CN111122114B - 一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法 - Google Patents

一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，包括遥控船；所述遥控船内设置有依次连接的示踪剂存储感应系统、高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统，所述高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统通过管道连接，所述遥控船尾端设置有岸边测距校准系统。其具体实施方法包括：提前向示踪剂存储系统补充示踪剂及其混合溶液，打开示踪剂存储开关，适当调整可伸缩注射杆伸缩初始长度，开启高压微流量泵及高压微流量泵处理器，然后在岸边遥控小船至设定好的位置，向河流潜流带中释放给定浓度和剂量的示踪剂。本发明可以在河流潜流带中投放一定浓度和剂量的示踪剂，为潜流带潜流交换野外示踪实验的监测提供研究依据。

Description

一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法
技术领域
本发明属于河流潜流带潜流交换野外示踪技术领域，特别涉及一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法。
背景技术
近些年来，随着河流水生态环境研究的深入，潜流带作为河水与地下水相互作用的区域，其中进行着极其复杂的生物化学反应，越来越多的学者针对潜流带进行的潜流交换展开研究。以往大部分学者开展研究主要通过室内循环水槽来简化和模拟各种条件下的潜流交换过程，野外示踪实验受人力、财力、物力等限制而受到较多困难，但野外实验是检验理论可行性的有力手段和方法，因此在进行野外实验时，能够采用一种快速、便捷、准确、可调控的示踪剂投放装置，会使之后的潜流带潜流交换过程野外示踪实验事半功倍。
国内目前鲜有关于潜流带潜流交换野外观测示踪剂投放装置的专利，以往野外实验多受现实条件制约，需要根据野外示踪实验的要求频繁的更换示踪剂以及其投放装置，增加了实验的成本，有些投放装置操作比较繁杂，难以实现自动控制投放示踪剂的浓度值和剂量的多少，很难实现实验要求的标准，导致误差较大。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法，能够实现多点、同时、同量投放示踪剂，为河流潜流带潜流交换过程研究提供真实有效的数据支撑。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，示踪剂存储感应系统、高压微流量泵送系统、示踪剂投放注射系统、岸边测距校准系统、管道和遥控小船；所述遥控小船内设置有依次连接的示踪剂存储感应系统、高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统，所述高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统通过管道连接，所述遥控小船尾端设置有岸边测距校准系统。
进一步的，所述示踪剂存储感应系统由示踪剂储存容器，示踪剂浓度传感器，示踪剂存储感应系统开关构成；所述示踪剂储存容器底部外侧设置有示踪剂浓度传感器，所述示踪剂存储感应系统开关设置在示踪剂储存容器外壁上并与高压微流量泵送系统连接。
进一步的，所述示踪剂储存容器内设置有示踪剂混合溶液池阀门，示踪剂混合溶液池阀门控制器，示踪剂混合溶液池和示踪剂池；所述示踪剂储存容器内部设置有螺旋式多孔混合管，所述螺旋式多孔混合管顶部设置有示踪剂混合溶液池阀门，所述示踪剂混合溶液池阀门上设置有示踪剂混合溶液池阀门控制器。
进一步的，所述高压微流量泵送系统由高压微流量泵处理器，高压微流量泵和高压微流量泵连接法兰构成；所述高压微流量泵处理器与高压微流量泵之间通过管道连接，所述高压微流量泵两侧设置有高压微流量泵连接法兰。
进一步的，所述示踪剂投放注射系统由注射装置固定法兰、气压伸缩注射杆和示踪剂微孔注射头构成，所述示踪剂微孔注射头设置在气压伸缩注射杆底部，所述示踪剂微孔注射头外壁上设有示踪剂注射头部微孔，示踪剂微孔注射头上设置有注射器头部压力感应装置，示踪剂微孔注射头内壁上设有尼龙网。
进一步的，所述示踪剂微孔注射头为点式示踪剂微孔注射头。
进一步的，所述示踪剂微孔注射头为排式示踪剂微孔注射头。
进一步的，所述岸边测距校准系统由船体信号发射装置和岸边测距仪构成。
进一步的，所述注射装置固定法兰由四个螺栓固定。
根据如上所述的潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置的实施方法，具体步骤如下：
(1)在岸边给示踪剂储存容器添加示踪剂和示踪剂混合溶液，打开示踪剂存储感应系统开关，然后打开高压微流量泵处理器的开关；
(2)将遥控小船置于水中，远程遥控到预定示踪剂投放位置，通过船体信号发射装置和岸边测距仪的调整，将船体控制在预定区域投放；
