CN111441769A - 多落程抽水试验参数自动检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程勘探领域，特别涉及多落程抽水试验参数自动检测系统及检测方法。本发明的检测系统包括多个多参数记录仪、水泵、流量控制单元和数据处理单元，多个多参数记录仪分别设置在地下水观测井孔和地下水抽水井孔中，水泵设置在地下水抽水井孔中，水泵与流量控制单元连接，多个多参数记录仪和流量控制单元均与数据处理单元通讯连接。与现有技术相比，本发明可以实现对抽水试验相关数据的实时采集，实时分析，并实现抽水试验落程的自动切换，便于获取准确的水文地质参数，初步实现了多落程抽水试验的无人值守功能；在现有功能的基础上，可对抽水井的数量进行扩充，进行群孔抽水试验，提高数据采集的密度和精确度。

Description

多落程抽水试验参数自动检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及工程勘探领域，特别涉及多落程抽水试验参数自动检测系统及 检测方法。

背景技术

多落程非稳定流抽水试验是在区域水文地质调查、矿山水文地质勘察、水 源地勘查等工作中不可或缺的技术手段，用于计算钻孔的单位涌水量、含水层 的渗透系数、给水度等水文地质参数。

传统的非稳定抽水试验观测工作全部由人工观测完成，耗费较大的人力物 力用来观测水位水量的变化，耗时耗力，很难精准的控制使抽水流量的波动在 一个合理范围内，而且需要通过更换水泵或通过水管回水的方式改变抽水流量 的大小，以达到更换抽水试验落程的目的，人为观测带来的误差、失误较大， 数据的可靠性较差，且人工观测数据需要全部录入电脑才能进行下一步的工作。

在进行多落程非稳定流抽水试验时如果能自动获取抽水主孔及观测孔的实 时动水位、水温、水质，抽水主孔的实时流量等数据，并实现抽水试验稳定时 间的自动控制、落程的自动切换等，并对吊泵，水质变化等特殊现象进行实时 自动处理，将极大地节省人力成本，并提高观测数据的精度和可靠度，减少人 为因素的影响。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种操作简单，测量精度与灵敏度高的多落程 抽水试验参数自动检测系统。

本发明采用的技术方案如下：

多落程抽水试验参数自动检测系统，关键在于：包括多个多参数记录仪、水 泵、流量控制单元和数据处理单元，多个所述多参数记录仪分别设置在地下水 观测井孔和地下水抽水井孔中，所述水泵设置在地下水抽水井孔中，所述水泵 与所述流量控制单元连接，多个所述多参数记录仪和所述流量控制单元均与所 述数据处理单元通讯连接。

优选的，所述流量控制单元包括流量计、流量控制器和交流变频器，所述水 泵连接有排水管，所述流量计安装在所述排水管上，所述水泵和所述交流变频 器电连接，所述流量计、所述流量控制器与所述数据处理单元依次通讯连接。

优选的，所述数据处理单元包括云服务器和控制器，所述控制器通过无线通 信模块DTU将数据传输至所述云服务器，所述云服务器用于对实时数据、历史 数据的综合应用分析与管理，所述多参数记录仪和所述控制器数据线连接，所 述流量控制器与所述控制器通讯连接。

本发明的第二个目的是基于上述的多落程抽水试验参数自动检测系统的检 测方法，解决了多落程抽水试验稳定时间及落程自动切换、水文地质参数的自 动求取等问题多落程抽水试验参数自动检测方法，关键在于包括以下步骤：

步骤一、各多参数记录仪分别采集抽水孔和观测孔中的水位、水温、水质， 流量计采集水泵的抽水流量，并将数据实时发送至数据处理单元；

步骤二、数据处理单元根据实时传输进来的水位数据，流量数据，综合判 断后给交流变频器发出控制信号，交流变频器调节抽水水泵的转速，进而控制 抽水流量，保持在一个落程中水泵出水流量的稳定性；

步骤三、数据处理单元判断一个落程抽水试验的稳定时刻，然后经过设定 的稳定时长后，开始下一落程的抽水试验，实现落程的自动切换，全部落程完 成后，停泵，数据处理单元停止接受水量数据，开始水位恢复观测；

