CN212158584U - 基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于河床沉积物探测技术领域，特别涉及一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统，该装置包括密封舱；升降机构，安装在密封舱舱体上，通过进水和排水使密封舱在河流中升降；温度压力采集机构，安装在密封舱舱体上，用于测量河水深度以及不同河水深度的温度；地质雷达探测机构，安装在密封舱的内部，用于探测河床淤积层和沉积层；以及数据采集与控制下位机，安装在密封舱的内部，分别与升降机构和温度压力采集机构连接。本实用新型可以实现河床形态、河水温度和河床沉积物分布的准确、可靠的探测，为计算河流与地下水的交换量提供有力的数据支撑。

Description

基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统

技术领域

本实用新型属于河床沉积物探测技术领域，特别涉及一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统。

背景技术

研究河流与地下水相互转化过程中定量评价其之间的转换量，成为地下水资源评价的重点和难点。尤其针对平原区河流水力坡降小，水流速缓慢，细颗粒大量沉积，导致河床的淤积层增厚。由于淤积层的渗透系数小于0.1m/d，使得河流与地下水之间既是存在水力坡度，其交换量微乎其微。因此，查明河床沉积物分布规律，对计算河流与地下水的交换量至关重要。

传统的主要利用钻孔揭露河床岩性结构，但在取样过程中很容易扰动淤积层，破坏淤积层结构，致使不能准确评价淤积层的渗透特性。同时，由于河流动力学特性，使得河床沉积的不均匀性，仅利用钻孔是无法描述其在空间上的分布特征。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统，可以实现河床形态、河水温度和河床沉积物分布的准确、可靠的探测，为计算河流与地下水的交换量提供有力的数据支撑。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型提供了一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，包括：

密封舱；

升降机构，安装在密封舱舱体上，通过进水和排水使密封舱在河流中升降；

温度压力采集机构，安装在密封舱舱体上，用于测量河水深度以及不同河水深度的温度；

地质雷达探测机构，安装在密封舱的内部，用于探测河床淤积层和沉积层；

以及数据采集与控制下位机，安装在密封舱的内部，分别与升降机构和温度压力采集机构连接。

进一步地，所述密封舱包括地板和外壳，所述外壳与地板通过法兰连接，所述地板采用亚克力板，所述外壳采用不锈钢板焊接而成，所述外壳的顶部设置有多个挂钩。

进一步地，还包括两面配重墙，两面配重墙将密封舱的内部空间划分为三部分，分别是左进排水腔体、中间储物腔体和右进排水腔体。

进一步地，所述升降机构包括进/排水控制阀一、进/排水控制阀二、进/排气控制阀一、进/排气控制阀二和内部进/排气管，所述进/排水控制阀一和进/排水控制阀二分别安装在外壳的左右侧，所述进/排气控制阀一和进/排气控制阀二分别安装在两面配重墙上，所述进/排气控制阀一与进/排气控制阀二通过内部进/排气管相连通。

进一步地，还包括外部进/排气管，所述外部进/排气管通过气管密封环从外壳的顶部穿出，并与内部进/排气管相连通。

进一步地，所述温度压力采集机构包括温度传感器和压力传感器，分别安装在外壳的左右侧。

进一步地，所述地质雷达探测机构位于中间储物腔体的下部，包括地质雷达天线、地质雷达天线固定架和地质雷达天线减震块，所述地质雷达天线固定在地质雷达天线固定架上，所述地质雷达天线固定架通过地质雷达天线减震块固定在地板上；在所述外壳的顶部设置有地质雷达连接线密封接口。

进一步地，所述数据采集与控制下位机位于中间储物腔体的上部，并通过控制器减震块固定在隔板上；从数据采集与控制下位机引出的数据采集与控制主线通过数据采集与控制主线密封环从外壳的顶部穿出；所述温度传感器、压力传感器、进/排水控制阀一、进/排水控制阀二、进/排气控制阀一、进/排气控制阀二通过线缆均与数据采集与控制下位机连接。

