CN203101229U - 一种含水层渗透系数分段测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种含水层渗透系数分段测量装置，包括冷冻双栓塞密封装置、注水装置、数据采集及处理装置和电源；所述冷冻双栓塞密封装置包括压力泵和探头，所述探头内自下而上设有第一冷冻栓塞层、测量层和第二冷冻栓塞层，所述测量层内设有水压力测量装置，所述压力泵通过耐低温隔热导管分别与第一冷冻栓塞层和第二冷冻栓塞层连接，所述测量层的侧壁镂空；所述测量层与注水装置通过水管互相连接；所述水压力测量装置连接并输出数据至数据采集及处理装置；所述电源分别与水压力测量装置和数据采集及处理装置连接。该装置结构简单、操作简便，该装置能够完全密封待测含水层，从而保证了测量结果准确。

Description

一种含水层渗透系数分段测量装置

技术领域

本实用新型属于地下水动力学参数测量设备领域，特别涉及一种含水层渗透系数分段测量装置。

背景技术

现有地下水动力学参数的测量中测量含水层的渗透系数的方法主要有抽水试验法、注水试验法和双栓塞分段注水法。抽水试验法、注水试验法均可分为定流量法和定降深法；定流量法以固定流量抽取测井中的水，根据稳态情况下流量与降深的关系来获得含水层的渗透系数；定降深法则是保持测井中的水位不变，根据稳态情况下流量与降深的关系来获得含水层的渗透系数。双栓塞分段注水法是通过栓塞来密封被注水段，进而自下而上或自上而下对整个含水层进行分段试验，测量出各分段的渗透系数。

然而，抽水试验法和注水试验法一般仅适用于多孔且操作繁琐、测量成本高，同时由于抽水和注水试验时容易引起地层内微小颗粒运动而使试验结果产生较大误差；而双栓塞分段注水法尽管操作简单，然而其双栓塞的密封效果不好，往往存在漏水的现象，从而导致测量结果误差更大。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种操作简便、测量结果准确的含水层渗透系数分段测量装置。

技术方案：本实用新型提供的一种含水层渗透系数分段测量装置，包括冷冻双栓塞密封装置、注水装置、数据采集及处理装置和电源；所述冷冻双栓塞密封装置包括压力泵和探头，所述探头内自下而上设有第一冷冻栓塞层、测量层和第二冷冻栓塞层，所述测量层内设有水压力测量装置，所述压力泵通过耐低温隔热导管分别与第一冷冻栓塞层和第二冷冻栓塞层连接，所述测量层的侧壁镂空；所述测量层与注水装置通过水管互相连接；所述水压力测量装置连接并输出数据至数据采集及处理装置；所述电源分别与水压力测量装置和数据采集及处理装置连接。

作为优选，所述第一冷冻栓塞层和第二冷冻栓塞层的距离为0.5-2m。

作为另一种优选，所述第一冷冻栓塞层和第二冷冻栓塞层的厚度相同，均为10-20cm；注入冷冻盐水后，栓塞层膨胀，其直径和厚度均有明显增加，从而能够起到较好的栓塞效果。

本实用新型还提供了一种含水层渗透系数测量方法，包括以下步骤：

（1）通过压力泵将-10-20℃的盐水分别注入冷冻双栓塞密封装置的第一冷冻栓塞层和第二冷冻栓塞层，使栓塞层充分膨胀并使待测土体内靠近栓塞层的水冷冻，从而使测量层上下密封，使待测土体空间与其他隔离；

（2）通过注水装置向测量层内注水；从而使测量层内水压力增大，使水在测量层中向外运动，以测出随时间变化的水压力值；

（3）水压力测量装置将测得的水压力数据输出至数据采集及处理装置，数据采集及处理装置根据水压力数据计算得含水层渗透系数。

作为优选，所述盐水为25%-30%的氯化钙溶液。

作为另一种优选，所述盐水的温度为-15℃。

有益效果：本实用新型提供的含水层渗透系数分段测量装置结构简单、操作简便，该装置能够完全密封待测含水层，从而保证了测量结果准确。

附图说明

图1是本实用新型的含水层渗透系数分段测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型的含水层渗透系数分段测量装置的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的含水层渗透系数分段测量装置作出进一步说明。

