CN111398132B - 配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，具有自动放线装置、连接线缆、探头测量装置。探头测量装置具有上压力传感器、下压力传感器、不锈钢套管。不锈钢套管的顶部内壁和底部内壁分别固定安装所述上压力传感器和下压力传感器，上压力传感器的中心部位具有线缆穿入孔，连接线缆的前部通过线缆穿入孔在不锈钢套管内分别与上压力传感器、下压力传感器电连接；连接线缆与线缆穿入孔处设有密封体。本发明测试结果持续，测量速度快，成本低廉，结构简单，操作便捷，便于携带，不需要专门的抽(注)水设备，测量过程简化，测量精度高，有效解决了在现场原位抽水试验中，水位测量步骤繁琐费时、需要人为的定时进行测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗透系数原位测量装置，具体是一种配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，属于水文地质勘察含水层渗透系数测量装置，应用在水文地质、工程地质等领域。
背景技术
确定岩(土)体的渗透系数是水利水电等工程勘察的重要任务之一。它是水文地质、工程地质条件分析、(水工)建筑物基础安全监测评估和地基基础处理不可缺少的定量参数。迄今为止。国内测定水文地质参数的主要手段为抽水试验法，其它还有注水试验法、水位恢复法等。
国外对钻孔水文地质测试方法的研究比较普遍，方法较多，尤其是在工程应用中，由于往往需要了解的参数代表性范围及精度不同于水资源评价，一般希望通过简易、快速的现场试验获取岩(土)体的水文地质参数，其中以瞬间在钻孔中抽(注)水的快速微水试验法测量渗透系数应用较为广泛。该试验方法是通过测量井内瞬时微小水量的增加(或减少)而引起测量井水位随时间的变化以确定含水层渗透系数参数的一种方法。其测量装置包括数据采集系统、传感器以及水泵等。参数测量时，利用水泵在测量井中瞬时抽(注)一定量的水体，使井水位突然上升或下降，通过传感器和数据采集系统记录井中水位上升或下降的变化过程，结合测量地点的其他地质数据和测量井的数据，计算得到测量井的渗透系数。该抽(注)水测量方法的主要缺点是，要求很高的水文地质边界条件，试验规程复杂，费时费力，试验成本高，精度低。尤其是身后覆盖层钻孔内低水位、高涌水量情况下常规抽(注)水设备往往难以满足要求，实际应用非常困难。
测定岩体材料的渗透系数可以通过室内试验和现场原位试验。由于室内试验中不仅取样容易扰动原样结构，试验工作量大，而且测试结果离散性也将会很大，使实验结果不能准确的反应岩体松动圈的渗透性变化。现场原位试验特别是基于瞬态压力脉冲原位试验，因其结果具有良好的代表性、准确性以及测量速度快而被优先采用。系统庞大的测试设备不易应用，因此这种测试空间小、测试深度浅的岩体类材料渗透性原位测量就对原位渗透系数测量系统提出了新的要求。
发明人检索到以下相关专利文献：CN106644890A(或CN206431025U)公开了一种室内土工试验中用于测量土样渗透系数的装置，包括供水箱、水泵、电控阀、计算机、压力传感器、温度传感器、压力水管和用来装填土样的试样管，压力水管上端通过进水管与供水箱连通，压力水管下端通过出水管连通在试样管下端，水泵安装在进水管上，电控阀和压力传感器安装在出水管上；压力传感器和温度传感器将检测的压力和温度传输给计算机，计算机控制水泵和电控阀启闭。CN104110253A公开了一种便携式防卡手自一体水位测试仪，具有线锤、绕线盘、测线、支架、测线分配器、测线计数采集器、第一电机、第一电机驱动模块、第二电机、第二电机驱动模块、PLC可编程控制器、编码器、触摸屏、电刷、24V直流电源。线锤由一个塑料软管和铁粉构成，测线的前端部与塑料软管固定连接。缠绕在绕线盘的卷筒上的测线通过其尾端与电刷电连接而和PLC可编程控制器相连接，编码器的信号输出端与PLC可编程控制器的输入端相连接，PLC可编程控制器的输出端分别与第一、二电机驱动模块的输入端相连接，第一、二电机驱动模块的输出端与第一、二电机电连接。
