CN116466030A - 一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测坑注水试验技术领域，提供了一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法。包括：测坑，测坑内设置有液位观测井，液位观测井内设置有液位传感器Y1；测坑的底部设置有供排水管网，供排水管网从测坑的下部穿出通过第一水管与液位柱连接，供排水管网与增压泵之间设置有液位传感器Y2，液位柱连接有液位传感器Y3。其有益效果在于：在注水的过程中，液位传感器Y2随时监测测试供水系统内部的供水压力变化情况，当压力达到设定的指标一定阈值时，停止供水，让已经进入侧坑内部的水分在一定压力情况下进行缓慢扩散，然后再按照所需供水次数重复供水直至达到测坑内的水位预设水位，加快了水流在测坑的土壤内流动速度，提高了供水速率。

Description

一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及测坑注水试验技术领域，具体涉及一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法。

背景技术

在实际地下水水位上升的供水过程中，由于受到水压差和土壤空隙流流程的限制，通过自流供水速度太慢，难以满足实际模拟实验的要求；其中水压差是指液位柱与测坑中的压力差，在不存在土壤的理想情况下，液位柱与测坑中的水位相同，但实际上水流通过压力差经过测坑中的土壤缝隙向上流动，但是由于压力差较小，水流在测坑的土壤内流动偏慢，降低了供水速率。此外，如果通过外部手段增大压力差，在加压供水过程中，若由于供水压力过大，再加之上测坑内土壤内容局部有小的与测坑壁的空隙，水压就会沿着空隙进行释放，出现壁流局部冒水的问题，这样就很难保证侧测坑内部相对均匀的地下水水位上升。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大型地下水埋深调控实验装置，包括：测坑，所述测坑内设置有液位观测井，所述液位观测井内设置有液位传感器Y1；所述测坑的底部设置有供排水管网，所述供排水管网从所述测坑的下部穿出通过第一水管与液位柱连接，所述液位柱通过第二水管与水源连接；所述第一水管连接靠近所述液位柱的一端设置有三通阀，所述第二水管上设置有供水阀；所述第一水管连接靠近所述供排水管网的一端设置有增压泵，所述供排水管网与所述增压泵之间设置有液位传感器Y2，所述液位柱连接有液位传感器Y3。

可选实施例中，所述液位传感器Y1电连接采集器二，所述液位传感器Y2电连接采集器一，所述液位传感器Y3电连接采集器三。

可选实施例中，所述增压泵与变频器电连接，所述变频器连接电源。

可选实施例中，采集器一、采集器二、采集器三和变频器均连接至控制中心。

可选实施例中，所述三通阀为排水电动三通阀，所述供水阀为供水电动阀；所述排水电动三通阀、供水电动阀电连接控制器，所述控制器连接至所述控制中心。

可选实施例中，所述供排水管网延伸至所述测坑外部连接球阀。

可选实施例中，所述供排水管网的多个供排水管呈平行排布，每个所述供排水管上设置有多个注水孔。

可选实施例中，所述供排水管网的周侧设置有碎石，所述碎石上为土壤。

另一方面，本发明实施例9.还提供了一种如上所述的大型地下水埋深调控实验装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：通过液位观测井内的液位传感器Y1检测所述测坑内的水位h1，与预设水位h0比较；

S2：当所述测坑内的水位h1等于预设水位h0时，不进行注水；当所述测坑内的水位h1小于预设水位h0时，计算所需注入水量，并计算确定所需注水次数；

S3：启动所述增压泵开始注水，至达到注水次数为止，在注水一次后间隔一定时间后进行下一次注水，每次注水的压力小于阈值并通过液位传感器Y2监测；

S4：完成所需注水次数后，所述测坑内的水位h1等于预设水位h0，增压泵停止注水；

S5：在一定时间后再次采集所述测坑内的水位h1，当所述测坑内的水位h1再次小于预设水位h0时，重复上述步骤。

可选实施例中，步骤S2中，所需注水次数n的计算方法为：

预设水位为h0，当前水位为h1，当h0>h1时需要注水；每个侧坑的截面积为sm²，土壤的孔隙度为θ，注水量s*(h0-h1)*θ/100；

每次启动注水水泵注入水量为qm³，则注水次数为 INT表示对/>的结算结果取整数部分。

本发明的有益效果在于：

本发明设置压力控制系统，增压泵提供压力输出，液位传感器Y2监测控制水压，在注水的过程中，液位传感器Y2随时监测测试供水系统内部(特别是下部)的供水压力变化情况，当压力达到设定的指标一定阈值时，停止供水，让已经进入侧坑内部的水分在一定压力情况下进行缓慢扩散，然后再按照所需供水次数重复供水直至达到测坑内的水位预设水位，通过增压泵及其提供的压力控制，加快了水流在测坑的土壤内流动速度，提高了供水速率。