(3)遥控气压伸缩注射杆，缓慢的伸长示踪剂微孔注射头，当示踪剂微孔注射头深入到河流底部一定深度后，注射器头部压力感应装置达到一定压力值后，气压伸缩注射杆停止继续伸长，达到预定的投放深度；开启高压微流量泵，并根据预先设定好的剂量，通过高压微流量泵处理器的控制，将示踪剂注射到河流潜流带中；
(4)根据需要远程操控遥控小船，以更换示踪剂投放的位置，并根据实验的需求更换示踪剂微孔注射头，以实现由点到排、面的投放，为下游示踪剂观测和接收点提供更加稳定的观测基础和条件；
(5)通过示踪剂浓度传感器监测到的示踪剂浓度，开启示踪剂混合溶液池阀门通过螺旋式多孔混合管向示踪剂池中混入示踪剂混合溶液以调整示踪剂浓度，达到示踪剂储存容器中示踪剂浓度控制的目的；
(6)预定示踪剂投放任务完成后，关闭高压微流量泵，遥控气压伸缩注射杆，缓慢的收缩注射装置，操控遥控小船返回，野外示踪实验结束。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明所述的实验装置能够按照实验的要求改变示踪剂浓度、剂量和投放位置等野外示踪实验参数，以满足实验的需求，实现不同因素影响下河流潜流带潜流交换过程的模拟实验，操作方便易实现，减少人力，示踪效果明显。
(2)本发明利用可伸缩的示踪剂投放装置，可以改变示踪剂投放的位置和深度，能够适应河流潜流带不同河床，有效的将示踪剂释放到河流潜流带中。
(3)本发明所利用的示踪剂存储感应系统，运用高灵敏度的浓度传感器，能够实时监测存储容器内示踪剂的浓度。
(4)本发明采用螺旋式多孔混合管道，延长了混合路径，增多了接触面，可使示踪剂与示踪剂混合溶液充分混合。
(5)本发明采用的示踪剂注射装置头部微孔具有尼龙网，能够有效避免河流床底潜流带泥沙堵塞注射头部。
(6)本发明中的示踪剂投放装置安放在可遥控的小船上，能够在岸边远程操作整套装置，避免了人工操作船的麻烦，操作简单。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中示踪剂存储感应系统结构示意图；
图3是具体实施例中点式示踪剂投放注射器结构示意图；
图4是具体实施例中排式示踪剂投放注射器结构示意图；
图5是具体实施例中示踪剂投放注射头部结构示意图。
1、示踪剂存储感应系统，1-1、示踪剂储存容器，1-2、示踪剂浓度传感器，1-3、示踪剂存储感应系统开关，1-4、示踪剂混合溶液池，1-5、示踪剂池，1-6、示踪剂混合溶液池阀门，1-7、示踪剂混合溶液池阀门控制器，1-8、螺旋式多孔混合管；2、高压微流量泵送系统，2-1、高压微流量泵处理器，2-2、高压微流量泵，2-3、高压微流量泵连接法兰；3、示踪剂投放注射系统，3-1、气压伸缩注射杆，3-2、点式示踪剂微孔注射头，3-2-1、示踪剂注射头部微孔，3-2-2、尼龙网，3-2-3、注射器头部压力感应装置，3-3、排式示踪剂微孔注射头，3-4、注射装置固定法兰，3-5、注射器头部固定法兰；4、岸边测距校准系统，4-1、船体信号发射装置，4-2、岸边测距仪；5、管道；6、遥控小船
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明，用于河流潜流带潜流交换示踪实验示踪剂投放的装置，如图1所示，其主要包括示踪剂存储感应系统1，高压微流量泵送系统2，示踪剂投放注射系统3，岸边测距校准系统4，管道5，遥控小船6。
如图2所示，示踪剂存储感应系统1位于整个系统的最前端，通过管道5与其他系统相连，示踪剂浓度传感器1-2可以实时监测存储容器示踪剂池1-5中示踪剂的浓度，并根据实验设计要求调整示踪剂混合溶液池阀门1-6，通过螺旋式多孔混合管1-8将示踪剂混合溶液混入存储容器示踪剂池1-5中，进而调整示踪剂投放浓度。
高压微流量泵处理器2-1可根据要求，改变高压微流量泵2-2泵送示踪剂的剂量和速度，以达到控制示踪剂不同剂量投放的要求。
如图3所示，点式示踪剂投放注射器由1个示踪剂投放注射器头3-2和气压伸缩注射杆3-1组成。
如图4所示，排式示踪剂投放注射器由9个示踪剂投放注射器头3-3和注射器头部固定法兰3-5组成。
如图5所示，点式示踪剂微孔注射头3-2和排式示踪剂微孔注射头3-3均包含示踪剂注射头部微孔3-2-1、尼龙网3-2-2和注射器头部压力感应装置3-2-3。
本发明所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置及其实施方法，包括如下步骤：
(1)在岸边给示踪剂储存容器1-1添加浓度约为0.3～0.6g/L的示踪剂溶液和浓度约为0.8～1.2g/L的示踪剂混合溶液，打开示踪剂存储感应系统开关1-3，然后打开高压微流量泵处理器2-1的开关；
(2)将遥控小船6置于水中，远程遥控到预定示踪剂投放位置，通过船体信号发射装置4-1和岸边测距仪4-2的调整，将船体控制在预定区域投放；
(3)遥控气压伸缩注射杆3-1，缓慢的伸长示踪剂微孔注射头，当示踪剂微孔注射头深入到河流底部一定深度后，注射器头部压力感应装置3-2-3达到0.01～0.03mpa范围后，气压伸缩注射杆3-1停止继续伸长，达到预定的投放深度。开启高压微流量泵2-2，并根据预先设定好的剂量，通过高压微流量泵处理器2-1的控制，将示踪剂注射到河流潜流带中；