以上这些技术对于本发明如何提供一种测量过程简化，测量精度高，应用范围扩大，能有效解决在现场原位抽水试验中、水位测量步骤繁琐费时、需要人为的定时进行测量的问题，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，它测试结果持续，测量速度快，成本低廉，结构简单，操作便捷，便于携带，不需要专门的抽(注)水设备，测量过程简化，测量精度高，能扩大应用范围，从而有效解决在现场原位抽水试验中，水位测量步骤繁琐费时、需要人为的定时进行测量的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，具有位于地面的自动放线装置、连接线缆，所述自动放线装置具有绕线器、线缆长度测量器、计算机、与该计算机连接的PLC可编程控制器、直流电源、驱动绕线器的主动绕线滚筒旋转的电机、电机驱动模块、(安装在绕线器的主动绕线滚筒的上端轴头的中心孔内的)滑环、支架，线缆长度测量器具有从动绕线滚筒、编码器，从动绕线滚筒的转动轴与编码器的转轴相连接，编码器的信号输出端与PLC可编程控制器的输入端电性连接，PLC可编程控制器的输出端与电机驱动模块的输入端相连接，电机驱动模块的输出端与电机电连接；连接线缆绕过线缆长度测量器的从动绕线滚筒、绕线器的主动绕线滚筒且连接线缆的尾端通过滑环与PLC可编程控制器相连接，其技术方案在于所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置还具有位于观测井中的探头测量装置，所述探头测量装置具有上压力传感器(第一压力传感器)、下压力传感器(第二压力传感器)、不锈钢套管；所述不锈钢套管的顶部内壁和底部内壁分别固定安装所述上压力传感器和下压力传感器，即上压力传感器的壳体和下压力传感器的壳体分别与不锈钢套管的顶部内壁和底部内壁焊接而安置于不锈钢套管中，上压力传感器的中心部位具有线缆穿入孔，连接线缆的前部通过所述线缆穿入孔在不锈钢套管内分别与上压力传感器、下压力传感器电连接；连接线缆与所述线缆穿入孔处设有密封体。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是：所述不锈钢套管呈圆柱体形，不锈钢套管的外壁(外侧壁)固定安装有稳流装置，稳流装置具有固定在不锈钢套管的外壁后部的一对稳流板即第一稳流板和第二稳流板、固定在不锈钢套管的外壁前部的另一对稳流板即第三稳流板和第四稳流板，第一稳流板、第二稳流板、第三稳流板、第四稳流板为相同的曲面形状且皆呈纵向设置，第一稳流板的左侧边(左侧端)与不锈钢套管的外壁固定连接(可以是焊接)，第二稳流板的右侧边(右侧端)与不锈钢套管的外壁固定连接(可以是焊接)，第一稳流板、第二稳流板呈相对设置，第一稳流板右侧边(右侧端)、第二稳流板的左侧边(左侧端)皆向后倾斜且第一稳流板右侧边与第二稳流板的左侧边的距离H″＝(0.25～0.35)×D,D为不锈钢套管的外径尺寸；第三稳流板的左侧边(左侧端)与不锈钢套管的外壁固定连接(可以是焊接)，第四稳流板的右侧边(右侧端)与不锈钢套管的外壁固定连接(可以是焊接)，第三稳流板、第四稳流板呈相对设置，第三稳流板的右侧边(右侧端)、第四稳流板的左侧边(左侧端)皆向前倾斜且第三稳流板的右侧边与第四稳流板的左侧边的距离H′＝(0.25～0.35)×D；第一稳流板的左侧边与第三稳流板的左侧边的距离(水平方向的距离、间距)为(0.5～0.7)×D，第二稳流板的右侧边与第四稳流板的右侧边的距离(水平方向的距离、间距)为(0.5～0.7)×D；第一稳流板、第二稳流板、第三稳流板、第四稳流板与不锈钢套管的外壁之间皆形成兜水区域，在兜水区域内第一稳流板的侧壁上、第二稳流板的侧壁上、第三稳流板的侧壁上、第四稳流板的侧壁上皆具有对水流产生阻力的多个凸起。本发明设置了稳流装置，稳流装置中的(四个)所述兜水区域容易使上压力传感器、下压力传感器附近周围的水流趋于静止状态；同时，所述(四个稳流板上的)多个凸起皆对水流产生阻力，也容易使上、下压力传感器附近周围的水流趋于静止状态，水流更加稳定，这样上、下压力传感器的测定值更准确。