此外，上述供水至测坑土壤的过程，增压泵提供的压力数据始终在阈值范围内，完成一次注水后停止供水，水流会缓慢扩散，使地下水埋深内部的压力就会得到释放，避免水分从局部冒出的情况发生，尤其是避免了水流从土壤与测坑侧壁之间冒出。本发明还可以通过精确的计算注水次数，尤其引入了土壤的孔隙度为θ，可进一步准确控制注水次数，保证注水准确高效率地完成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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它的附图。

图1是本发明一实施例中提供的大型地下水埋深调控实验装置的供水流程示意图；

图2是本发明一实施例中提供的大型地下水埋深调控实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

请参阅附图1-2，本实施例的目的在于提供了一种大型地下水埋深调控实验装置，包括：测坑，所述测坑内设置有液位观测井，所述液位观测井内设置有液位传感器Y1，通过液位观测井内的液位传感器Y1检测测坑内的水位高度；所述测坑的底部设置有供排水管网，本实施例中，所述供排水管网的多个供排水管呈平行排布，每个所述供排水管上设置有多个注水孔，所述供排水管网的周侧设置有碎石，所述碎石上为土壤，水流在压力的作用下经过碎石在土壤中流动。需要指出的是，所述供排水管网延伸至所述测坑外部连接球阀，当供水过多或由于天气原因例如降雨测坑内的水位高于预设水位时，可打开球阀排出多余的水流。

具体地，所述供排水管网从所述测坑的下部穿出通过第一水管与液位柱连接，所述液位柱通过第二水管与水源连接；所述第一水管连接靠近所述液位柱的一端设置有三通阀，所述第二水管上设置有供水阀。优选地，所述三通阀为排水电动三通阀，所述供水阀为供水电动阀；所述排水电动三通阀、供水电动阀电连接控制器，所述控制器连接至所述控制中心。在控制中心的控制下，可打开供水电动阀，水源经第二水管进入液位柱，液位柱中的水经第一水管进入供排水管网，再经碎石进入测坑中的土壤。

进一步地，所述第一水管连接靠近所述供排水管网的一端设置有增压泵，所述供排水管网与所述增压泵之间设置有液位传感器Y2，所述液位柱连接有液位传感器Y3。值得一提的是，增压泵提供压力输出，液位传感器Y2监测控制水压，在注水的过程中，液位传感器Y2随时监测测试供水系统内部(特别是下部)的供水压力变化情况，在供水过程中增压泵提供的压力数据始终在阈值范围内，完成一次注水后停止供水，让已经进入侧坑内部的水分在一定压力情况下进行缓慢扩散，然后再按照所需供水次数重复供水直至达到测坑内的水位预设水位，通过增压泵及其提供的压力控制，加快了水流在测坑的土壤内流动速度，提高了供水速率。

此外，所述液位传感器Y1电连接采集器二，所述液位传感器Y2电连接采集器一，所述液位传感器Y3电连接采集器三。所述增压泵与变频器电连接，所述变频器连接电源。采集器一、采集器二、采集器三和变频器均连接至控制中心。在控制中心的控制下，采集器一、采集器二、采集器三分别采集液位传感器Y2、液位传感器Y1和液位传感器Y3的数据，输出压力值和水位值，并通过变频器控制和改变增压泵的压力输出。在供水至测坑土壤的过程中，虽然增压泵提供的压力较大，但是在压力达到阈值后停止供水，水流会缓慢扩散，使地下水埋深内部的压力就会得到释放，避免了水分从局部冒出的情况发生，尤其是避免了水流从土壤与测坑侧壁之间冒出。

实施例二

请参阅附图1-2，本实施例的目的在于提供了一种大型地下水埋深调控实验装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：通过液位观测井内的液位传感器Y1检测所述测坑内的水位h1，与预设水位h0比较；具体为，采集器二采集液位传感器Y1的水位数据，并传递至控制中心；

S2：当所述测坑内的水位h1等于预设水位h0时，不进行注水；当所述测坑内的水位h1小于预设水位h0时，计算所需注入水量，并计算确定所需注水次数，在控制中心中完成计算；

