CN114965208A - 一种原位测量河床含水层渗透系数的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于河床含水层渗透系数测量技术领域，公开了一种原位测量河床含水层渗透系数装置，包括钻井管、水箱和控制器，钻井管开设有泄压孔，钻井管连接有井管护帽，井管护帽连接有测距仪，水箱连通有导水管，导水管连接有数字流量计，数字流量计和测距仪均与控制器连接；还公开了一种原位测量河床含水层渗透系数的方法，包括S1：基础参数的获取；S2：测量装置的连接；S3：测量前的准备；S4：开始测量；S5：计算渗透系数；本发明解决了现有技术测量含水层渗透系数精度低、费用高、耗时多的问题，可实现测量数据的远程传输与远程控制，节约了人力成本，适用于野外含水层渗透系数的测量。
Description
技术领域
本发明涉及河床含水层渗透系数测量技术领域，具体为一种原位测量河床含水层渗透系数的方法和装置。
背景技术
渗透系数是水文地质中最常用的评价参数，不仅是含水层富水程度评价重要指标，更是基坑设计、信息融合突水预测、岩体稳定性评价等定量计算的重要指标。降水头注水试验是常用的对含水层透水性进行测试的方法，通过定时量测注水量、时间、水位等相关参数,实现对目的含水层渗透系数的测定。
根据《水利水电工程注水试验规程》规定，降水头注水试验需要连续多次观测，目前每次观测大多是靠人工完成各个操作步骤，而且是通过人工用器具进行注水试验,注水的均匀性难以把握，导致技术难度大；每次检测数据靠人力记录和计算，得到的计算结果精度低；试验人员要守在检测点，耗费人力，而且费用高。因此，亟需一种便于操作、测量精度高、节约人力无力的含水层渗透系数的测量方法和装置。
发明内容
本发明意在提供一种原位测量河床含水层渗透系数的方法和装置，以解决现有技术测量含水层渗透系数精度低、费用高、耗时多的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种原位测量河床含水层渗透系数装置，包括钻井管、水箱和控制器，所述钻井管的下端插入地面以下，所述钻井管的上端连接有井管护帽，所述井管护帽设于管外水位以上，所述井管护帽连接有测距仪，所述水箱连通有导水管，所述导水管连接有数字流量计，所述导水管穿设于所述井管护帽，所述测距仪和所述导水管的出水口均设于所述钻井管的内侧，所述导水管的出水口高于钻井管内水位高度，所述数字流量计和所述测距仪均与所述控制器连接。
进一步地，所述钻井管的侧壁开设有泄压孔，所述泄压孔设于所述井管护帽与地面之间。
进一步地，所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪的测量精度为0.1mm、测量响应时间为0.1s。
进一步地，所述控制器包括远程传输模块、控制模块和网络模块，所述控制模块用于所述测距仪的测量频率、间隔时间和所述数字流量计的注水高度和注水速率的调节。
本发明还提供一种技术方案：
一种原位测量河床含水层渗透系数的方法，利用上述任意一种原位测量含水层渗透装置测量含水层的渗透系数，包括以下步骤：
S1：基础参数的获取：测量钻井管的套管内半径r，井管埋土深度l，设置测距仪的测量间隔为t秒；
S2：测量装置的连接：将钻井管插入地面以下，钻井管的泄压孔设于地面上侧，导水管连通数字流量计后，一端与水箱连通，另一端穿设于井管护帽，测距仪连接在井管护帽的内侧，同时将数字流量计和测距仪通过电导线与控制器连接，最后将井管护帽连接在钻井管的上端，使得测距仪和导水管的出水口均设于钻井管的内侧；
S3：测量前的准备：将水箱内注满水，开启测距仪，待钻井管内水位不在变化后，测量钻井管内的水位高度为H0，其中管内水位高度等于管外水位高度；
S4：开始测量：开启数字流量计、测距仪和控制器，利用控制器控制数字流量计的注水速率，待钻井管内的水位高度达到所需测量高度后，控制器控制数字流量计停止注水，接着每隔t秒利用测距仪测量得到一个水位高度Hi，待钻井内水柱高度不再改变，停止测量，其中，控制器记录测距仪的测量时长ti和水位高度Hi如下：
测量时长ti＝i×t，其中，i＝1,2,3,…n…,m，i为间隔的次数；
钻井管内水位高度Hi为每隔t秒就得到的水柱高度，其中i＝1,2,3,…n…,m；
S5：计算渗透系数：基于水力学理论的达西定律，通过对达西公式进行微分与积分变换，得出相应的渗透系数计算公式，渗透系数的计算式为：
式中：K为试验岩土层的渗透系数，cm/s；tm、tn为注水试验某一时刻的试验时间，min；Hm、Hn为在试验时间tm、tn时的试验水位高度，cm；r为套管内半径，cm；l为井管入土深度，cm；H1为在试验时间t1时的试验水位高度，cm；H0为在钻井管外水位高度，cm。
本技术方案的有益效果是：
1、测量装置可以对含水层的渗透系数进行多次测量，测量得到的结果具有说服力；
2、一次设置/安装连接，即可完成对含水层渗透系数的测量，无需测量人员蹲守检测点，通过控制器可以实现远程控制和计算，解决了现有测量含水层渗透系数精度低、费用高、耗时多的问题；
3、选用激光测距仪，测量得到的水位高度准确，测量的频率高，而钻井管设有侧孔给，确保钻井管内的大气压处于平稳状态，进一步确保测量的精度。
附图说明
图1为本发明一种原位测量河床含水层渗透系数装置的结构示意图；
图2为本发明一种原位测量河床含水层渗透系数的方法流程图；
附图中的对应标记的名称为：
