CN116358668B - 一种水文地质勘探地下水位观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水文地质技术领域，具体涉及一种水文地质勘探地下水位观测装置及方法，该装置包括滤水筒、导带组件、导带、浮力组件、控制器、水质检测模块和视频拍摄模块，导带组件共同滑动支撑有导带，导带接入有浮力组件；导带包括带体、内置线缆和内置抽样管；浮力组件包括固定浮漂、重块、可调气囊浮漂和充放两用气泵，内置抽样管经外置伸缩导管与水质检测模块连接，水质检测模块和视频拍摄模块均与控制器连接。本发明中浮力组件结构设计合理，利用充放两用气泵实现可调气囊浮漂的体积调节，能够在地下水的密度发生变化时及时修正浮力组件的浮力，从而保障其带动导带位移反馈的水位变化的可靠性。

Description

一种水文地质勘探地下水位观测装置及方法

技术领域

本发明属于水文地质技术领域，具体涉及一种水文地质勘探地下水位观测装置及方法。

背景技术

地下水与人类的关系十分密切，井水和泉水是我们日常使用最多的地下水，占据着不可替代的地位。不过，地下水也会造成一些危害，如地下水过多，会引起铁路、公路塌陷，淹没矿区巷道，形成沼泽地等。伴随着人类活动在地球上的广度和深度上逐步扩大加深，浅部和深部地下水资源均受到不同程度上的影响。地下水位的野外长期观测是一项重要的工作，它为研究地下含水层的水资源量及动态变化提供基础的数据支撑。但是，在有些地区，例如西南岩溶山区，由于天然的地下水露头如泉水、地下河所处的野外条件比较艰苦，若要做成和水文站相同的标准观测设施，预算成本会大大增加，因此，在野外岩溶山区中对泉点、地下河出口开展水文地质试验和观测，采用中小型的简易设备更容易实现长期观测，成本也能够合理的纳入项目预算，从而促成工作的顺利完成。另外对于地质断裂带变形与地下水变化关系、地震与地下水的研究中，由于断裂带短时间内的变形非常小，地下水位变化也很小，因此需要一种高精度的地下水观测方法和设备，至少能够保证毫米级的精度。

为此，公开号为CN114001801B的专利说明书中公开了一种长期地下水位观测装置及其观测方法，所述长期地下水位观测装置包括：浮标式液位计，包括内含重物的浮漂及两端连接至所述浮漂上的软标尺，所述软标尺上设有刻度线，所述浮漂随地下水位变化而上下浮动时，所述软标尺上表征地下水当前液位的刻度读数相应变化；及，图像采集器，所述图像采集器结合固定视窗，所述软标尺上表征地下水当前液位的刻度读数位于所述固定视窗内，所述图像采集器用于采集并存储所述软标尺上表征地下水当前液位的刻度读数的图像。该长期地下水位观测装置提高了野外水文地质工作中地下水观测的精确度，观测系统稳定、直观，成本低廉，实现长期观测。

但是上述这种长期地下水位观测装置在使用时仍存在不足之处，一是其依靠浮漂提供浮力，但是浮漂不具备浮力修正功能，当地下水的密度发生变化时，其反馈的水位变化精度可靠性会受到较大的影响；二是其软标尺只能沿竖向位移，对安装场所的空间要求较高；三是其不具有水质监测功能，不能对地下水的水质进行定期监测；四是其滤水筒不具有清理功能，滤孔易被堵塞，影响水位观测的进行，滤水筒的内部情况也无法进行实时监侧，当其损坏时不能及时发现。因此，需要对其结构进行优化改机。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种水文地质勘探地下水位观测装置。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种水文地质勘探地下水位观测装置，包括滤水筒、导带组件、导带、浮力组件、控制器、水质检测模块和视频拍摄模块，所有的所述导带组件共同滑动支撑有导带，所述导带位于滤水筒内的部分接入有与其构成闭合回路的浮力组件；