本实用新型还提供了一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统，包括上述的探测装置、船、升降装置、地质雷达主机和数据采集与控制上位机；所述升降装置、地质雷达主机和数据采集与控制上位机均设置在船上，所述升降装置与探测装置连接，所述地质雷达主机通过地质雷达连接线与地质雷达天线连接，所述数据采集与控制上位机通过数据采集与控制主线与数据采集与控制下位机连接。

进一步地，所述升降装置包括承重柱、升降棘轮、水平悬臂、滑轮和钢丝绳；在船上竖直安装承重柱，在承重柱上安装升降棘轮，承重柱顶部安装水平悬臂，在水平悬臂的两端各安装一个滑轮，从升降棘轮引出的钢丝绳通过水平悬臂的滑轮至探测装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，利用压力传感器测量河水深度，以确定河床形态，利用温度传感器测量河流不同深度的温度，再利用地质雷达天线配合地质雷达主机探测河床沉积物分布特征，该装置对河床沉积物的探测相较于钻孔技术，测量更加准确、可靠，更符合河床沉积物分布的实际情况，为计算河流与地下水的交换量提供有力的数据支撑。

通过进/排水控制阀一、进/排水控制阀二、进/排气控制阀一、进/排气控制阀二和内部进/排气管可以实现密封舱在河流里面的升降，这种升降机构具有结构简单、设计合理、成本较低、使用方便、便于拆装等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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 是本实用新型实施例的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测方法的流程图；

图4是本实用新型实施例的涡河韩村断面的河床沉积物分布特征的成果图。

图中序号所代表的含义为：

101.亚克力板，102.外壳，103.挂钩，104.配重块，105.左进排水腔体，106.中间储物腔体，107.右进排水腔体；

201.进/排水控制阀一，202.进/排水控制阀二，203.进/排气控制阀一，204.进/排气控制阀二，205.内部进/排气管，206.外部进/排气管，207.气管密封环；

301.温度传感器，302.压力传感器；

401.地质雷达天线，402.地质雷达天线固定架，403.地质雷达天线减震块，404.地质雷达连接线密封接口，405.地质雷达连接线；

501.数据采集与控制下位机，502.控制器减震块，503.隔板，504. 数据采集与控制主线；505. 数据采集与控制主线密封环；

601. 温度传感器连接接头，602.压力传感器连接接头，603.进水控制连接接头，604.排水控制连接接头，605.进气控制连接接头，606.出气控制连接接头；

701.河流断面，702.河水面，703.河床淤积层，704.河床沉积层，705.河床沉积物；

8.探测装置；

901. 承重柱，902.升降棘轮，903.水平悬臂，904.滑轮，905.钢丝绳；

10.地质雷达主机，11.数据采集与控制上位机，12.渔船。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，包括密封舱、升降机构、温度压力采集机构、地质雷达探测机构和数据采集与控制下位机501。升降机构安装在密封舱舱体上，通过进水和排水使密封舱在河流中升降；温度压力采集机构安装在密封舱舱体上，用于测量河水深度以及不同河水深度的温度；地质雷达探测机构安装在密封舱的内部，用于探测河床淤积层703和河床沉积层704；数据采集与控制下位机501安装在密封舱的内部，分别与升降机构和温度压力采集机构连接。

密封舱包括地板和外壳102，采用金属材料与非金属材料相结合的方式进行设计，地板采用15mm的亚克力板101，外壳102采用不锈钢板焊接而成，金属外壳102与亚克力板101之间采用法兰连接，中间加装密封垫圈和密封胶；在金属外壳102的相应位置预留安装孔，预留的安装孔包括进/排水控制阀安装孔、温度传感器安装孔、压力传感器安装孔、数据采集与控制主线密封孔、地质雷达连接线密封孔和气管密封孔。在外壳102的顶部设置有多个挂钩103，便于整个密封舱的起吊。