经试验，与已有相关的测量装置相比，本发明设置稳流装置后测量精度提高了18％以上，测量精度更高，本发明还节约了测量的时间和人力(节约检测时间在20％以上)，提高了测量效率(测量效率提高了20％以上)。上述不锈钢套管的外径最好为25～30毫米，不锈钢套管的壁厚最好为3～3.5毫米，不锈钢套管的高度(纵向长度)最好为150～170毫米。上述第一稳流板的高度(纵向长度)、第二稳流板的高度(纵向长度)、第三稳流板的高度(纵向长度)、第四稳流板的高度(纵向长度)皆与不锈钢套管的高度相同。每个上述凸起最好皆为球冠状(或者凸曲面状)。每个上述凸起的高度即每个凸起的顶端与其底端的距离皆为0.5～0.8毫米，每个凸起在该凸起所在的稳流板(即第一至第四稳流板其中一个稳流板)的侧壁(内壁)表面上的投影面积皆为1～3.2mm2，凸起的分布密度为所有凸起在四个稳流板即第一至第四稳流板的侧壁表面上的(几何)投影面积之和与所述四个稳流板表面积之比为40％～45％。所述四个稳流板表面积是指四个稳流板表面积之和。上述上压力传感器、下压力传感器为相同尺寸的圆柱体形，上压力传感器的顶端与不锈钢套管的顶端相齐，下压力传感器的底端与不锈钢套管的底端相齐。上述密封体为一个橡胶套(或软塑胶套)。上述连接线缆的外面通过起密封保护作用的软塑胶管(细软管)包裹，即连接线缆套装在软塑胶管内，所述软塑胶管带有长度刻度，刻度单位为米，材料为绝缘耐磨塑胶。软塑胶管起到保护连接线缆，防水、耐磨的作用。连接线缆上套装的软塑胶管与所述线缆穿入孔处的密封体为一个橡胶套(或软塑胶套)。
本发明具有自动放线装置、连接线缆、位于观测井中的探头测量装置，所述探头测量装置具有上压力传感器、下压力传感器、不锈钢套管。所述不锈钢套管的顶部内壁和底部内壁分别固定安装所述上压力传感器和下压力传感器，即上压力传感器的壳体和下压力传感器的壳体分别与不锈钢套管的顶部内壁和底部内壁焊接而安置于不锈钢套管中，上压力传感器的中心部位具有线缆穿入孔，连接线缆的前部通过所述线缆穿入孔在不锈钢套管内分别与上压力传感器、下压力传感器电连接；连接线缆与所述线缆穿入孔处设有密封体。上述连接线缆绕过线缆长度测量器的从动绕线滚筒、绕线器的主动绕线滚筒且连接线缆的尾端通过滑环与PLC可编程控制器相连接，使得上压力传感器与下压力传感器与PLC可编程控制器相连接。上压力传感器与下压力传感器在观测井中测得连续水压变化进而测出井中水位变化；自动放线装置根据所测得的水压变化经线缆长度测量器放出一定长度，达到连续测量的目的。PLC可编程控制器、计算机测量计时，线缆长度测量器与测量计时作用测得水位下降深度与降深时间的关系，最后经过数据处理完成测量计算含水层渗透系数(经数据处理可直接测得含水层渗透系数)。
本发明工作时，观测井中水位随着抽水的进程逐渐下降，探头测量装置(探头)中的上、下压力传感器随水位下降而示数减小，压力示数与管径及井内液体密度有关。在进行抽水前输入井径值、井中水的密度值，将探头测量装置放置于水中，根据压力示数可得初始水位高度。抽水泵开始工作，水位在抽取一段时间后开始下降，压力示数开始变化，数据收集系统(计算机、PLC可编程控制器)记录压力示数随时间的变化值，根据压力与水位的关系可以得到抽水过程中水位降深与时间的关系，进而根据水文地质的相关公式可以测得该区域岩土体的渗透系数值。在此过程中当上压力传感器示数接近初始值时，表明水位即将低于探头位置，因此需要将探头放置较深位置，保持探头位置始终低于水位高度。
与已有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可实现对含水层渗透系数的准确测量，不仅具有水位测量、自动放线的功能，而且可以适用于各种井径大小的抽水试验，配合小功率抽水泵更是能够解决提水试验的测试结果不准确的问题。进行原位现场测量，测量结果更为准确，在保证无扰动的情况下对含水层渗透系数进行准确的测量。能够满足各种规模的抽水试验的要求，只需预先输入井径大小，放线过程也不需要人为操作，节省了大量的人力与时间，操作方便快捷，可靠性高。本发明测试结果持续，测量速度快，成本低廉，结构简单，操作便捷，便于携带，不需要专门的抽(注)水设备，简化了测量过程，提高了测量精度，扩大了应用范围。尤其针对井径较小的提水试验中，该装置可配合微型抽水泵使用，大大节省了劳动力，提高了渗透系数的测量精度。该装置为实时测量，渗透系数即测即知。