所述导带包括带体，所述带体位于与处于漂浮状态时的浮力组件上端连接的部分中安装有内置线缆，所述带体位于与处于漂浮状态时的浮力组件下端连接的部分中安装有内置抽样管；

所述浮力组件包括固定浮漂、重块、可调气囊浮漂和充放两用气泵，所述固定浮漂的下端安装有重块，所述固定浮漂靠近重块处安装有可调气囊浮漂，所述固定浮漂的顶端安装有用于控制可调气囊浮漂体积的充放两用气泵，所述充放两用气泵通过内置线缆、外置伸缩线缆与控制器连接，所述内置抽样管靠近重块的一端接有进水头，另一端接有出水头，且出水头经外置伸缩导管与水质检测模块连接，所述水质检测模块和视频拍摄模块均与控制器连接；

所述导带组件包括安装座、主带轮和限位轮，所述主带轮的表面开设有与导带配合的环形导带槽，所述主带轮的两侧对称安装有第一支撑轴，所述限位轮的两侧对称安装有第二支撑轴，所述安装座中开设有便于主带轮及其两侧限位轮旋转的活动槽，所述活动槽的两侧部开设有与第一支撑轴配合的第一转槽以及与第二支撑轴配合的第二转槽；

所述滤水筒的筒体中部均布有滤孔，所述滤水筒的内部安装有清理组件，所述清理组件包括环形刮刷、竖向导杆、竖向丝杆和伺服电机，利用所述伺服电机带动竖向丝杆旋转，进而带动套设在竖向导杆、竖向丝杆外侧的环形刮刷进行竖向位移，所述伺服电机通过外接引线、内置线缆与控制器进行连接。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述导带组件设有至少四个，其中两个沿竖直方向并列设置在滤水筒内腔的两端处，另两个沿水平方向并排设置在滤水筒的上方；两个沿水平方向并排设置的导带组件之间的区域作为监测区，控制器、水质检测模块和视频拍摄模块均安装在监测区。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述浮力组件位于重块的下侧安装有用于对进水头进行防护的防护盒，所述防护盒开设有便于导带穿过的穿孔以及便于水体进入内部的通孔。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述水质检测模块中设有抽吸泵、液体密度检测器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和氯离子传感器。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述导带的水平段上层带体的外侧设有标尺刻度线，所述视频拍摄模块设置在水平段上层带体的上方处，水平段上层带体的下侧抵接设置有水平参照板，所述水平参照板的板体上侧设有参照刻度线；

所述视频拍摄模块能够采集并存储导带上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测，具体包括：设置所述视频拍摄模块的定时拍照时间间隔，将所述视频拍摄模块所采集的图像传输至控制器中；将图像按照时间排序，通过控制器处理，得到持续时间段内以时间先后顺序排列的地下水位观测数据。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述环形刮刷包括环形刷板座、安装槽、压缩弹簧、刷板和刷体，所述环形刷板座沿厚度方向开设有与竖向导杆配合的导向孔以及与竖向丝杆配合的丝杆孔，所述环形刷板座的柱形面沿周向均匀开设有多个安装槽，所述安装槽的内端通过压缩弹簧连接有刷板，所述刷板的外侧安装有刷体。

进一步地，上述水文地质勘探地下水位观测装置中，所述固定浮漂的上端还安装有摄像头和照明灯，所述摄像头和照明灯经内置线缆与控制器连接；所述内置线缆为多芯线缆，所述控制器通过无线通信模块与后台监测终端进行无线通信。

本发明还提供一种水文地质勘探地下水位观测方法，基于上述的水文地质勘探地下水位观测装置实现，包括如下步骤：

1）利用浮力组件随地下水位的变化而产生的位移，来带动导带进行自适应位移，视频拍摄模块能够采集并存储导带上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测；

2）根据地下水的密度，调节可调气囊浮漂的体积大小，修正浮力组件指示的地下水位线。

本发明的有益效果是：

1、本发明中浮力组件结构设计合理，其包括固定浮漂、重块、可调气囊浮漂和充放两用气泵，利用充放两用气泵实现可调气囊浮漂的体积调节，配合抽样检测系统对水体密度进行定期检测，能够在地下水的密度发生变化时，及时修正浮力组件的浮力，从而保障其带动导带位移反馈的水位变化的可靠性。