钻井管1、测距仪2、导水管3、数字流量计4、控制器5、井管护帽6、泄压孔7、水箱8、钻井管内水位9、管外水位10。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，一种原位测量河床含水层渗透系数装置，包括钻井管1、水箱8和控制器5，钻井管1的下端插入地面以下，钻井管1的上侧壁开设有泄压孔7，钻井管1的上端连接有井管护帽6，井管护帽6设于管外水位10以上，泄压孔7设于井管护帽6与管外水位10之间，井管护帽6连接有测距仪2，测距仪2为激光测距仪，激光测距仪的测量精度为0.1mm、测量响应时间为0.1s，水箱8连通有导水管3，导水管3连接有数字流量计4，导水管3穿设于井管护帽6，测距仪2和导水管3的出水口均设于钻井管1的内侧，导水管3的出水口高于钻井管内水位9高度，数字流量计4和测距仪2均与控制器5连接，控制器5包括远程传输模块、控制模块和网络模块，控制模块用于测距仪2的测量频率、间隔时间和数字流量计4的注水高度和注水速率的调节。
如图2所示，一种原位测量河床含水层渗透系数的方法，利用上述一种原位测量含水层渗透装置测量含水层的渗透系数，包括以下步骤：
S1：基础参数的获取：测量钻井管1的套管内半径r，井管埋土深度l，设置测距仪2的测量间隔为t秒；
S2：测量装置的连接：将钻井管1插入地面以下，钻井管1的泄压孔7设于管外水位10上侧，导水管3连通数字流量计4后，一端与水箱8连通，另一端穿设于井管护帽6，测距仪2连接在井管护帽6的内侧，同时将数字流量计4和测距仪2通过电导线与控制器5连接，最后将井管护帽6连接在钻井管1的上端，使得测距仪2和导水管3的出水口均设于钻井管1的内侧；
S3：测量前的准备：将水箱8内注满水，开启测距仪2，测量钻井管1内的钻井管内水位9高度为H0；
S4：开始测量：开启数字流量计4、测距仪2和控制器5，利用控制器5控制数字流量计4的注水速率，待钻井管1内的钻井管内水位9高度达到所需测量高度后，控制器5控制数字流量计4停止注水，接着每隔t秒利用测距仪2测量得到一个钻井管内水位9高度Hi，待钻井内水柱高度不再改变，停止测量，其中，控制器5记录测距仪2的测量时长ti和钻井管内水位9高度Hi如下：
测量时长ti＝i×t，其中，i＝1,2,3,…n…,m，i为间隔的次数；
钻井管内水位9高度Hi为每隔t秒就得到的水柱高度，其中i＝1,2,3,…n…,m；
S5：计算渗透系数：基于水力学理论的达西定律，通过对达西公式进行微分与积分变换，得出相应的渗透系数计算公式，渗透系数的计算式为：
式中：K为试验岩土层的渗透系数，cm/s；tm、tn为注水试验某一时刻的试验时间，min；Hm、Hn为在试验时间tm、tn时的试验水位高度，cm；r为套管内半径，cm；l为井管入土深度，cm；H1为在试验时间t1时的试验水位高度，cm；H0为在钻井管外水位高度，cm。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种原位测量河床含水层渗透系数装置，其特征在于：包括钻井管、水箱和控制器，所述钻井管的下端插入地面以下，所述钻井管的上端连接有井管护帽，所述井管护帽设于管外水位以上，所述井管护帽连接有测距仪，所述水箱连通有导水管，所述导水管连接有数字流量计，所述导水管穿设于所述井管护帽，所述测距仪和所述导水管的出水口均设于所述钻井管的内侧，所述导水管的出水口高于钻井管内水位高度，所述数字流量计和所述测距仪均与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种原位测量河床含水层渗透系数装置，其特征在于：所述钻井管的侧壁开设有泄压孔，所述泄压孔设于所述井管护帽与管外水位之间。
3.根据权利要求1所述的一种原位测量河床含水层渗透系数装置，其特征在于：所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪的测量精度为0.1mm、测量响应时间为0.1s。
4.根据权利要求1所述的一种原位测量河床含水层渗透系数装置，其特征在于：所述控制器包括远程传输模块、控制模块和网络模块，所述控制模块用于所述测距仪的测量频率、间隔时间和所述数字流量计的注水高度和注水速率的调节。
5.一种原位测量河床含水层渗透系数的方法，利用权利要求1～4任意一项所述的一种原位测量河床含水层渗透装置测量含水层的渗透系数，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基础参数的获取：测量钻井管的套管内半径r，井管埋土深度l，设置测距仪的测量间隔为t秒；
S2：测量装置的连接：将钻井管插入地面以下，钻井管的泄压孔设于管外水位上侧，导水管连通数字流量计后，一端与水箱连通，另一端穿设于井管护帽，测距仪连接在井管护帽的内侧，同时将数字流量计和测距仪通过电导线与控制器连接，最后将井管护帽连接在钻井管的上端，使得测距仪和导水管的出水口均设于钻井管的内侧；
S3：测量前的准备：将水箱内注满水，开启测距仪，待钻井管内水位不在变化后，测量钻井管内的水位高度为H0，其中管内水位高度等于管外水位高度；
S4：开始测量：开启数字流量计、测距仪和控制器，利用控制器控制数字流量计的注水速率，待钻井管内的水位高度达到所需测量高度后，控制器控制数字流量计停止注水，接着每隔t秒利用测距仪测量得到一个水位高度Hi，待钻井内水柱高度不再改变，停止测量，其中，控制器记录测距仪的测量时长ti和水位高度Hi如下：
测量时长ti＝i×t，其中，i＝1,2,3,…n…,m，i为间隔的次数；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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