磁钢浮子水位计8的位置刻度值即为地下水位埋深，水位量程为0-60m，分辨率为1cm，适用温度范围-20℃~80℃，浮球宽30mm，厚10mm。
水位监测装置1具体操作过程是，当地下水位发生变化时，安装在不锈钢中空管9上的磁钢浮子水位计8中的磁钢浮子随着水位变化而沿着不锈钢中空管9上下升降移动，不锈钢中空管9内部设置有相应的磁簧管，受磁钢浮子的磁场变化影响，磁簧管会相应输出与地下水位变化相对应的电阻信号或开关信号。磁簧管上的磁簧开关7触点材料选择使用寿命较长和耐高温的氧化铑，为了降低配线成本和施工难度，所有开关对应的进出线路都集中在不锈钢中空管9内。磁钢浮子水位计8控制开关的原理是利用浮球内的环形磁铁去吸引固定在不锈钢中空管9的磁簧管及其磁簧开关7的闭合动作，以此控制开采量.
水位监测装置1顶端的LED数字显示仪表可在量程范围内自由设定上、下限水位控制点，每个控制点的位置可根据客户需求进行设定，数显仪6可接10—20mA电流，其外形尺寸长×宽×高为155cm×155cm×180cm。
水位监测装置1与开采井抽水管并行施工建设，水位监测装置1与电磁阀控制装置以电线方式连接。
水量监测装置3采用的电磁流量计由传感器、转换器及显示器等部分组成，电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。
水量监测装置3电磁流量计的作用是将流进管道10内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示，累积和调节控制。
水量监测装置3安装在开采井出水干管上，与开采井抽水干管并行施工建设，水量监测装置3与电磁阀控制装置以电线方式连接。
水量监测装置3运行的基本原理如下：
根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势E，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，则
E＝B*L*u （式1）
同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道10两边的电极11上产生感应电势。在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道10，当导电液体在管道10中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线：
E＝B*D*u （式2）
式中，u为管道10截面上的平均流速， m/s。
然而体积流量Qu等于流体的流速u 与管道10截面积（πD2）/4 的乘积，将（式2）代入该式得：
Qu=(π D/4B)* E （式3）
由上式可见，在管道10直径D己定且保持磁感应强度B 不变时，体积流量Qu与感应电动势E和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关，引入感应电势E，测量此电势的大小，就可求得体积流量。
在管道10两侧各插入一根电极11，就可据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极11，当导电液体沿测量管轴线运动时， 导电液体切割磁力线产生感应电势， 此感应电势由两个检测电极11检出，数值大小与流速成正比例，其值为：
E=B*V*D*K （式4）
式中： E－感应电势；K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；B－磁感应强度；V－导电液体平均流速；D－电极11间距（测量管内直径）。
传感器将感应电势E 作为流量信号， 传送到转换器， 经放大， 变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。
流量监测装置测量条件满足下列假定：磁场是均匀分布的恒定磁场；被测流体的流速轴对称分布；被测液体是非磁性的；被测液体的电导率均匀且各向同性。
根据水资源管理要求及区域生态环境需要，划定最低生态水位H1和上限开采水位H2；
开采控制阀门采用间接先导式电磁阀，其基本原理是通电时，电磁力推动活塞，增加内外气压差，推动阀门打开，水流通过电磁控制阀门4；断电时，弹簧力把或是阀门推向中间，电磁控制阀门4关闭水流入口。
水位检测装置介于最低生态水位H1和上限开采水位H2之间时，电磁控制阀门4中的上线圈通电和下线圈断电，控制电磁控制阀门4开启流量出口1；
水位检测装置高于上限水位H2时，水位报警灯为黄色，断开磁簧开关7，同时传输信号，电磁控制阀门4中的上线圈和下线圈断电，控制电磁控制阀门4关闭全部；
当水位检测装置低于最低生态水位H1时，水位报警灯为橙色，同时传输信号，电磁控制阀门4中的上线圈和下线圈断电，控制电磁控制阀门4关闭全部；
当累积开采量大于Q1时，而地下水位介于最低生态水位H1和上限开采水位H2之间时，水量报警灯为粉色，电磁控制阀门4中的上线圈断电和下线圈通电，同时电磁控制阀门4关闭流量较大的出口1，开启流量较小的出口2，管道10过流能力减小一半；
当累积开采量大于Q1时，且地下水位低于最低生态水位H1或高于上限开采水位H2之间时，水量报警灯为红色，电磁控制阀门4中的上线圈和下线圈断电，同时电磁控制阀门4关闭水流入口。
附图6表示水位介于生态水位H1与上限开采水位H2之间，但开采量超过计划允许开采量Q1，上线圈断电，下线圈通电，大流量出口1关闭，开启流量入口和小流量出口2；
附图7表示左图表示水位介于生态水位H1与上限开采水位H2之间，且开采量未超过计划允许开采量Q1，上线圈通电，下线圈断电，小流量出口2关闭，开启流量入口和大流量出口1；
附图8表示水位低于生态水位H1或高于上限开采水位H2，且开采量超过计划允许开采量Q1，上线圈和下线圈均断电，流量入口关闭，停止开采地下水。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，包括水位监测装置（1）、抽水井管（2）和水量监测装置（3），所述水位监测装置（1）设置在抽水井管（2）的一侧，所述水量监测装置（3）设置在抽水井管（2）顶部的管壁上，所述抽水井管（2）靠近水量监测装置（3）的一端设置有出水口（5），所述水量监测装置（3）靠近出水口（5）的一侧设置有电磁控制阀门（4），所述电磁控制阀门（4）设置在抽水井管（2）的管壁上。
2.根据权利要求1所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述水位监测装置（1）由数显仪（6）、磁簧开关（7）、磁钢浮子水位计（8）和不锈钢中空管（9）组成，所述数显仪（6）固定安装在不锈钢中空管（9）的顶部，所述磁钢浮子水位计（8）设置在不锈钢中空管（9）中间位置的管壁上，且所述磁钢浮子水位计（8）内的磁铁内置在不锈钢中空管（9）的内部，所述磁簧开关（7）设置有两个，两个所述磁簧开关（7）均安装在不锈钢中空管（9）的内部，且两个所述磁簧开关（7）分别设置在磁钢浮子水位计（8）的上方和下方。
3.根据权利要求1所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述水量监测装置（3）由管道（10）、电极（11）和励磁线圈（12）组成，所述电极（11）设置有两个，且两个所述电极（11）分别位于管道（10）的上方和下方且相对称设置，所述励磁线圈（12）设置有两个，且两个所述励磁线圈（12）分别设置在管道（10）的两侧且相对称设置。
4.根据权利要求1所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述水位监测装置（1）与抽水井管（2）并行施工建设，所述水位监测装置（1）与电磁控制阀门（4）以电线电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述水量监测装置（3）与抽水井管（2）并行施工建设，所述水量监测装置（3）与电磁控制阀门（4）以电线电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述水量监测装置（3）采用的电磁流量计由传感器、转换器及显示器等部分组成，且电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。
7.根据权利要求2所述的一种井灌区地下水开采量与地下水位联合控制装置，其特征在于，所述数显仪（6）采用LED数字显示仪表制成，所述数显仪（6）可接10至20mA电流，所述数显仪（6）的外形尺寸长×宽×高为155cm×155cm×180cm。
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