2、本发明中导带组件结构设计合理，根据安装环境，可自由设计导带的走向，无需像传统方案的完全竖直走向，降低对安装场所的空间要求，利于使用。

3、本发明中导带结构设计合理，其在与视频拍摄模块、水平参照板配合获得地下水位观测数据的基础上，还可利用带体作为内置线缆和内置抽样管的安装载体，内置线缆满足各电气部件的控制和供电需求，内置抽样管作为抽样检测系统的抽样功能件。

4、本发明中抽样检测系统主要由水质检测模块、外置伸缩导管和内置抽样管构成，水质检测模块中设有抽吸泵、液体密度检测器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和氯离子传感器，满足地下水的水质定期监测需求。

5、本发明中滤水筒安装有清理组件，清理组件中环形刮刷可往复上下位移，实现对滤孔的堵塞清理，保障水位观测的进行；另外，通过增设摄像头和照明灯，能够对滤水筒的内部情况进行实时监侧，当其损坏时能够及时发现。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体的结构示意图；

图2是本发明导带组件的主视结构示意图；

图3是本发明导带组件的立体结构示意图；

图4是本发明导带组件的结构分解示意图；

图5是本发明中导带的组成示意图；

图6是本发明中浮力组件的结构示意图；

图7是本发明部分的结构示意图；

图8是本发明中环形刮刷的俯视结构示意图；

图9是本发明中环形刮刷的组成示意图；

图10是本发明实施例一中主要电学部件的连接框图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-滤水筒，2-导带组件，201-安装座，202-主带轮，203-限位轮，204-环形导带槽，205-第一支撑轴，206-第二支撑轴，207-活动槽，3-导带，301-带体，302-内置线缆，303-内置抽样管，4-浮力组件，401-固定浮漂，402-重块，403-可调气囊浮漂，404-充放两用气泵，405-防护盒，5-外置伸缩线缆，6-控制器，7-外置伸缩导管，8-水质检测模块，9-视频拍摄模块，10-水平参照板，11-滤孔，12-环形刮刷，121-环形刷板座，122-导向孔，123-丝杆孔，124-安装槽，125-压缩弹簧，126-刷板，127-刷体，13-竖向导杆，14-竖向丝杆，15-伺服电机，16-无线通信模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图7所示，本实施例提供一种水文地质勘探地下水位观测装置，包括滤水筒1、导带组件2、导带3、浮力组件4、控制器6、水质检测模块8和视频拍摄模块9，所有的导带组件2共同滑动支撑有导带3，导带3位于滤水筒1内的部分接入有与其构成闭合回路的浮力组件4。导带组件2设有至少四个，其中两个沿竖直方向并列设置在滤水筒1内腔的两端处，另两个沿水平方向并排设置在滤水筒1的上方；两个沿水平方向并排设置的导带组件2之间的区域作为监测区，控制器6、水质检测模块8和视频拍摄模块9均安装在监测区。

如图5所示，导带3包括带体301，带体301位于与处于漂浮状态时的浮力组件4上端连接的部分中安装有内置线缆302，带体301位于与处于漂浮状态时的浮力组件4下端连接的部分中安装有内置抽样管303。

如图6所示，浮力组件4包括固定浮漂401、重块402、可调气囊浮漂403和充放两用气泵404，固定浮漂401的下端安装有重块402，固定浮漂401靠近重块402处安装有可调气囊浮漂403，可调气囊浮漂403在使用过程中能够完全位于液面之下。固定浮漂401的顶端安装有用于控制可调气囊浮漂403体积的充放两用气泵404，充放两用气泵404通过内置线缆302、外置伸缩线缆5与控制器6连接。内置抽样管303靠近重块402的一端接有进水头304，另一端接有出水头305，且出水头305经外置伸缩导管7与水质检测模块8连接，水质检测模块8和视频拍摄模块9均与控制器6连接。浮力组件4位于重块402的下侧安装有用于对进水头304进行防护的防护盒405，防护盒405开设有便于导带3穿过的穿孔以及便于水体进入内部的通孔。

