[发明专利]单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程渗流测量方法及装置，尤其是一种既能测量单井地下水流速流向，又能测量出水库渗漏点的地下水三维流速矢量测量方法及装置，具体地说是一种利用水听器、磁航向传感器、压力传感器和GPS定位器组合而成的单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置。

背景技术

 水文地质勘察是点的观察与测试的科学，测点密度越大，测量精度越高。传统抽压水试验方法很难提高点的密度，所取得的参数在质量，特别在数量上满足不了先进的水文地质评价计算方法的需要。随着国民经济建设的高速发展，愈来愈多的工程建设对地下水渗流引起的潜在的事故隐患，提出了一系列渗流工程需要解决的技术难题。如水库渗漏入口的探测、江河堤坝的管涌渗漏、水源地的合理开采、矿山的涌水防治、公路桥涵的地下水渗流、地下铁道的水文地质测量与监护、高层建筑的基坑的排水、农田地下水的溶质运移等等都对地下水渗流的测试方法与研究手段提出了更高更新的要求。

长期以来，地下水流速矢的准确测量一直是水文地质工作者研究的课题。1957年德国科学家Moser首先提出利用放射性同位素作为指示剂在单井中测定地下水流速流向的稀释测井方法。于是有多种见诸面世的测定地下水流速流向的装置。最早的有接杆式定向探头;后来有波兰I.B.Hazza发明的P-32吸附与Ｘ胶片定向测速装置;日本落合敏郎的三层同位素稀释室定向测速装置；W.Drost和Kiotz等设计的棉纱网吸附测向、活性炭吸附测向装置；美国专利4051368、英国专利2009921和1598837介绍的中子活化测向测速装置；德国慕尼黑水文地质实验室W.Drost1982年测定地下水流速流向的新式示踪探头；中国专利：智能化单井地下水动态参数测试仪98111509.8，还有 85107160、86104175专利介绍的热释光和电离室同位素示踪测量装置等。上述发明虽达到了测量地下水流速流向的要求，但在实际应用中，它们都涉及到放射性物质对环境的影响等缺陷。而且接杆式只适用于浅井测量，且操作麻烦；各种吸附式易造成污染，对深井及井径有一定要求；中子活化，成本高，且存在防护问题；德国的新式探头，工艺复杂，造价昂贵，推广使用受到限制；热释光、电离室虽工艺简单，造价低廉，却测量数据少，周期长。随着人们对环境意识的提高，对于地下水渗流的测量方法提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是针对目前地下水渗流探测难度大，成本高，效果差且影响环境等问题，设计一种利用声纳信号在水体中的优异传导特性，实现对渗流的直接或间接的敏感测量，从而用于解决水库库底、水下建筑的渗漏入口流速测量以及单井中的水文地质测量、地下铁路遂道管壁渗漏水的检测和预测预报等的单井地下水流速流向及水库渗漏点测量方法及其测量装置。

本发明的技术方案之一是：

一种单井地下水流速流向声纳测量方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在一个柱形测量探头的下端安装一圈水听器，在柱形测量探头的上端安装一个水听器，在柱形测量探头的内部安装一个磁航向传感器；

其次，将柱形测量探头放入待测位置，根据下端的首先探测到声波信号的水听器及上端水听器接收到声波信号的时差及上下端水听器之间的距离计算出渗流点的流速；同时记录下声波信号的强度；

第三，磁航向传感器是根据最先感应到声波信号的传感器与周围的水听器进行测量强度的计算，得出水流矢量相对于探头的运动方向，然后将探头测量到的水流方向与磁航向测量到的地理北极进行叠加，就能够将水流的运动地理方向传送到地面仪表进行计算显示；

第四，根据该点所测量到的水流方向，指导下一个点位的流速矢量测量，重复第一到第四步，再次测量到流速值、方向角、声波信号强度值；

第五，根据上面步骤测量到的工程渗流的全部数据，即可定量地显示出水流运动的矢量值和三维坐标位置。

在柱形检测头上安装有压力传感器来感应柱形检测头进入水面以下的坐标位置Z。

在柱形检测头上安装有GPS定位仪，以准确标定渗漏点的X、Y坐标。

本发明的技术方案之二是：

一种水库地下水渗漏点的方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在一个柱形测量探头的下端安装一圈水听器，在柱形测量探头的上端安装一个水听器，在柱形测量探头的内部安装一个磁航向传感器；

其次，将柱形测量探头放入待测位置，根据下端的首先探测到声波信号的水听器及上端水听器接收到声波信号的时差及上下端水听器之间的距离计算出渗流点的流速；同时记录下声波信号的强度；