TWM581200U - 水流分離裝置及包含其之水流量測系統 - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種水流分離裝置及包含其之水流量測系統。該水流分離裝置包括：一內管，一端封閉，內部具有一輸水通道；一外管，位於內管外圍；以及複數通孔，各通孔之一端位於內管，另一端位於外管，且每一通孔具有一孔壁，孔壁形成之通道的兩端係用以連接內管及外管；其中，內管與外管之間形成一排水層，排水層與輸水通道以各通孔之孔壁阻隔，互不連通。該水流量測系統更包括一量測儀器與內管相連接，用以測量經由內管的輸水通道流動的水流之一特性，且量測儀器及水流分離裝置一併設置於內部呈管狀的一試驗井內。

Description

水流分離裝置及包含其之水流量測系統

本創作係關於一種水流分離裝置及包含其之水流量測系統，尤指一種分離各地層或裂隙岩體的區段水流，以利水文地質調查的水流分離裝置及水流量測系統。

地層透水性是水文地質的重要參數，然地層固有之非均質性往往造成地質材料隨著深度變化，因此如何有效地定量化描述水力傳導係數在空間上的分布，一直是地下水資源調查、汙染整治、工程相關領域所努力發展的方向。

流速儀為近幾年發展的孔內調查技術，藉由量測垂向的地下水流速率，用以推估地層側向透水性質並尋找透水區段，但對於低流速環境及裂隙岩體中透水性分布的解析能力仍有相當大的進步空間。

目前具有較佳解析能力的熱脈衝流速儀，係使用內部之柵狀發熱線圈發熱以加熱附近流體，並由流體的流向帶動熱源產生向上或向下的運移，再由發熱線圈上下的熱感應器偵測之溫度差異，以熱脈衝曲線顯示。熱脈衝流速儀運用急速加熱並配合熱感應之原理來量測地下水流速變化，並藉此推算試驗井中垂向水力傳導係數或導水係數之分布情形。

雖然熱脈衝流速儀可快速且連續量測孔內流速之變化，然而由於量測過程中無任何封塞裝置，孔內僅少部分水流通過流速儀內部之發熱線圈，而大部分水流將沿著井壁與流速儀間既有的空隙流動。因此，熱脈衝流速儀會受到裸孔孔徑的變化、孔內流體黏滯性等影響，而流體繞過感應器亦造成量測流速被低估，在孔壁不完整、破碎岩層、裂隙岩層或地下水混濁的鑽孔條件下施測將產生一定的量測誤差。再者，上述方法無法針對特定區段進行量測，限制其解析能力。

本創作之一目的在於提供一種水流分離裝置，該水流分離裝置可匯整地下水水流至裝置中，確保大部分水流流入水流分離裝置，其中量測區段之水流將流經量測儀器內的感應器，使量測儀器之測量受到裸孔孔徑變化、流體黏滯性等因素的影響大幅降低，較不易於測定時產生誤差。

本創作之另一目的在於改良習知測量技術無法針對特定區段量測之問題，習知的試驗方法量測的數據通常代表著一整個試驗區段(長度1公尺以上)的出水量總合，本創作之水流分離裝置，可有效分離孔內地下水流，針對10公分至30公分的區段進行試驗。試驗區段的出水量將藉由裝置開孔處匯流進量測儀器內部，而試驗區段以外的水流將由封塞裝置加以阻隔並導流至量測儀器外側空隙排出，藉由局部封塞及水流分離的方法，不僅不影響地層的總出水量，更可避免試驗區段的水流受到其他地層出水量的干擾，提升儀器的解析能力。

為達上述目的，本創作揭露一種水流分離裝置，包括一內管、一外管及複數通孔。內管之一端封閉，並具有一輸水通道於其中。外管位於該內管外圍，並包覆該內管局部。複數通孔供水流通過，各所述通孔之其中一端位於該內管，另一端位於該外管，且每一通孔具有一孔壁，該孔壁形成之通道的兩端係用以連接該內管及該外管。

其中，該內管與該外管以各所述孔壁固接，該內管與該外管之間形成一排水層，該排水層與該輸水通道以各所述通孔的孔壁阻隔，互不連通。

本創作更揭露一種水流量測系統，用於測定水流之性質。該水流量測系統包括前述之水流分離裝置、一試驗井以及一量測儀器。該試驗井內部呈一管狀，由地面向下深入至地層，該試驗井可為裸孔或由套管保護的鑽孔。該量測儀器與該內管相連接，用以測量經由該內管的該輸水通道流動的水流之一特性，且該量測儀器及該水流分離裝置一併設置於該試驗井內。

於一實施例中，該水流分離裝置更包含分別設於該外管上之一第一阻流元件及一第二阻流元件，其中，該第一阻流元件位於各所述通孔之上方，該第二阻流元件則相對地位於各所述通孔之下方。

於一實施例中，該外管之上緣向上延伸至超過該第一阻流元件，該外管之下緣向下延伸至超過該第二阻流元件，使該第一阻流元件上的水流與該第二阻流元件下的水流，在該第一阻流元件及該第二阻流元件之間，無法由該外管之外側流動連通。

