[发明专利]地下水监测井中垂直流量测定装置及其流速仪和探测方法

权利要求书

1.一种热线流速仪，其特征在于，包括第一接入端口（1）、第二接入端口（2）、中心节点（3）、上向流绕阻（4）、下向流绕阻（5）、恒流电阻（7）、桥接（22）、第二运算放大器（24）、第一电位器（27）、输出终端（28）、反馈电容器（29）、分压器网络系统（30）、接入第二反相输入终端的电阻（35）、系统匹配电容（36）、接入第二非反相输入终端的电阻（37）、输出显示设备（38）；恒流电阻（7）包括稳压电源（8）、调节电阻（9）、正电位节点（10）、稳压二极管（11）、接地线（12）、第一运算放大器（13）、连接点（17）、电容器（18）、NPN晶体管（19）、第一接地电阻（23）；上向流绕阻（4）、下向流绕阻（5）用于构成热流量传感器；

在第一接入端口（1）与中心节点（3）之间接有上向流绕阻（4），在第二接入端口（2）与中心节点（3）之间接有下向流绕阻（5），恒流电阻（7）通过稳压电源（8）和调节电阻（9）接入到正电位节点（10）进行调节，稳压二极管（11）串连接入调节电阻（9）并通过接地线（12）提供接地电压，第一运算放大器（13）包括第一非反相输入节点（14）、第一反相输入节点（15）、第一输出节点（16），通过第一非反相输入节点（14）接入到调节电阻（9）和稳压二极管（11）之间的连接点（17），并获得调节电压，电容器（18）接入到输出节点（16）和第一反相输入节点（15）之间，并提供噪声抑制，NPN晶体管（19）包括控制器（20）和发射端（21），通过导线接收来自第一运算放大器（13）的信号，控制器（20）连接正电位节点（10），发射端（21）接入到上向流绕阻（4）和下向流绕阻（5），发射端（21）提供恒电流给桥接（22），流入桥接（22）的总电流通过第一接地电阻（23）接地，桥接（22）上的中心节点（3）连接第二运算放大器（24）的第二非反相输入终端（25），第二运算放大器（24）的第二反相输入终端（26）接入到第一电位器（27），构成桥接（22）的一部分，第一电位器（27）提供零位调节给反馈电容器（29）所在的信号处理回路，输出终端（28）接入到反馈电容器（29），分压器网络系统（30）包括和输出终端相连的电阻（31）、第二电位器（32）和第二接地电阻（33），第二电位器（32）包含的扫描臂（34）通过接入第二反相输入终端的电阻（35）提供反馈回路给反相输入终端（26），移动扫描臂（34）能够使第二运算放大器（24）的结果发生变化，同时可改变反馈电容器（29）的响应频率，由于第二运算放大器（24）和桥接（22）输出具有对应的函数关系，系统匹配电容（36）和接入第二非反相输入终端（25）的电阻（37）接入到非反相输入终端（25），系统匹配电容（36）接地，第二运算放大器（24）的输出终端（28）通过输出显示设备（38）输出。

2.一种地下水监测井中垂直流量测定装置，其特征在于，包括权利要求1所述的热线流速仪，还包括运行控制系统、数据处理系统，其中，运行控制系统用于控制热线流速仪中热流量传感器在监测井中上下匀速运动进行分段采样，热线流速仪用于根据热流量传感器所获得的各分段采样层的流量变化，数据处理系统用于根据各分段采样层的流量变化获得垂直流量曲线。

3.一种利用权利要求2所述的地下水监测井中垂直流量测定装置的自然对流下水力断层探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过地下水监测井连接含水层1和含水层2，位于上方的含水层1和位于下方的含水层2的压力梯度在地下水监测井中形成自下而上的垂直流量；

步骤2：热流量传感器从地下水监测井水位线处向下移动，直到获得稳定的信号，说明该深度处地下水无垂直流动；

步骤3：热流量传感器继续向下移动，直到检测到水体流动信号，说明该深度处水体流向周围的含水层1；

步骤4：热流量传感器继续向下移动，直到在一深度范围内检测到地下水恒定流，说明该深度范围内出现水力断层；

步骤5：热流量传感器继续向下移动，直到检测到的水体流速小于阈值，说明该深度处在垂直方向无自然水流，此时主要是含水层2的水力横流。

4.一种利用权利要求2所述的地下水监测井中垂直流量测定装置的强制对流下渗透系数分布探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过地下水监测井连接含水层1和含水层2，位于上方的含水层1和位于下方的含水层2的压力梯度在地下水监测井中形成自下而上的垂直流量；在地下水位线下附近设置恒流泵；

步骤2：热流量传感器从地下水监测井水位线处向下移动，直到检测到一个较大的初始流速，且垂直流速恒定，说明该深度处水层没有横流，渗透性为零；

步骤3：热流量传感器继续向下移动，直到检测到深度范围A内水体流速急剧降低，说明该深度范围A内具有较高的渗透性，横流现象明显，主要水体流向为由地下水监测井流向周围含水层；

步骤4：热流量传感器继续向下移动，直到在深度范围B内检测到水体流速较步骤3中深度范围A的变化不大，说明该深度范围B内出现水力断层；

步骤5：热流量传感器继续向下移动，直到检测到深度范围C内水体流速急剧降低，说明该深度范围C内具有较低的渗透性，水力流向为由周围含水层流向地下水监测井。