(4)根据需要远程操控遥控小船6，以更换示踪剂投放的位置，还可以根据实验的需求更换示踪剂微孔注射头，以实现由点到排、面的投放，为下游示踪剂观测和接收点提供更加稳定的观测基础和条件。
(5)同时进行的，可以根据实验的需求，通过示踪剂浓度传感器1-2监测到的示踪剂浓度，开启示踪剂混合溶液池阀门1-6通过螺旋式多孔混合管1-8向示踪剂池1-5中混入示踪剂混合溶液以调整示踪剂浓度，达到示踪剂储存容器中示踪剂浓度控制的目的。
(6)预定示踪剂投放任务完成后，关闭高压微流量泵2-2，遥控气压伸缩注射杆3-1，缓慢的收缩注射装置，操控遥控小船返回，野外示踪实验结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，示踪剂存储感应系统、高压微流量泵送系统、示踪剂投放注射系统、岸边测距校准系统、管道和遥控小船；所述遥控小船内设置有依次连接的示踪剂存储感应系统、高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统，所述高压微流量泵送系统和示踪剂投放注射系统通过管道连接，所述遥控小船尾端设置有岸边测距校准系统；
所述示踪剂投放注射系统由注射装置固定法兰、气压伸缩注射杆和示踪剂微孔注射头构成，所述示踪剂微孔注射头设置在气压伸缩注射杆底部，所述示踪剂微孔注射头外壁上设有示踪剂注射头部微孔，示踪剂微孔注射头上设置有注射器头部压力感应装置，示踪剂微孔注射头内壁上设有尼龙网。
2.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述示踪剂存储感应系统由示踪剂储存容器，示踪剂浓度传感器，示踪剂存储感应系统开关构成；所述示踪剂储存容器底部外侧设置有示踪剂浓度传感器，所述示踪剂存储感应系统开关设置在示踪剂储存容器外壁上并与高压微流量泵送系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述示踪剂储存容器内设置有示踪剂混合溶液池阀门，示踪剂混合溶液池阀门控制器，示踪剂混合溶液池和示踪剂池；所述示踪剂储存容器内部设置有螺旋式多孔混合管，所述螺旋式多孔混合管顶部设置有示踪剂混合溶液池阀门，所述示踪剂混合溶液池阀门上设置有示踪剂混合溶液池阀门控制器。
4.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述高压微流量泵送系统由高压微流量泵处理器，高压微流量泵和高压微流量泵连接法兰构成；所述高压微流量泵处理器与高压微流量泵之间通过管道连接，所述高压微流量泵两侧设置有高压微流量泵连接法兰。
5.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述示踪剂微孔注射头为点式示踪剂微孔注射头。
6.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述示踪剂微孔注射头为排式示踪剂微孔注射头。
7.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述岸边测距校准系统由船体信号发射装置和岸边测距仪构成。
8.根据权利要求1所述的一种潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置，其特征在于，所述注射装置固定法兰由四个螺栓固定。
9.根据权利要求1-8之一所述的潜流带野外示踪实验示踪剂自动投放装置的实施方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)在岸边给示踪剂储存容器添加示踪剂和示踪剂混合溶液，打开示踪剂存储感应系统开关，然后打开高压微流量泵处理器的开关；
(2)将遥控小船置于水中，远程遥控到预定示踪剂投放位置，通过船体信号发射装置和岸边测距仪的调整，将船体控制在预定区域投放；
(3)遥控气压伸缩注射杆，缓慢的伸长示踪剂微孔注射头，当示踪剂微孔注射头深入到河流底部一定深度后，注射器头部压力感应装置达到0.01～0.03mpa范围后，气压伸缩注射杆停止继续伸长，达到预定的投放深度；开启高压微流量泵，并根据预先设定好的剂量，通过高压微流量泵处理器的控制，将示踪剂注射到河流潜流带中；
(4)根据需要远程操控遥控小船，以更换示踪剂投放的位置，并根据实验的需求更换示踪剂微孔注射头，以实现由点到排、面的投放，为下游示踪剂观测和接收点提供更加稳定的观测基础和条件；
(5)通过示踪剂浓度传感器监测到的示踪剂浓度，开启示踪剂混合溶液池阀门通过螺旋式多孔混合管向示踪剂池中混入示踪剂混合溶液以调整示踪剂浓度，达到示踪剂储存容器中示踪剂浓度控制的目的；
(6)预定示踪剂投放任务完成后，关闭高压微流量泵，遥控气压伸缩注射杆，缓慢的收缩注射装置，操控遥控小船返回，野外示踪实验结束。
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