於一較佳實施例中，該輸水通道底部之一封閉面係不高於該第二阻流元件。

於一實施例中，所述通孔主要以垂直方式排列，使該排水層中水流動不易受所述孔壁阻擋。

於一實施例中，該外管之外徑小於該試驗井之外徑。

於一實施例中，水流待測之該特性的種類取決於該量測儀器的種類，且該量測儀器為一流速儀、一流量儀、一溫度儀、一水質儀或其組合。

於一較佳實施例中，該流速儀為一熱脈衝流速儀。

請參圖1，所示為本創作水流分離裝置1第一實施例之示意圖，水流分離裝置1使用時置於一流體環境中，由封塞裝置區隔出一試驗區段，試驗區段以外的水流將由封塞裝置加以阻隔並導流至水流分離裝置外側空隙排出，避免試驗區段的水流受到其他地層出水量的干擾，提升儀器的解析能力。

接著，請參照圖1及圖2，水流分離裝置1包括一內管11、一外管12及複數通孔13。內管11之其中一端具有一封閉面112，封閉面112阻擋其兩側之水流流通，內管11之管壁與封閉面112共同界定一位於內管11中之輸水通道111。外管12則位於內管11的外圍，包覆內管11局部區段。各通孔13形成於內管11及外管12之間，通孔13之其中一端位於內管11，另一端位於外管12。每一通孔具有一孔壁，該孔壁形成之通道的兩端係用以連接該內管及該外管，使輸水通道111與水流分離裝置1外部連通，可供水流通過。

內管11與外管12之間形成一排水層14，排水層14之兩側皆可進水與出水，然排水層14與輸水通道111之間以各通孔13之孔壁131阻隔，彼此互不連通。

另有一第一阻流元件15及一第二阻流元件16，皆採用不透水之材質，並分別設於外管12上，第一阻流元件15位於各通孔13之上方，第二阻流元件16則相對地位於各通孔13之下方，第一阻流元件15及第二阻流元件16共同界定該試驗區段。

其中，外管12之上緣向上延伸至超過第一阻流元件15，外管12之下緣向下延伸至超過第二阻流元件16，使第一阻流元件15上方的水流與第二阻流元件16下方的水流，在第一阻流元件15及第二阻流元件16間之試驗區段，無法經由該外管12之外側流動連通，僅能透過內管11與外管12之間的排水層14流通。前述之結構主要用於分離試驗區段與其他區段的進出水流，使於測量水流之特性時，可在不影響總體進出水的情況下，排除其他區段的干擾，針對該試驗區段施行量測。

此外，請參圖2及圖3，水流分離裝置1之通孔13主要以垂直方式排列，使各通孔13之孔壁131於一水平面上投影的面積總和較小，水流於排水層14中依垂直方向流動時較不易受各孔壁131阻擋。

又，如圖2、圖3及圖4所示，於本實施例中，內管11由封閉面112繼續向下方延伸至超過第二阻流元件16，而於其他實施例中，內管11之管長不受限於此，內管11可僅延伸至封閉面112。

須說明的是，若內管11僅延伸至封閉面112，則輸水通道111底部之封閉面112需不高於第二阻流元件16，以避免內管11下方水流經由通孔13流入試驗區段。

本創作之第二實施例請參圖5，其係將前述第一實施例之水流分離裝置1與一量測儀器3連接，並置於一試驗井2中所形成的水流量測系統100。

試驗井2呈一管狀，係於欲測量水文地質之地區鑽孔而成，由地面向下延伸並深入地層，試驗井可為裸孔或由套管保護的鑽孔。其中，水流分離裝置1之外管12外徑需小於該試驗井2之井壁21外徑，使水流分離裝置1可設置於試驗井2中；而第一阻流元件15及第二阻流元件16之外徑則均與試驗井2之井壁21外徑大致相同，或第一阻流元件15及第二阻流元件16為彈性材質，而外徑大於井壁21外徑，利用第一阻流元件15及第二阻流元件16材質的彈性，自由撓曲達成阻隔之目的。故水流分離裝置1設於試驗井2中時，第一阻流元件15及第二阻流元件16可剛好與試驗井2卡合，如圖5所示，而第一阻流元件15可阻擋其上方之水流入試驗區段，第二阻流元件16則可阻擋其下方之水流入試驗區段。

量測儀器3與內管11相連接，用以測量經由該內管11的該輸水通道111流動的水流之一特性，且量測儀器3及水流分離裝置1一併設置於試驗井2內。量測儀器3裝設的位置與方式，需使流經量測儀器3的水流僅限於由試驗區段流入內管11中輸水通道111之水流。本實施例中，量測儀器3設於內管11之上，並與內管11緊密相連，然於其他實施例中，量測儀器3可設置於內管11之內部。

