[实用新型]一种宽量程地下水流速流向测试装置

说明书

本实用新型属于水文地质参数测试领域，具体涉及一种宽量程地下水流速流向测试装置。该测试装置包括：基于热扰动技术的地下水流速测定模块；基于流体力学模型的地下水流速测定模块；以及，固定所述基于热扰动技术的地下水流速测定模块和所述基于流体力学模型的地下水流速测定模块的箱体。以基于热扰动技术的地下水流速测定模块获取数据，根据获取的数据测定流速值Vs，流速值Vs的测量范围为10^‑7m/s<Vs<10^‑2m/s；以基于流体力学模型的地下水流速测定模块获取数据，根据获取的数据测定流速值Vs，流速值Vs的测量范围为10^‑2m/s<Vs<10²m/s的流速，从而以一套装置扩展测量量程。

技术领域

本实用新型属于水文地质参数测试领域，具体涉及一种宽量程地下水流速流向测试装置。

背景技术

地下水渗流在水文地质、工程地质、环境地质诸多领域有广泛需求。地下水渗流类比为水文地质科学的本构方程，是地下水科学研究的重点。地下水渗流亦常常为工程地质领域地质灾害的主要诱因，如滑坡、泥石流、地面塌陷、坝基管涌渗漏。地下水渗流引起土壤溶质运移及水溶性污染物扩散，亦是土壤及地下水污染修复的影响因素。如上所述，作为描述地下水渗流场主要特征参数，地下水流速流向的实时监测意义重大，应用领域广泛。

传统的地下水流速流向测试方法存在各种问题，如多井抽水试验、示踪法、区域填图估算法等，需要通过多口监测井联测，费时费力、精度差，无法高效精准得到长时间序列的地下水流速流向数据、不利于长期自动化监测。限于此，前人对新测试方法进行了卓有成效的尝试与探索，按不同的工作原理分为如下四类：

1)基于离子释放原理测定地下水流速，如美国专利US4570492，在流动的地下水中周期性释放已知的电化学离子，通过接收器分析化学离子传递的信息得到地下水流速。基于光折射原理测定流速，如美国专利US4063019，光源折射进入流动的地下水，通过图像数字转换器接收折射光源，分析得到地下水流速。基于放射性中子测速的方法亦属于此类工作原理。

2)显微照相测定地下水流速流向，如美国Geotech生产的AquaVISION，采用视频管道显微照相技术对地下水中颗粒物进行显微照相捕捉，通过统计分析地下水中大量微观颗粒物，实现地下水的流速、流向及颗粒大小的实时测量。避免使用过多的监测井和传感器，测试速度快，数据量大，可重复性好，适用于地下水流速非常低、流速流向较稳定的情况。其缺点在于：1.与其它监测手段的兼容性差，无法进行数据自动采集与二次开发；2.通过微观颗粒统计平均得到的地下水流速，其物理意义不明晰，跨尺度应用是否等效于宏观地下水平均流速值尚值得商榷；3.应用范围有限，适合层流、地下水流速特别慢、地下水流向较稳定的苛刻条件。

3)基于能量场扰动监测地下水流速。在流动的地下水中设置多孔介质发热装置人工激发温度场，地下水流经该区域时，会对电阻丝形成的稳定温度场造成规律性扰动，通过周围布设阵列的温度传感器表征该扰动的温度场，从而得到地下水流速，适用于地下水流速较小的情况。该技术源于1911年美国Carl Thomas教授的开创性工作，通过能源场人工激发测试地下水流速的技术近五十年以来不断发展，如基于多普勒效应的声波场扰动技术(如US3498127，1970年)、热敏电阻技术(如US4391137，1983年)、地下水电导率扰动技术(如US5339694，1994年)、基于热扰动技术(US5412983，1995年)等。但该技术在实际应用中存在井下设备多、监测系统线性调试标定费时费力，测试量程受限等缺陷。