综上所述，本发明适应性强，能根据井径的大小配合相应功率的抽水泵应用于现场抽水实验中，尤其配合小功率抽水泵可代替提水试验，提高了测量精度，省时省力，测量结果更准确，有效解决了在现场原位抽水试验中水位测量步骤繁琐费时、需要人为的定时进行测量的问题。
附图说明
图1为本发明(第一个实施例)的结构示意图(立体图)。
图2为图1中D向的局部视图(支架处)。
图3为本发明(第一个实施例)中探头测量装置的结构示意图(纵剖面图)。
图4为本发明的电路控制框图。
图5为本发明(第二个实施例)的结构示意图(立体图)。
图6为本发明(第二个实施例)中探头测量装置的结构示意图(俯视图)。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本实施例，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。
实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，本发明(第一个实施例)所述的配合抽水泵A使用的渗透系数原位智能测量装置具有位于地面的自动放线装置1、连接线缆3、位于观测井中的探头测量装置2、抽水泵A、输水管B、观测井C。所述自动放线装置1具有绕线器103、线缆长度测量器101、计算机106、与该计算机连接的PLC可编程控制器107(计算机106通过数据总线连接在PLC可编程控制器107的RS232C接口上)、24V直流电源108、驱动绕线器103的主动绕线滚筒旋转的电机104、电机驱动模块109、安装在绕线器的主动绕线滚筒的上端轴头的中心孔内的滑环105、支架100。图2为图1中D向的局部视图(支架100处)。线缆长度测量器101具有从动绕线滚筒101′、编码器102。从动绕线滚筒101′的转动轴与编码器102的转轴相连接，编码器102的信号输出端与PLC可编程控制器107的输入端电性连接，PLC可编程控制器107的输出端与电机驱动模块109的输入端相连接，电机驱动模块109的输出端与电机104电连接。上述24V直流电源108分别与编码器102、PLC可编程控制器107、电机驱动模块109、电机104的供电端连接。连接线缆3绕过线缆长度测量器的从动绕线滚筒101′、绕线器103的主动绕线滚筒且连接线缆的尾端通过滑环105与PLC可编程控制器107相连接，连接线缆3经过定滑轮(改变方向)呈纵向进入观测井中，连接线缆的前端伸入观测井中的水中。收线操作时，电机104顺时针方向旋转，绕线器103的主动绕线滚筒顺时针方向旋转，从动绕线滚筒101′随着绕线器103的主动绕线滚筒顺时针方向旋转，探头测量装置2从观测井内向上运动，反之，放线操作时，电机104逆时针方向旋转，探头测量装置2从观测井内向下运动，借助探头测量装置2的重力作用，连接线缆3始终是伸直的。所述探头测量装置2具有上压力传感器(第一压力传感器)201、下压力传感器(第二压力传感器)202、不锈钢套管203。所述不锈钢套管203的顶部内壁和底部内壁分别固定安装所述上压力传感器201和下压力传感器202，即上压力传感器201的壳体和下压力传感器202的壳体分别与不锈钢套管203的顶部内壁和底部内壁焊接而安置于不锈钢套管203中，并经过密封防水处理(可使用防水胶涂抹)，上压力传感器201的中心部位具有线缆穿入孔204，连接线缆3的前部通过所述线缆穿入孔204在不锈钢套管内分别与上压力传感器201、下压力传感器202电连接；连接线缆3与所述线缆穿入孔204处设有密封体204′。