其中水流試驗欲檢測之該特性的種類取決於測量儀器3的種類，水流量測系統100可藉由置換不同類型的量測儀器3而針對試驗區段水流不同的特性量測。一般而言，量測儀器3為一流速儀、一流量儀、或其組合，於其他實施例中，量測儀器3之種類不限於此，可由本領域技術人員常用之水流特性的量測儀器3替換。

量測儀器3較佳為一熱脈衝流速儀，熱脈衝流速儀係利用內部之柵狀發熱線圈發熱以加熱附近流體，由於流體的流動將帶動熱緣產生一向上或向下的運移，而發熱線圈上下方之熱感應器可偵測其溫度之差異，並以熱脈衝曲線顯示。熱脈衝流速儀運用急速加熱並配合熱感應之原理來量測地下水流速變化，藉由溫度感測器偵測溫度差異隨時間之變化，亦即熱脈衝曲線，即可換算偵測區段的地下水流速。

綜上所述，本創作之水流分離裝置及水流量測系統，不同於習知量測設備每次施測僅能對於量測儀器下方整體試驗區段測量，本創作之水流分離裝置及水流量測系統具有封塞及導流的結構，可將欲測量的試驗區段與其他區段區隔，在不影響地層總體進出水量的狀況下，針對特定且範圍較小試驗區段施測，同時避免試驗區段的水流受到其他地層進出水量的干擾，提升量測儀器的解析能力，並使其使用上更具便利性。

上述的實施例僅用來例舉本創作的實施態樣，以及闡釋本創作的技術特徵，並非用來限制本創作的保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本創作所主張的範圍，本創作的權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

100‧‧‧水流量測系統

1‧‧‧水流分離裝置

11‧‧‧內管

111‧‧‧輸水通道

112‧‧‧封閉面

12‧‧‧外管

13‧‧‧通孔

131‧‧‧孔壁

14‧‧‧排水層

15‧‧‧第一阻流元件

16‧‧‧第二阻流元件

2‧‧‧試驗井

21‧‧‧井壁

3‧‧‧量測儀器

圖1為本創作水流分離裝置一實施例的立體示意圖； 圖2為本創作水流分離裝置一實施例的縱向剖面圖； 圖3為本創作水流分離裝置一實施例的俯視圖； 圖4為本創作水流分離裝置一實施例的底視圖；以及 圖5為本創作水流量測系統一實施例的立體示意圖。

Claims (11)

1. 一種水流分離裝置，包括： 一內管，其一端封閉，並具有一輸水通道於其中； 一外管，位於該內管外圍，並包覆該內管局部；以及 複數通孔，供水流通過，各所述通孔之其中一端位於該內管，另一端位於該外管，且每一通孔具有一孔壁，該孔壁形成之通道的兩端係用以連接該內管及該外管； 其中，該內管與該外管以各所述孔壁固接，該內管與該外管之間形成一排水層，該排水層與該輸水通道以各所述通孔的孔壁阻隔，互不連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水流分離裝置，更包含分別設於該外管上之一第一阻流元件及一第二阻流元件，其中，該第一阻流元件位於各所述通孔之上方，該第二阻流元件則相對地位於各所述通孔之下方。
3. 如申請專利範圍第2項所述之水流分離裝置，其中，該外管之上緣向上延伸至超過該第一阻流元件，該外管之下緣向下延伸至超過該第二阻流元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之水流分離裝置，其中，該輸水通道底部之一封閉面係不高於該第二阻流元件。
5. 如申請專利範圍第3項所述之水流分離裝置，其中，所述通孔主要以垂直方式排列，使該排水層中水流動不易受所述孔壁阻擋。
6. 一種水流量測系統，用於測定水流之性質，該水流量測系統包括： 一試驗井，其內部呈一管狀，由地面向下深入至地層； 一水流分離裝置，包含： 一內管，其一端封閉，並具有一輸水通道於其中； 一外管，位於該內管外圍，並包覆該內管局部；以及 複數通孔，供水流通過，各所述通孔之其中一端位於該內管，另一端位於該外管，且每一通孔具有一孔壁，該孔壁形成之通道的兩端係用以連接該內管及該外管； 其中，該內管與該外管以各所述孔壁固接，該內管與該外管之間形成一排水層，該排水層與該輸水通道以各所述通孔的孔壁阻隔，互不連通；以及 一量測儀器，與該內管相連接，用以測量經由該內管的該輸水通道流動的水流之一特性，且該量測儀器及該水流分離裝置一併設置於該試驗井內。
7. 如申請專利範圍第6項所述之水流量測系統，其中該外管之外徑小於該試驗井之外徑。
8. 如申請專利範圍第7項所述之水流量測系統，其中該試驗井可為裸孔或由套管保護的鑽孔。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水流量測系統，其中水流待測之該特性的種類取決於該量測儀器的種類。
10. 如申請專利範圍第9項所述之水流量測系統，其中該量測儀器為一流速儀、一流量儀、一溫度計、一水質儀、或其組合。
11. 如申請專利範圍第10項所述之水流量測系統，其中該流速儀為一熱脈衝流速儀。