该探测装置8还包括两面配重墙，每面配重墙由多块配重块104组成，配重块104的数量和重量主要能使密封舱悬浮在水面上，因此在加工完成后需要预装配，调试确定配重块104的数量。这两面配重墙将密封舱的内部空间划分为三部分，分别是左进排水腔体105、中间储物腔体106和右进排水腔体107，左进排水腔体105和右进排水腔体107可以存水或者往外排水，中间储物腔体106用于存放地质雷达探测机构和数据采集与控制下位机501。

升降机构包括进/排水控制阀一201、进/排水控制阀二202、进/排气控制阀一203、进/排气控制阀二204和内部进/排气管205，所述进/排水控制阀一201和进/排水控制阀二202分别安装在外壳102左右侧的进/排水控制阀安装孔上，所述进/排气控制阀一203和进/排气控制阀二204分别安装在两面配重墙上，所述进/排气控制阀一203与进/排气控制阀二204通过内部进/排气管205相连通。密封舱在河流里面的升降主要通过进水和排水实现，当密封舱需要沉入水中时，打开进水控制阀一、进水控制阀二、排气控制阀一和排气控制阀二，河水进入左进排水腔体105和右进排水腔体107，密封舱缓慢沉入水底，反之，打开排水控制阀一、排水控制阀二、进气控制阀一和进气控制阀二，河水经由直流潜水泵从左进排水腔体105和右进排水腔体107向外排出，密封舱缓慢上升，排水用的直流潜水泵供电采用12V蓄电池，控制部分主要采用继电器接通和断开，以提高控制的可靠性。还包括外部进/排气管206，在气管密封孔上安装气管密封环207，外部进/排气管206从气管密封环207中穿出，并与内部进/排气管205相连通。

温度压力采集机构包括温度传感器301和压力传感器302，分别安装在外壳102左右侧温度传感器安装孔和压力传感器安装孔上，利用温度传感器301测量河流不同深度的温度，利用压力传感器302测量河水深度，以确定河床形态；温度传感器301采用快速响应的热敏电阻实现河水温度的测量，压力传感器302采用相对压力传感器，与大气压力对比，通过压力值计算河水深度，温度和压力数据采集主要通过4～20mA电流变化实现，同时可以设置温度和压力的采样间隔。

地质雷达探测机构位于中间储物腔体106的下部，包括地质雷达天线401、地质雷达天线固定架402和地质雷达天线减震块403，地质雷达天线401固定在地质雷达天线固定架402上，地质雷达天线固定架402通过地质雷达天线减震块403固定在地板上；在地质雷达连接线密封孔上安装地质雷达连接线密封接口404，地质雷达连接线405从地质雷达连接线密封接口404中穿出。地质雷达天线401可以实现河床淤积层703和河床沉积层704的探测，为了降低电磁干扰优选400MHz屏蔽天线。

数据采集与控制下位机501位于中间储物腔体106的上部，并通过控制器减震块502 固定在隔板503上，在数据采集与控制主线密封孔上安装数据采集与控制主线密封环505，从数据采集与控制下位机501引出的数据采集与控制主线504从数据采集与控制主线密封环505中穿出。在数据采集与控制下位机501上设置有温度传感器连接接头601、压力传感器连接接头602、进水控制连接接头603、排水控制连接接头604、进气控制连接接头605和出气控制连接接头606，温度传感器301通过温度传感器连接线接至温度传感器连接接头601，压力传感器302通过压力传感器连接线连接至压力传感器连接接头602，进水控制阀一、进水控制阀二通过进水控制线连接至进水控制连接接头603，排水控制阀一、排水控制阀二通过排水控制线连接至排水控制连接接头604，进气控制阀一、进气控制阀二通过进气控制线连接至进气控制连接接头605，出气控制阀一、出气控制阀二通过出气控制线连接至出气控制连接接头606。

如图2所示，本实施例还提供了一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统，包括上述的探测装置8、船、升降装置、地质雷达主机10和数据采集与控制上位机11；升降装置、地质雷达主机10和数据采集与控制上位机11均设置在船上，所述升降装置与探测装置8连接，所述地质雷达主机10通过地质雷达连接线405与地质雷达天线401连接，在船上的数据采集与控制上位机11通过数据采集与控制主线504与探测装置8中的数据采集与控制下位机501连接。