含水层渗透系数分段测量装置，见图1至3，包括冷冻双栓塞密封装置1、注水装置2、数据采集及处理装置3和电源4；冷冻双栓塞密封装置1包括压力泵11和探头12，探头12内自下而上设有第一冷冻栓塞层121、测量层122和第二冷冻栓塞层123，测量层122内设有水压力测量装置124，压力泵11通过耐低温隔热导管分别与第一冷冻栓塞层121和第二冷冻栓塞层123连接，测量层122的侧壁镂空；测量层122与注水装置2通过水管互相连接；水压力测量装置14连接并输出数据至数据采集及处理装置3；电源4分别与水压力测量装置14和数据采集及处理装置3连接。本实用新型中，第一冷冻栓塞层121和第二冷冻栓塞层123的距离为1m，可选地其距离也可以根据需要合理选择，优选地为0.5-2m。第一冷冻栓塞层121和第二冷冻栓塞层123的直径相同，均为15cm，可选地其距离也可以根据需要合理选择，优选地为10-20cm。

使用时，具体包括以下步骤：

（1）将探头12放入测井中的被测段含水层中；

（2）打开压力泵11开关及第二阀门6，向第一冷冻栓塞层121和第二冷冻栓塞层123内注入一定量的冷冻盐水，使栓塞层充分膨胀，关闭第二阀门6，此时栓塞层周围一定范围内的水被迅速冷冻；

（3）接通水压力测量装置124的电源，打开数据采集及处理装置3，接收数据；

（4）向注水装置2的容器中装入一定量的水，打开第一阀门5，从而使测量层122内压力增大；

（5）随着时间的进行，测量层122内水压力值逐渐减小，待接收的水压力数据与初始时刻压力相近时停止接收，保存数据，同时关闭第一阀门5和电源；

（6）打开阀门，排出并搜集第一冷冻栓塞层121和第二冷冻栓塞层123内部已升温的冷冻盐水，处理后以便下次使用；

（7）将探头移至下一处需测量处，重复步骤（2）-（6），直到测完整个测井。

水压力数据在被数据采集及处理装置3接收时为水位数据，它们之间的转换公式为：P=ρgH，其中P为水压力值，ρ为水的密度，g为重力加速度，H为水位值。

根据测得的水位数据进行含水层某分层的渗透系数计算时，根据水量平衡方程建立如下的数学模型：

$\frac{{\∂}^{2}h}{{\∂r}^2}+\frac{1}{r}\frac{\∂h}{\∂r}=0$

h(R_e,t)＝0,t>0

h(r_w,t)＝H(t),t>0

H(0)＝H₀

${2\mathrm{\πr}}_w\mathrm{KB}\frac{\∂h(r_w,t)}{\∂r}={{\mathrm{\πr}}_c}^2\frac{\mathrm{dH}\left(t\right)}{\mathrm{dt}},t>0$

其中，h为含水层的水头，r为径向距离，R_e为影响半径，t为时间，r_w为滤管半径，H(t)为t时刻测得的水位值，H₀为初始时刻的水位值，K为径向渗透系数，B为含水层厚度，即两个栓塞之间的距离，r_c为钻孔半径。

由此得出渗透系数计算公式为：

根据测得的数据以及一些已知的参数，即可求得含水层中各个分层的渗透系数。

Claims (3)

1.一种含水层渗透系数分段测量装置，其特征在于：包括冷冻双栓塞密封装置（1）、注水装置（2）、数据采集及处理装置（3）和电源（4）；所述冷冻双栓塞密封装置（1）包括压力泵（11）和探头（12），所述探头（12）内自下而上设有第一冷冻栓塞层（121）、测量层（122）和第二冷冻栓塞层（123），所述测量层（122）内设有水压力测量装置（124），所述压力泵（11）通过耐低温隔热导管分别与第一冷冻栓塞层（121）和第二冷冻栓塞层（123）连接，所述测量层（122）的侧壁镂空；所述测量层（122）与注水装置（2）通过水管互相连接；所述水压力测量装置（14）连接并输出数据至数据采集及处理装置（3）；所述电源（4）分别与水压力测量装置（14）和数据采集及处理装置（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种含水层渗透系数分段测量装置，其特征在于：所述第一冷冻栓塞层（121）和第二冷冻栓塞层（123）的距离为0.5-2m。

3.根据权利要求1所述的一种含水层渗透系数分段测量装置，其特征在于：所述第一冷冻栓塞层（121）和第二冷冻栓塞层（123）的厚度相同，均为10-20cm。

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