如图1、图2所示，上述不锈钢套管203呈圆柱体形。上述上压力传感器201、下压力传感器202为相同尺寸的圆柱体形，上压力传感器201的顶端与不锈钢套管203的顶端相齐，下压力传感器202的底端与不锈钢套管203的底端相齐。上述密封体204′为一个橡胶套(或软塑胶套)。上述连接线缆3的外面通过起密封保护作用的软塑胶管(细软管)包裹，即连接线缆套装在软塑胶管内，所述软塑胶管带有长度刻度，刻度单位为米，材料为绝缘耐磨塑胶。软塑胶管起到保护连接线缆，防水、耐磨的作用。连接线缆3上套装的软塑胶管与所述线缆穿入孔204处的密封体204′为一个橡胶套(或软塑胶套)。上述连接线缆3绕过线缆长度测量器101的从动绕线滚筒101′、绕线器103的主动绕线滚筒且连接线缆的尾端通过滑环105与PLC可编程控制器107相连接，使得上压力传感器201与下压力传感器202与PLC可编程控制器107相连接。上压力传感器201与下压力传感器202在观测井中测得连续水压变化进而测出井中水位变化。自动放线装置1根据所测得的水压变化经线缆长度测量器101放出一定长度，达到连续测量的目的。PLC可编程控制器107、计算机106测量计时，线缆长度测量器101与测量计时作用测得水位下降深度与降深时间的关系，最后经过数据处理完成测量计算含水层渗透系数(经数据处理可直接测得含水层渗透系数)。
实施例2：如图5、图6、图2、图3、图4所示，本发明(第二个实施例)所述的配合抽水泵A使用的渗透系数原位智能测量装置与实施例1相近似，所不同的是，本实施例中所述不锈钢套管203的外壁(外侧壁)固定安装有稳流装置4，不锈钢套管203呈圆柱体形。稳流装置4具有固定在不锈钢套管203的外壁后部的一对稳流板即第一稳流板401和第二稳流板401′、固定在不锈钢套管203的外壁前部的另一对稳流板即第三稳流板402和第四稳流板402′。第一稳流板401、第二稳流板401′、第三稳流板402、第四稳流板402′为相同的曲面形状且皆呈纵向设置，第一稳流板401的左侧边(左侧端)与不锈钢套管203的外壁固定连接(可以是焊接)，第二稳流板401′的右侧边(右侧端)与不锈钢套管203的外壁固定连接(可以是焊接)，第一稳流板401、第二稳流板401′呈相对设置，第一稳流板401右侧边(右侧端)、第二稳流板401′的左侧边(左侧端)皆向后倾斜且第一稳流板401右侧边与第二稳流板401′的左侧边的距离H″＝(0.25～0.35)×D,D为不锈钢套管203的外径尺寸，取H″＝0.32×D。第三稳流板402的左侧边(左侧端)与不锈钢套管203的外壁固定连接(可以是焊接)，第四稳流板402′的右侧边(右侧端)与不锈钢套管203的外壁固定连接(可以是焊接)，第三稳流板402、第四稳流板402′呈相对设置，第三稳流板402的右侧边(右侧端)、第四稳流板402′的左侧边(左侧端)皆向前倾斜且第三稳流板402的右侧边与第四稳流板402′的左侧边的距离H′＝(0.25～0.35)×D，取H′＝0.32×D。第一稳流板401的左侧边与第三稳流板402的左侧边的距离为0.55×D或者0.6×D，第二稳流板401′的右侧边与第四稳流板402′的右侧边的距离为0.55×D或者0.6×D。第一稳流板401、第二稳流板401′、第三稳流板402、第四稳流板402′与不锈钢套管203的外壁之间皆形成兜水区域400，在兜水区域内第一稳流板401的侧壁上、第二稳流板401′的侧壁上、第三稳流板402的侧壁上、第四稳流板402′的侧壁上皆具有对水流产生阻力的多个凸起403。每个上述凸起最好皆为球冠状(或者凸曲面状)。每个上述凸起403的高度即每个凸起的顶端与其底端的距离皆为0.8毫米，每个凸起在该凸起所在的稳流板(即第一至第四稳流板其中一个稳流板)的侧壁表面上的投影面积皆为2.54mm2，所述投影面积也可以皆为2.0mm2。凸起的分布密度为所有凸起在四个稳流板即第一至第四稳流板的侧壁表面上的投影面积之和与所述四个稳流板表面积之比为42％。所述四个稳流板表面积是指四个稳流板表面积之和。