如图2至图4所示，导带组件2包括安装座201、主带轮202和限位轮203，主带轮202的表面开设有与导带3配合的环形导带槽204，主带轮202的两侧对称安装有第一支撑轴205，限位轮203的两侧对称安装有第二支撑轴206。安装座201中开设有便于主带轮202及其两侧限位轮203旋转的活动槽207，活动槽207的两侧部开设有与第一支撑轴205配合的第一转槽以及与第二支撑轴206配合的第二转槽。

本实施例中，水质检测模块8中设有抽吸泵、液体密度检测器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和氯离子传感器。

本实施例中，导带3的水平段上层带体的外侧设有标尺刻度线，视频拍摄模块9设置在水平段上层带体的上方处，水平段上层带体的下侧抵接设置有水平参照板10，水平参照板10的板体上侧设有参照刻度线。视频拍摄模块9能够采集并存储导带3上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测，具体包括：设置视频拍摄模块9的定时拍照时间间隔，将视频拍摄模块9所采集的图像传输至控制器6中；将图像按照时间排序，通过控制器6处理，得到持续时间段内以时间先后顺序排列的地下水位观测数据。

本实施例中，滤水筒1的筒体中部均布有滤孔11，滤水筒1的内部安装有清理组件，清理组件包括环形刮刷12、竖向导杆13、竖向丝杆14和伺服电机15，利用伺服电机15带动竖向丝杆14旋转，进而带动套设在竖向导杆13、竖向丝杆14外侧的环形刮刷12进行竖向位移，伺服电机15通过外接引线、内置线缆302与控制器6进行连接。清理组件中竖向导杆13、竖向丝杆14利用导带组件2的安装座201或其他支架提供支撑，伺服电机15安装在滤水筒1的顶部内壁。

如图8-图9所示，环形刮刷12包括环形刷板座121、安装槽124、压缩弹簧125、刷板126和刷体127，环形刷板座121沿厚度方向开设有与竖向导杆13配合的导向孔122以及与竖向丝杆14配合的丝杆孔123。环形刷板座121的柱形面沿周向均匀开设有多个安装槽124，安装槽124的内端通过压缩弹簧连接有刷板126，刷板126的外侧安装有刷体127。

本实施例中，内置线缆302为多芯线缆，控制器6通过无线通信模块16与后台监测终端进行无线通信，如图10所示。

本实施例还提供一种水文地质勘探地下水位观测方法，包括如下步骤：

1）利用浮力组件4随地下水位的变化而产生的位移，来带动导带3进行自适应位移，视频拍摄模块9能够采集并存储导带3上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测；

2）根据地下水的密度，调节可调气囊浮漂403的体积大小，修正浮力组件4指示的地下水位线。

本实施例中，浮力组件结构设计合理，其包括固定浮漂401、重块402、可调气囊浮漂403和充放两用气泵404，利用充放两用气泵404实现可调气囊浮漂403的体积调节，配合抽样检测系统对水体密度进行定期检测，能够在地下水的密度发生变化时，及时修正浮力组件的浮力，从而保障其带动导带3位移反馈的水位变化的可靠性。导带组件2结构设计合理，根据安装环境，可自由设计导带的走向，无需像传统方案的完全竖直走向，降低对安装场所的空间要求，利于使用。导带3结构设计合理，其在与视频拍摄模块9、水平参照板10配合获得地下水位观测数据的基础上，还可利用带体301作为内置线缆302和内置抽样管303的安装载体，内置线缆302满足各电气部件的控制和供电需求，内置抽样管303作为抽样检测系统的抽样功能件。抽样检测系统主要由水质检测模块8、外置伸缩导管7和内置抽样管303构成，水质检测模块8中设有抽吸泵、液体密度检测器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和氯离子传感器，满足地下水的水质定期监测需求。滤水筒1安装有清理组件，清理组件中环形刮刷12可往复上下位移，实现对滤孔的堵塞清理，保障水位观测的进行。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上进行改进，固定浮漂401的上端还安装有摄像头和照明灯，摄像头和照明灯经内置线缆302与控制器6连接。

通过增设摄像头和照明灯，能够对滤水筒1的内部情况进行实时监侧，当其损坏时能够及时发现。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：包括滤水筒、导带组件、导带、浮力组件、控制器、水质检测模块和视频拍摄模块，所有的所述导带组件共同滑动支撑有导带，所述导带位于滤水筒内的部分接入有与其构成闭合回路的浮力组件；

