本發(fā)明涉及地下水涌水量測(cè)量，尤指一種地下水涌水量測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
1、測(cè)量地下水各含水層之間的涌水量，并根據(jù)各含水層之間的涌水量評(píng)估各含水層之間補(bǔ)給情況以及地下水的動(dòng)態(tài)變化等是水文地質(zhì)調(diào)查和工程實(shí)踐中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；該環(huán)節(jié)對(duì)于評(píng)估含水層的水力特性、保障地下水資源合理開(kāi)發(fā)、工程安全與穩(wěn)定性控制、環(huán)境與生態(tài)影響評(píng)估以及污染遷移與修復(fù)等方面具有重要作用。
2、目前對(duì)于涌水量的測(cè)量一般都是利用電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)直接測(cè)量水流速度。而地下水中各含水層之間的水流流速不同，有的含水層之間的水流流速非常低，而電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)對(duì)于低流速（小流量）的測(cè)量精度不夠，甚至?xí)霈F(xiàn)測(cè)不到的情況，因此會(huì)影響后續(xù)對(duì)各含水層之間相互補(bǔ)給情況以及地下水動(dòng)態(tài)變化等的評(píng)估。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的之一，在于提供一種地下水涌水量測(cè)量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)對(duì)于地下水低流速情況下的測(cè)量精度不夠的問(wèn)題。
2、本發(fā)明的主要目的之二，在于提供一種地下水涌水量測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)對(duì)于地下水低流速情況下的測(cè)量精度不夠的問(wèn)題。
3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種地下水涌水量測(cè)量裝置，包括卷線盤(pán)、檢測(cè)組件和控制器；
4、所述卷線盤(pán)上纏繞有線纜，所述線纜的一端與電源連接，另一端與檢測(cè)組件連接并為檢測(cè)組件供電，所述卷線盤(pán)通過(guò)線纜將檢測(cè)組件下放至井管中的檢測(cè)位置；
5、所述檢測(cè)組件包括水溫水位探頭、流速探頭和井徑測(cè)量?jī)x，所述流速探頭包括豎直設(shè)置的探頭外殼，所述探頭外殼為中空結(jié)構(gòu)，所述探頭外殼的內(nèi)部設(shè)有相機(jī)，所述相機(jī)的下方設(shè)有物鏡，所述相機(jī)的攝像端正對(duì)物鏡；所述物鏡的正下方設(shè)有反光鏡；所述探頭外殼的外壁上設(shè)有視窗，所述視窗位于反光鏡的位置，所述反光鏡朝向視窗方向傾斜設(shè)置并與物鏡配合；所述視窗的內(nèi)部設(shè)有補(bǔ)光燈，所述補(bǔ)光燈朝向視窗設(shè)置；所述補(bǔ)光燈的光線透過(guò)視窗照射水中的膠體粒子，水中的膠體粒子經(jīng)補(bǔ)光燈照射之后形成散射光，并通過(guò)反光鏡投射到物鏡上，物鏡將膠體粒子信息成像到相機(jī)上，所述相機(jī)將拍攝到的視頻信息通過(guò)線纜傳輸至控制器；
6、所述控制器包括控制單元、顯示單元和存儲(chǔ)單元，所述控制單元把視頻信息拆解分析得到水中膠體粒子的流速及流向；所述存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)視頻信息、分析結(jié)果及檢測(cè)組件檢測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；所述顯示單元用于實(shí)時(shí)展示相機(jī)拍攝的視頻信息。
7、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述相機(jī)與物鏡之間設(shè)有套筒，所述套筒的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，且其兩端均設(shè)有開(kāi)口，所述相機(jī)固定在套筒的頂部，所述物鏡固定在套筒的底部。
8、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述探頭外殼的頂部設(shè)有用于與線纜連接的密封接頭。
9、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述視窗環(huán)繞探頭外殼的周向設(shè)置。
10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述補(bǔ)光燈位于反光鏡的一側(cè)，且所述補(bǔ)光燈和反光鏡為一固定組件，所述固定組件的下方設(shè)有帶動(dòng)固定組件繞物鏡中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)。
11、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述補(bǔ)光燈設(shè)有多個(gè)，多個(gè)補(bǔ)光燈沿著視窗的周向環(huán)繞一圈設(shè)置，多個(gè)所述補(bǔ)光燈的中心設(shè)有光線通道，所述反光鏡正對(duì)光線通道，所述反光鏡的下方設(shè)有帶動(dòng)反光鏡繞物鏡中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二電機(jī)。
12、一種地下水涌水量測(cè)量方法，采用上述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，包括以下步驟：