上述不锈钢套管203的外径最好为25～30毫米，选用30毫米(还可选用25毫米、26毫米、28毫米)，不锈钢套管203的壁厚最好为3～3.5毫米(可选用3毫米)，不锈钢套管203的高度最好为150～170毫米(可选用150毫米、160毫米、170毫米)。上述第一稳流板401的高度、第二稳流板401′的高度、第三稳流板402的高度、第四稳流板402′的高度皆与不锈钢套管203的高度相同。上述第一稳流板401、第二稳流板401′、第三稳流板402、第四稳流板402′呈前后、左右对称结构。本发明设置了稳流装置4，稳流装置中的(四个)所述兜水区域400容易使上压力传感器201、下压力传感器202附近周围的水流趋于静止状态；同时，所述(四个稳流板上的)多个凸起403皆对水流产生阻力，也容易使上、下压力传感器附近周围的水流趋于静止状态，水流更加稳定，这样上、下压力传感器的测定值更准确。经试验，与已有相关的测量装置相比，本发明设置稳流装置4后测量精度提高了18％以上，测量精度更高，本发明还节约了测量的时间和人力(节约检测时间在20％以上)，提高了测量效率(测量效率提高了20％以上)。上述不锈钢套管203可以由不锈钢钢管制成，上述各稳流板、凸起可以由薄钢板制成(凸起可以采用冲压加工而成)，也可以由塑料、有机玻璃等制成，凸起还可以由橡胶制成。稳流板与凸起的连接可以是焊接(都是薄钢板时)或者粘连接或者其它连接方式。
利用抽水试验测量水文地质参数(渗透系数)，一般抽水试验求水文地质参数的几种情况：
一、利用单井抽水试验；
二、利用多孔抽水试验
三、利用群孔抽水试验
四、利用数值法反求水文地质参数
一、利用单井抽水试验资料求参数(渗透系数)
1.单井常流量抽水试验的降深表达式
单井抽水试验是指仅有抽水井而无观测孔的抽水试验。以越流含水层非完整井单井抽水试验为例，抽水过程可分为5个阶段。
(1)抽水初期。
(2)抽水后数分钟。
(3)长时间抽水稳定阶段。
(4)停泵后的最初几分钟。
(5)停泵数分钟后。
承压和越流含水层：
潜水含水层：
单孔抽水试验第二阶段(开泵数分钟至1～2h)井内降深值sw，可用统一的表达式描述
承压和越流含水层：
潜水含水层：
式中：s′W为水位恢复期间剩余降深值；s′WC为水位恢复期间修正剩余降深值，
sW为抽水期间井内降深值；sWC为抽水期间的修正降深值，
sW1为井损值，当抽水流量固定且时间稍长时为常数；Δsp为非完整井与三维流附加降深值，当抽水超过数分钟后趋于常数；H0为抽水前潜水含水层厚度。
利用抽水恢复阶段的观测求参数
适用条件：①承压(潜水)含水层、考虑(忽略)弱透水层释水的越流、完整井(非完整井)。②抽水时间不少于24h，且抽水井降深应达到稳定或似稳定。③利用停泵水位恢复阶段的短期数据(停泵后数分钟至1～2h)。
求参步骤：①在单对数纸上绘制恢复阶段剩余降深s′W和停泵时间lgt′的数据曲线，即s′W-lgt′曲线。②图解法或最小二乘法匹配直线，求出斜率i。③用公式计算整个含水层厚度导水系数：
④对于潜水，使用修正剩余降深s′WC，参数计算公式:
利用抽水阶段的观测资料求参数
适用条件：①承压(潜水)含水层、考虑(忽略)弱透水层释水的越流、完整井(非完整井)。②利用抽水阶段数据(抽水数分钟以后)。
求参步骤：①在但对数纸上绘制抽水井降深sW和停泵时间lgt的数据曲线，即sW-lgt曲线。②图解法或最小二乘法匹配直线，求出斜率i。③用公式计算含水层厚度导水系数：
④对于潜水，采用修正剩余降深，计算公式使用：
本专利申请旨为改善“提水试验”的一般步骤以求得弱透水层中的水文地质参数(渗透系数)，以弥补提水试验过程中的繁琐步骤，误差较大的缺点。在一般提水试验的过程中，需要反复通过提水后再测量水位，因而测量的时间较长，井中水位在提水和测水位的过程中得到恢复，进而增大了所测得渗透系数的误差。因为实验装置所达到的效果类似于一般抽水试验，故对弱透水层的渗透系数计算过程与一般抽水试验相同，而这一计算过程可以通过Aqufier Test或Aquifer Win32等软件完成。
上压力传感器满足：
Ftop＝ρgSh1
下底面压力传感器(下压力传感器)同样满足：