所述导带包括带体，所述带体位于与处于漂浮状态时的浮力组件上端连接的部分中安装有内置线缆，所述带体位于与处于漂浮状态时的浮力组件下端连接的部分中安装有内置抽样管；

所述浮力组件包括固定浮漂、重块、可调气囊浮漂和充放两用气泵，所述固定浮漂的下端安装有重块，所述固定浮漂靠近重块处安装有可调气囊浮漂，所述固定浮漂的顶端安装有用于控制可调气囊浮漂体积的充放两用气泵，所述充放两用气泵通过内置线缆、外置伸缩线缆与控制器连接，所述内置抽样管靠近重块的一端接有进水头，另一端接有出水头，且出水头经外置伸缩导管与水质检测模块连接，所述水质检测模块和视频拍摄模块均与控制器连接；

所述导带组件包括安装座、主带轮和限位轮，所述主带轮的表面开设有与导带配合的环形导带槽，所述主带轮的两侧对称安装有第一支撑轴，所述限位轮的两侧对称安装有第二支撑轴，所述安装座中开设有便于主带轮及其两侧限位轮旋转的活动槽，所述活动槽的两侧部开设有与第一支撑轴配合的第一转槽以及与第二支撑轴配合的第二转槽；

所述滤水筒的筒体中部均布有滤孔，所述滤水筒的内部安装有清理组件，所述清理组件包括环形刮刷、竖向导杆、竖向丝杆和伺服电机，利用所述伺服电机带动竖向丝杆旋转，进而带动套设在竖向导杆、竖向丝杆外侧的环形刮刷进行竖向位移，所述伺服电机通过外接引线、内置线缆与控制器进行连接；所述环形刮刷包括环形刷板座、安装槽、压缩弹簧、刷板和刷体，所述环形刷板座沿厚度方向开设有与竖向导杆配合的导向孔以及与竖向丝杆配合的丝杆孔，所述环形刷板座的柱形面沿周向均匀开设有多个安装槽，所述安装槽的内端通过压缩弹簧连接有刷板，所述刷板的外侧安装有刷体。

2.根据权利要求1所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：所述导带组件设有至少四个，其中两个沿竖直方向并列设置在滤水筒内腔的两端处，另两个沿水平方向并排设置在滤水筒的上方；两个沿水平方向并排设置的导带组件之间的区域作为监测区，控制器、水质检测模块和视频拍摄模块均安装在监测区。

3.根据权利要求2所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：所述浮力组件位于重块的下侧安装有用于对进水头进行防护的防护盒，所述防护盒开设有便于导带穿过的穿孔以及便于水体进入内部的通孔。

4.根据权利要求3所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：所述水质检测模块中设有抽吸泵、液体密度检测器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器和氯离子传感器。

5.根据权利要求4所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：所述导带的水平段上层带体的外侧设有标尺刻度线，所述视频拍摄模块设置在水平段上层带体的上方处，水平段上层带体的下侧抵接设置有水平参照板，所述水平参照板的板体上侧设有参照刻度线；

所述视频拍摄模块能够采集并存储导带上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测，具体包括：设置所述视频拍摄模块的定时拍照时间间隔，将所述视频拍摄模块所采集的图像传输至控制器中；将图像按照时间排序，通过控制器处理，得到持续时间段内以时间先后顺序排列的地下水位观测数据。

6.根据权利要求5所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于：所述固定浮漂的上端还安装有摄像头和照明灯，所述摄像头和照明灯经内置线缆与控制器连接；所述内置线缆为多芯线缆，所述控制器通过无线通信模块与后台监测终端进行无线通信。

7.一种水文地质勘探地下水位观测方法，基于权利要求6所述的水文地质勘探地下水位观测装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

1）利用浮力组件随地下水位的变化而产生的位移，来带动导带进行自适应位移，视频拍摄模块能够采集并存储导带上表征地下水当前液位的刻度读数的图像，以根据图像对地下水位进行观测；

2）根据地下水的密度，调节可调气囊浮漂的体积大小，修正浮力组件指示的地下水位线。