13、s1、利用電源對(duì)檢測(cè)組件進(jìn)行供電，并利用卷線盤(pán)將檢測(cè)組件下放至井管中，在檢測(cè)組件下放過(guò)程中，利用水溫水位探頭實(shí)時(shí)進(jìn)行水溫和水位的測(cè)量，從而將檢測(cè)組件準(zhǔn)確下放至檢測(cè)位置；
14、s2、通過(guò)井徑測(cè)量?jī)x器測(cè)量井管內(nèi)徑；
15、s3、通過(guò)流速探頭測(cè)量檢測(cè)位置的地下水在豎直方向上的流速和流向，首先補(bǔ)光燈透過(guò)視窗照射水中的膠體粒子，膠體粒子被補(bǔ)光燈照射后形成散射光，散射光通過(guò)反光鏡投射到物鏡上，物鏡把粒子信息聚焦到相機(jī)上，相機(jī)把捕捉到的視頻信息通過(guò)線纜傳輸?shù)娇刂破髦校?/p>
16、s4、控制器中的控制單元接收視頻信息，并通過(guò)視頻信息分析出檢測(cè)位置的地下水中膠體粒子的移動(dòng)方向，并計(jì)算出膠體粒子的移動(dòng)速度；再通過(guò)矢量計(jì)算把膠體粒子的移動(dòng)速度折算到豎直方向，即得到該檢測(cè)位置的水流在豎直方向上的流速；
17、s5、控制單元通過(guò)井管內(nèi)徑計(jì)算得到井管斷面面積，然后利用流速乘以井管斷面面積計(jì)算出該檢測(cè)位置的單位體積的涌水量；
18、s6、檢測(cè)位置為相鄰兩個(gè)含水層中間的位置；通過(guò)s1-s5的方式，將檢測(cè)組件依次下放至井管中各個(gè)相鄰含水層之間的檢測(cè)位置，測(cè)量各個(gè)檢測(cè)位置的水溫、水位、井徑和流速，并通過(guò)控制單元計(jì)算得出各個(gè)檢測(cè)位置的涌水量；
19、s7、相機(jī)所拍攝的視頻信息、水溫水位探頭測(cè)量的數(shù)據(jù)、井徑測(cè)量?jī)x測(cè)得的數(shù)據(jù)以及控制單元的分析和計(jì)算結(jié)果均存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中。
20、本發(fā)明的有益效果為：
21、本發(fā)明通過(guò)粒子識(shí)別技術(shù)，利用水中的膠體粒子運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)地下水在垂直方向上的流速和流向，其具有微米級(jí)的高靈敏度。而其具體主要利用補(bǔ)光燈照射地下水的暗環(huán)境，從而看到水中的膠體粒子，水中的膠體粒子經(jīng)補(bǔ)光燈照射之后形成散射光，散射光通過(guò)反光鏡投射到物鏡上，物鏡將膠體粒子信息成像到相機(jī)上，相機(jī)將拍攝到的視頻信息通過(guò)線纜傳輸至控制單元，控制單元可通過(guò)粒子識(shí)別技術(shù)計(jì)算出地下水中的膠體粒子的移動(dòng)速度，并通過(guò)矢量計(jì)算把膠體粒子的移動(dòng)速度折算到豎直方向，從而得到該檢測(cè)位置的水流在豎直方向上的流速。并通過(guò)井管內(nèi)徑計(jì)算得到井管斷面面積，然后利用流速乘以井管斷面面積計(jì)算出該檢測(cè)位置的單位體積的涌水量。
22、本發(fā)明通過(guò)上述方式，將檢測(cè)組件依次下放至井管中各個(gè)相鄰含水層之間，從而測(cè)量并計(jì)算得到各個(gè)相鄰含水層之間的涌水量，由此可方便并準(zhǔn)確的評(píng)估地下水的動(dòng)態(tài)變化、預(yù)測(cè)涌水風(fēng)險(xiǎn)、合理利用地下水資源。另外本發(fā)明對(duì)于流速的測(cè)量方法可探測(cè)微米級(jí)的粒子運(yùn)動(dòng)及微米級(jí)流速，對(duì)于低流速的情況下，其測(cè)量精度更高。同時(shí)其可便攜使用，且可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)使用。
1.一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，包括卷線盤(pán)、檢測(cè)組件和控制器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述相機(jī)與物鏡之間設(shè)有套筒，所述套筒的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，且其兩端均設(shè)有開(kāi)口，所述相機(jī)固定在套筒的頂部，所述物鏡固定在套筒的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述探頭外殼的頂部設(shè)有用于與線纜連接的密封接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述視窗環(huán)繞探頭外殼的周向設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述補(bǔ)光燈位于反光鏡的一側(cè)，且所述補(bǔ)光燈和反光鏡為一固定組件，所述固定組件的下方設(shè)有帶動(dòng)固定組件繞物鏡中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，所述補(bǔ)光燈設(shè)有多個(gè)，多個(gè)補(bǔ)光燈沿著視窗的周向環(huán)繞一圈設(shè)置，多個(gè)所述補(bǔ)光燈的中心設(shè)有光線通道，所述反光鏡正對(duì)光線通道，所述反光鏡的下方設(shè)有帶動(dòng)反光鏡繞物鏡中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的第二電機(jī)。
7.一種地下水涌水量測(cè)量方法，采用權(quán)利要求1-6任一所述的一種地下水涌水量測(cè)量裝置，其特征在于，包括以下步驟：