Fbottom＝ρgSh2
且h1与h2满足，h2-h1＝h
其中ρ为井中水的密度；g为重力常数。其中h1、h2为上、下压力传感器距离井中水面的距离，h为已知圆柱探头的高度。若上、下压力传感器不满足该式，则存在探头接触到井中异物或探头未完全浸入水面以下的可能，需要重新调整探头在井中的位置。其线缆长度测量器所得到的井口到上压力传感器的长度L，可得到井中水位H：
H＝L-h1
上、下压力传感器所得到的数值和时间数据可通过对(计算机的)数据处理器实时储存，同抽水试验原理一样也是利用降深与时间的数据曲线，根据所得到的数据曲线上与标准版曲线尽量重合的点为准，带入到各个抽水试验对应适应的条件中计算得到渗透系数。
综上所述，本发明的以上各实施例测试结果持续，测量速度快，成本低廉，结构简单，操作便捷，便于携带，不需要专门的抽(注)水设备，测量过程简化，测量精度高，有效解决了在现场原位抽水试验中，水位测量步骤繁琐费时、需要人为的定时进行测量的问题。
Claims (9)
1.一种配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，具有位于地面的自动放线装置（1）、连接线缆（3），所述自动放线装置（1）具有绕线器（103）、线缆长度测量器（101）、计算机（106）、与该计算机连接的PLC可编程控制器（107）、直流电源（108）、驱动绕线器（103）的主动绕线滚筒旋转的电机（104）、电机驱动模块（109）、滑环（105）、支架（100），线缆长度测量器（101）具有从动绕线滚筒（101′）、编码器（102），从动绕线滚筒（101′）的转动轴与编码器（102）的转轴相连接，编码器（102）的信号输出端与PLC可编程控制器（107）的输入端电性连接，PLC可编程控制器（107）的输出端与电机驱动模块（109）的输入端相连接，电机驱动模块（109）的输出端与电机（104）电连接；连接线缆（3）绕过线缆长度测量器的从动绕线滚筒（101′）、绕线器（103）的主动绕线滚筒且连接线缆的尾端通过滑环（105）与PLC可编程控制器（107）相连接，其特征在于所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置还具有位于观测井中的探头测量装置（2），所述探头测量装置（2）具有上压力传感器（201）、下压力传感器（202）、不锈钢套管（203）；所述不锈钢套管（203）的顶部内壁和底部内壁分别固定安装所述上压力传感器（201）和下压力传感器（202），即上压力传感器（201）的壳体和下压力传感器（202）的壳体分别与不锈钢套管（203）的顶部内壁和底部内壁焊接而安置于不锈钢套管（203）中，上压力传感器（201）的中心部位具有线缆穿入孔（204），连接线缆（3）的前部通过所述线缆穿入孔（204）在不锈钢套管内分别与上压力传感器（201）、下压力传感器（202）电连接；连接线缆（3）与所述线缆穿入孔（204）处设有密封体（204′）；
上述不锈钢套管（203）呈圆柱体形，不锈钢套管（203）的外壁固定安装有稳流装置（4），稳流装置（4）具有固定在不锈钢套管（203）的外壁后部的一对稳流板即第一稳流板（401）和第二稳流板（401′）、固定在不锈钢套管（203）的外壁前部的另一对稳流板即第三稳流板（402）和第四稳流板（402′），第一稳流板（401）、第二稳流板（401′）、第三稳流板（402）、第四稳流板（402′）为相同的曲面形状且皆呈纵向设置，第一稳流板（401）的左侧边与不锈钢套管（203）的外壁固定连接，第二稳流板（401′）的右侧边与不锈钢套管（203）的外壁固定连接，第一稳流板（401）、第二稳流板（401′）呈相对设置，第一稳流板（401）右侧边、第二稳流板（401′）的左侧边皆向后倾斜且第一稳流板（401）右侧边与第二稳流板（401′）的左侧边的距离H″=（0.25~0.35）×D, D为不锈钢套管（203）的外径尺寸；第三稳流板（402）的左侧边与不锈钢套管（203）的外壁固定连接，第四稳流板（