步骤四、数据处理单元根据已有的抽水试验数据初步求取水文地质参数； 并自动生成抽水试验现场数据库，根据需要可以选择上传至手机端或服务器。

优选的，所述数据采集频率为1-5分钟采集一次。

优选的，所述步骤三具体为：假定n号孔t_n时刻、t_n+1时刻、t_n+2时刻的观测水 位降深数据分别为s_n1、s_n+1、s_n+2，求取t_n+2的斜率K，若K＝(s_n+2-s_n1+1)/(s_n+1-s_n)斜 率小于等于0，继续计算下一时刻的K值，连续计算10个K值，若K值在0附近上 下跳跃，则认为某一落程抽水试验在t_n时刻正式稳定，从t_n开始计时，当稳定时 间满足设定值时，然后发送控制信号给交流变频器，降频，保持流量为预先设 定值，开始下一落程的抽水试验，采取上述办法判断是否达到稳定状态，若稳 定，则开始计时，至设定的稳定时间，开启下一落程抽水，若水位降深超过24h 仍不稳定，发出信号提示是否需要人工干预换落程或停泵，如无干预，停泵，停止接受水量数据，开始水位恢复观测。

优选的，所述步骤二中当EC值超过最高限值时，发出警示信号，如不人工干 预，停泵。

优选的，所述步骤二中当水温超过最低限定值，发出警示信号，如不人工 干预，停泵。

优选的，所述步骤二中当开始抽水3分钟后流量为零，延续2分钟，发出 警示信号，如不人工干预，停泵，在抽水试验过程中若流量计连续采集的三个 数据为0，在发出警报，如不人工干预，停泵。

与现有技术相比，本发明提出的多落程抽水试验参数自动检测系统及检测 方法，可以实现对抽水试验相关数据的实时采集，实时分析，并实现抽水试验 落程的自动切换，对于野外水文地质调查、矿山水文地质勘察具有重要的应用 价值，极大地降低了水文地质技术人员的劳动强度，提高了数据采集的密度和 精确度，便于获取准确的水文地质参数，初步实现了多落程抽水试验的无人值 守功能；在现有功能的基础上，可对抽水井的数量进行扩充，并对控制系统中 有关稳定水位的算法进行改进，应用于水源地的勘察工作中，进行群孔抽水试 验，可以极大地提高数据采集的密度和精确度，并可以根据抽水试验数据进行 抽水试验的优化，具有很大的经济价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的检测流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体 实施方式对本发明作详细说明。

如图1中所示，多落程抽水试验参数自动检测系统，包括多个多参数记录仪 1、水泵2、流量计3、流量控制器4和交流变频器5、云服务器6和控制器7，多个 所述多参数记录仪1分别设置在地下水观测井孔和地下水抽水井孔中，所述水泵 2设置在地下水抽水井孔中，所述水泵2连接有排水管8，所述流量计3安装在所 述排水管8上，所述水泵2和所述交流变频器5电连接，所述交流变频器5与市电 连接，所述多参数记录仪1和所述控制器7通过数据线连接，所述流量计3与所述 流量控制器4通过数据线连接，所述流量控制器4通过数据远传系统将数据传送 至所述控制器7，所述控制器7通过无线通信模块DTU将数据传输至所述云服务 器6，所述云服务器6用于对实时数据、历史数据的综合应用分析与管理。

多落程抽水试验参数自动检测方法：

可以实现手动开始或根据预先设定自动开始，各多参数记录仪1分别采集抽 水孔和观测孔中第一落程的的水位、水温、水质，采集频率1次/min，并将监测 数据实时发送至数据处理单元，当EC值超过最高限值时，发出警示信号，如不 人工干预，停泵；当水温超过最低限定值，发出警示信号，如不人工干预，停 泵；流量计3采集水泵2的抽水流量，采集频率1次/min，并将数据实时发送至数 据处理单元，当开始抽水3分钟后流量为零，延续2分钟，发出警示信号，如不 人工干预，停泵，在抽水试验过程中若流量计3连续采集的三个数据为0，在发 出警报，如不人工干预，停泵；数据处理单元根据实时传输进来的水位数据，流量数据，综合判断后给交流变频器5发出控制信号，交流变频器5调节抽水水 泵2的转速，进而控制抽水流量，保持一个落程中水泵2出水流量的稳定性；数 据处理单元假定n号孔t_n时刻、t_n+1时刻、t_n+2时刻的观测水位降深数据分别为s_n1、 s_n+1、s_n+2，求取t_n+2的斜率K，若K＝(s_n+2-s_n1+1)/(s_n+1-s_n)斜率小于等于0，继续计算 下一时刻的K值，连续计算10个K值，若K值在0附近上下跳跃，则认为某一落程 抽水试验在t_n时刻正式稳定，从t_n开始计时，当稳定时间满足设定值时，数据处 理单元发送控制信号给交流变频器5，降频，保持流量为预先设定值，开始下一 落程的抽水试验，采取上述办法判断是否达到稳定状态，若稳定，则开始计时， 至设定的稳定时间，开启下一落程抽水，若水位降深超过24h仍不稳定，发出信 号提示是否需要人工干预换落程或停泵，如无干预，停泵，停止接受水量数据， 开始水位恢复观测；数据处理单元根据已有的抽水试验数据初步求取水文地质 参数；并自动生成抽水试验现场数据库，根据需要可以选择上传至手机端或服 务器。