所需注水次数n的计算方法为：

预设水位为h0，当前水位为h1，当h0>h1时需要注水；每个侧坑的截面积为sm²，土壤的孔隙度为θ，注水量s*(h0-h1)*θ/100；

每次启动注水水泵注入水量为qm³，则注水次数为 INT表示对/>的结算结果取整数部分。

S3：启动所述增压泵开始注水，至达到注水次数为止，在注水一次后间隔一定时间后进行下一次注水，每次注水的压力小于阈值并通过液位传感器Y2监测；采集器一采集液位传感器Y2的液位数据和压力数据传递至控制中心，在供水过程中增压泵提供的压力数据始终在阈值范围内，完成一次注水后停止供水，间隔一定时间，在此时间内水流会缓慢扩散，使地下水埋深内部的压力就会得到释放，避免了水分从局部冒出的情况发生，尤其是避免了水流从土壤与测坑侧壁之间冒出。注水时，水源首先进入液位柱后在增压泵的作用下进入土壤。

S4：完成所需注水次数后，所述测坑内的水位h1等于预设水位h0，增压泵停止注水；

S5：在一定时间后再次采集所述测坑内的水位h1，当所述测坑内的水位h1再次小于预设水位h0时，可以是由于炎热的天气导致的水流蒸发使测坑内的液位降低，后重复上述步骤。

本实施例通过增设增压泵向测坑内部加压强行供水，增加供水速率。供水速率根以据测坑需水量、模拟的地下水埋深实际的测试情况等参数进行加以控制。地下水位调节过程中，供排水操作是关键的动作。其电子系统的正常运行，也是关键的问题之一。该系统控制单元、传感器、采集器、加压泵、电磁阀等所有的用电单元均在同一套供电系统内。系统监测市电供电状态，出现市电断电，系统自动停止工作，关闭供排水系统，采集保存一组各传感器参数，关闭所有电磁阀，系统自动关闭。恢复市电供电后，人工启动系统。系统恢复运行。本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型地下水埋深调控实验装置，包括：测坑，所述测坑内设置有液位观测井，所述液位观测井内设置有液位传感器Y1；所述测坑的底部设置有供排水管网，所述供排水管网从所述测坑的下部穿出通过第一水管与液位柱连接，所述液位柱通过第二水管与水源连接；所述第一水管连接靠近所述液位柱的一端设置有三通阀，所述第二水管上设置有供水阀；

其特征在于，所述第一水管连接靠近所述供排水管网的一端设置有增压泵，所述供排水管网与所述增压泵之间设置有液位传感器Y2，所述液位柱连接有液位传感器Y3。

2.如权利要求1所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述液位传感器Y1电连接采集器二，所述液位传感器Y2电连接采集器一，所述液位传感器Y3电连接采集器三。

3.如权利要求2所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述增压泵与变频器电连接，所述变频器连接电源。

4.如权利要求3所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，采集器一、采集器二、采集器三和变频器均连接至控制中心。

5.如权利要求4所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述三通阀为排水电动三通阀，所述供水阀为供水电动阀；所述排水电动三通阀、供水电动阀电连接控制器，所述控制器连接至所述控制中心。

6.如权利要求1所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述供排水管网延伸至所述测坑外部连接球阀。

7.如权利要求1所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述供排水管网的多个供排水管呈平行排布，每个所述供排水管上设置有多个注水孔。

8.如权利要求1所述的大型地下水埋深调控实验装置，其特征在于，所述供排水管网的周侧设置有碎石，所述碎石上为土壤。

9.如权利要求1-8任一项所述的大型地下水埋深调控实验装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过液位观测井内的液位传感器Y1检测所述测坑内的水位h1，与预设水位h0比较；

S2：当所述测坑内的水位h1等于预设水位h0时，不进行注水；当所述测坑内的水位h1小于预设水位h0时，计算所需注入水量，并计算确定所需注水次数；

S3：启动所述增压泵开始注水，至达到注水次数为止，在注水一次后间隔一定时间后进行下一次注水，每次注水的压力小于阈值并通过液位传感器Y2监测；

S4：完成所需注水次数后，所述测坑内的水位h1等于预设水位h0，增压泵停止注水；

S5：在一定时间后再次采集所述测坑内的水位h1，当所述测坑内的水位h1再次小于预设水位h0时，重复上述步骤。

10.如权利要求9所述的使用方法，其特征在于，步骤S2中，所需注水次数n的计算方法为：

预设水位为h0，当前水位为h1，当h0>h1时需要注水；每个侧坑的截面积为sm²，土壤的孔隙度为θ，注水量s*(h0-h1)*θ/100；

每次启动注水水泵注入水量为qm³，则注水次数为 INT表示对/>的结算结果取整数部分。