升降装置包括承重柱901、升降棘轮902、水平悬臂903、滑轮904和钢丝绳905；在船上竖直安装承重柱901，在承重柱901上安装升降棘轮902，承重柱901顶部安装水平悬臂903，在水平悬臂903的两端各安装一个滑轮904，从升降棘轮902引出的钢丝绳905通过水平悬臂903的滑轮904至探测装置8顶部的挂钩103，升起探测装置8，调整探测装置8两端的钢丝绳905使探测装置8水平。将外部进/排气管206放到船边沿以防人员压踩，影响进排气效果。

基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统实现的探测方法，包含以下步骤：

步骤S31，选择典型河流断面701，收集断面的河流水文、河床变迁等资料，尤其需要调查该断面是否经过人工改造。

步骤S32，组装与调试基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置；

首先在安装孔上安装进/排水控制阀一201、进/排水控制阀二202、进/排气控制阀一203、进/排气控制阀二204、气管密封环207、地质雷达连接线密封接口404和数据采集与控制主线密封环505；安装挂钩103；根据计算的重量在密封舱内填装配重块104；在外壳102上安装压力传感器302和温度传感器301。

利用通讯线连接以下传感器和控制阀至数据采集和控制下位机的数据通讯接头，主要做以下连接：温度传感器301通过温度传感器连接线接至温度传感器连接接头601，压力传感器302通过压力传感器连接线连接至压力传感器连接接头602，进水控制阀一、进水控制阀二通过进水控制线连接至进水控制连接接头603，排水控制阀一、排水控制阀二通过排水控制线连接至排水控制连接接头604，进气控制阀一、进气控制阀二通过进气控制线连接至进气控制连接接头605，出气控制阀一、出气控制阀二通过出气控制线连接至出气控制连接接头606；连接进/排气控制阀一203与进/排气控制阀二204的内部进/排气管205通过气管密封环207连接到外部进/排气管206；通过数据采集与控制主线504连接数据采集与控制下位机501；将通讯控制线连接完好，检查无误后，将数据采集与控制下位机501通过控制器减震块502安装至外壳102内的隔板503上。

安装亚克力板101，密封住地质雷达连接线密封接口404，连接数据采集与控制上位机11进行调试；将探测装置8放置于水槽中，调试配重块104是否合适；测试进/排水控制阀一201和进/排水控制阀二202工作是否正常；测试进/排气控制阀一203和进/排气控制阀二204工作是否正常；测试温度传感器301和压力传感器302采集的数据是否正确，主要校正压力传感器302数据。

调试完成后，打开探测装置8底部的亚克力板101，在亚克力板101上通过地质雷达天线减震块403与地质雷达天线固定架402将地质雷达天线401固定在亚克力板101上，然后将亚克力板101安装至探测装置8上。地质雷达天线401通过地质雷达连接线405接地质雷达主机10。

步骤S32，通过组装、调试的探测装置8运至试验地，开展探测工作，探测工作的具体实施过程如下：

租借渔船12，在渔船12上安装升降装置、地质雷达主机10和数据采集与控制上位机11，从升降棘轮902引出的钢丝绳905通过水平悬臂903的滑轮904连接探测装置8的挂钩103，可以升起探测装置8，调整探测装置8两端的钢丝绳905使探测装置8水平；地质雷达主机10通过地质雷达连接线405与地质雷达天线401连接，在船上的数据采集与控制上位机11通过数据采集与控制主线504与探测装置8中的数据采集与控制下位机501连接；将外部进/排气管206放到船边沿以防人员压踩。

在渔船12安装完毕后开始探测工作，选择一条探测断面，将渔船12开到预先设定探测位置，利用RTK测定探测位置的坐标，利用升降装置的升降棘轮902，将探测装置8放到河水面702，打开进水控制阀一、进水控制阀二、排气控制阀一和排气控制阀二，探测装置8缓慢沉入水底，打开地质雷达主机10开始探测，同时记录河水温度和河底水压力。