最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在 本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类 似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.多落程抽水试验参数自动检测系统，其特征在于：包括多个多参数记录仪、水泵、流量控制单元和数据处理单元，多个所述多参数记录仪分别设置在地下水观测井孔和地下水抽水井孔中，所述水泵设置在地下水抽水井孔中，所述水泵与所述流量控制单元连接，多个所述多参数记录仪和所述流量控制单元均与所述数据处理单元通讯连接。

2.根据权利要求1所述的多落程抽水试验参数自动检测系统，其特征在于：所述流量控制单元包括流量计、流量控制器和交流变频器，所述水泵连接有排水管，所述流量计安装在所述排水管上，所述水泵和所述交流变频器电连接，所述流量计、所述流量控制器与所述数据处理单元依次通讯连接。

3.根据权利要求1所述的多落程抽水试验参数自动检测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括云服务器和控制器，所述控制器通过无线通信模块DTU将数据传输至所述云服务器，所述云服务器用于对实时数据、历史数据的综合应用分析与管理，所述多参数记录仪和所述控制器通过数据线连接，所述流量控制器与所述控制器通讯连接。

4.多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、各多参数记录仪分别采集抽水孔和观测孔中的水位、水温、水质，流量计采集水泵的抽水流量，并将数据实时发送至数据处理单元；

步骤二、数据处理单元根据实时传输进来的水位数据，流量数据，综合判断后给交流变频器发出控制信号，交流变频器调节抽水水泵的转速，进而控制抽水流量，保持一个落程中水泵出水流量的稳定性；

步骤三、数据处理单元判断一个落程抽水试验的稳定时刻，然后经过设定的稳定时长后，开始下一落程的抽水试验，实现落程的自动切换，全部落程完成后，停泵，数据处理单元停止接受水量数据，开始水位恢复观测；

步骤四、数据处理单元根据已有的抽水试验数据初步求取水文地质参数；并自动生成抽水试验现场数据库，根据需要可以选择上传至手机端或服务器。

5.根据权利要求4所述的多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于：所述数据采集频率为1-5分钟采集一次。

6.根据权利要求5所述的多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于所述步骤三具体为：假定n号孔t_n时刻、t_n+1时刻、t_n+2时刻的观测水位降深数据分别为s_n1、s_n+1、s_n+2，求取t_n+2的斜率K，若K＝(s_n+2-s_n1+1)/(s_n+1-s_n)斜率小于等于0，继续计算下一时刻的K值，连续计算10个K值，若K值在0附近上下跳跃，则认为某一落程抽水试验在t_n时刻正式稳定，从t_n开始计时，当稳定时间满足设定值时，然后发送控制信号给交流变频器，降频，保持流量为预先设定值，开始下一落程的抽水试验，采取上述办法判断是否达到稳定状态，若稳定，则开始计时，至设定的稳定时间，开启下一落程抽水，若水位降深超过24h仍不稳定，发出信号提示是否需要人工干预换落程或停泵，无干预停泵，停止接受水量数据，开始水位恢复观测。

7.根据权利要求4所述的多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于：所述步骤二中当EC值超过最高限值时，发出警示信号，如不人工干预，停泵。

8.根据权利要求4所述的多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于：所述步骤二中当水温超过最低限定值，发出警示信号，如不人工干预，停泵。

9.根据权利要求4所述的多落程抽水试验参数自动检测方法，其特征在于：所述步骤二中当开始抽水3分钟后流量为零，延续2分钟，发出警示信号，如不人工干预，停泵，在抽水试验过程中若流量计数据连续采集的三个数据为0，在发出警报，如不人工干预，停泵。

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