402′）的右侧边与不锈钢套管（203）的外壁固定连接，第三稳流板（402）、第四稳流板（402′）呈相对设置，第三稳流板（402）的右侧边、第四稳流板（402′）的左侧边皆向前倾斜且第三稳流板（402）的右侧边与第四稳流板（402′）的左侧边的距离H′=（0.25~0.35）×D；第一稳流板（401）的左侧边与第三稳流板（402）的左侧边的距离为（0.5~0.7）×D，第二稳流板（401′）的右侧边与第四稳流板（402′）的右侧边的距离为（0.5~0.7）×D；第一稳流板（401）、第二稳流板（401′）、第三稳流板（402）、第四稳流板（402′）与不锈钢套管（203）的外壁之间皆形成兜水区域（400），在兜水区域内第一稳流板（401）的侧壁上、第二稳流板（401′）的侧壁上、第三稳流板（402）的侧壁上、第四稳流板（402′）的侧壁上皆具有对水流产生阻力的多个凸起（403）。
2.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述上压力传感器（201）、下压力传感器（202）为相同尺寸的圆柱体形，上压力传感器（201）的顶端与不锈钢套管（203）的顶端相齐，下压力传感器（202）的底端与不锈钢套管（203）的底端相齐。
3.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述密封体（204′）为一个橡胶套。
4.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述连接线缆（3）的外面通过起密封保护作用的软塑胶管包裹，即连接线缆套装在软塑胶管内，所述软塑胶管带有长度刻度。
5.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述连接线缆（3）的外面通过起密封保护作用的软塑胶管包裹，即连接线缆套装在软塑胶管内，连接线缆（3）上套装的软塑胶管与所述线缆穿入孔（204）处的密封体（204′）为一个橡胶套。
6.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述第一稳流板（401）右侧边与第二稳流板（401′）的左侧边的距离H″=0.32×D, D为不锈钢套管（203）的外径尺寸；第三稳流板（402）的右侧边与第四稳流板（402′）的左侧边的距离H′=0.32×D；第一稳流板（401）的左侧边与第三稳流板（402）的左侧边的距离为（0.55~0.6）×D，第二稳流板（401′）的右侧边与第四稳流板（402′）的右侧边的距离为（0.55~0.6）×D。
7.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于上述不锈钢套管（203）的外径为25~30毫米，不锈钢套管（203）的壁厚为3~3.5毫米，不锈钢套管（203）的高度为150~170毫米；上述第一稳流板（401）的高度、第二稳流板（401′）的高度、第三稳流板（402）的高度、第四稳流板（402′）的高度皆与不锈钢套管（203）的高度相同。
8.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于每个上述凸起（403）皆为球冠状凸起。
9.根据权利要求1所述的配合抽水泵使用的渗透系数原位智能测量装置，其特征在于每个上述凸起（403）的高度即每个凸起的顶端与其底端的距离皆为0.5~0.8毫米，每个凸起在该凸起所在的稳流板的侧壁表面上的投影面积皆为1~3.2mm2，凸起的分布密度为所有凸起在四个稳流板即第一至第四稳流板的侧壁表面上的投影面积之和与所述四个稳流板表面积之比为40%~45%。
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| GR01 | Patent grant | ||
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