探测完成后，打开排水控制阀一、排水控制阀二、进气控制阀一和进气控制阀二，探测装置8缓慢上浮至河水面702。

开动渔船12到达下一个预设探测位置开始探测，记录探测位置坐标、河底温度和和河底压力等数据，直至探测完所有预设探测位置。

为了验证本实用新型基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置及系统的可靠性和可行性，选择涡河流域韩村断面进行探测工作，探测成果见图4。同验证，可知本实用新型可以实现河床沉积物705分布特征的探测，测量结果真实、准确、可靠。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，包括：

密封舱；

升降机构，安装在密封舱舱体上，通过进水和排水使密封舱在河流中升降；

温度压力采集机构，安装在密封舱舱体上，用于测量河水深度以及不同河水深度的温度；

地质雷达探测机构，安装在密封舱的内部，用于探测河床淤积层和沉积层；

以及数据采集与控制下位机，安装在密封舱的内部，分别与升降机构和温度压力采集机构连接。

2.根据权利要求1所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，所述密封舱包括地板和外壳，所述外壳与地板通过法兰连接，所述地板采用亚克力板，所述外壳采用不锈钢板焊接而成，所述外壳的顶部设置有多个挂钩。

3.根据权利要求2所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，还包括两面配重墙，两面配重墙将密封舱的内部空间划分为三部分，分别是左进排水腔体、中间储物腔体和右进排水腔体。

4.根据权利要求3所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，所述升降机构包括进/排水控制阀一、进/排水控制阀二、进/排气控制阀一、进/排气控制阀二和内部进/排气管，所述进/排水控制阀一和进/排水控制阀二分别安装在外壳的左右侧，所述进/排气控制阀一和进/排气控制阀二分别安装在两面配重墙上，所述进/排气控制阀一与进/排气控制阀二通过内部进/排气管相连通。

5.根据权利要求4所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，还包括外部进/排气管，所述外部进/排气管通过气管密封环从外壳的顶部穿出，并与内部进/排气管相连通。

6.根据权利要求4所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，所述温度压力采集机构包括温度传感器和压力传感器，分别安装在外壳的左右侧。

7.根据权利要求3所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，所述地质雷达探测机构位于中间储物腔体的下部，包括地质雷达天线、地质雷达天线固定架和地质雷达天线减震块，所述地质雷达天线固定在地质雷达天线固定架上，所述地质雷达天线固定架通过地质雷达天线减震块固定在地板上；在所述外壳的顶部设置有地质雷达连接线密封接口。

8.根据权利要求6所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测装置，其特征在于，所述数据采集与控制下位机位于中间储物腔体的上部，并通过控制器减震块固定在隔板上；从数据采集与控制下位机引出的数据采集与控制主线通过数据采集与控制主线密封环从外壳的顶部穿出；所述温度传感器、压力传感器、进/排水控制阀一、进/排水控制阀二、进/排气控制阀一、进/排气控制阀二通过线缆均与数据采集与控制下位机连接。

9.一种基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的探测装置、船、升降装置、地质雷达主机和数据采集与控制上位机；所述升降装置、地质雷达主机和数据采集与控制上位机均设置在船上，所述升降装置与探测装置连接，所述地质雷达主机通过地质雷达连接线与地质雷达天线连接，所述数据采集与控制上位机通过数据采集与控制主线与数据采集与控制下位机连接。

10.根据权利要求9所述的基于地质雷达的河床沉积物分布的探测系统，其特征在于，所述升降装置包括承重柱、升降棘轮、水平悬臂、滑轮和钢丝绳；在船上竖直安装承重柱，在承重柱上安装升降棘轮，承重柱顶部安装水平悬臂，在水平悬臂的两端各安装一个滑轮，从升降棘轮引出的钢丝绳通过水平悬臂的滑轮至探测装置。

Images