CN111141928A - 一种示踪剂投放装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种示踪剂投放装置及其使用方法，示踪剂投放装置，其用于监测地下水流向、流速以及水下实时温度，并能够在适宜投放的地下含水层或地下水体环境内定点投放示踪剂；操作处理器，通过电缆接收示踪剂投放装置监测到的电信号，并对示踪剂投放装置下达操作指令。通过该发明装置，可实现运用特定示踪剂（如荧光素钠和罗丹明等，根据需要选择）监测和观察地下水流向和流速问题，判断投源孔与观测孔之间的水力联系。同时，还可监测水温、水平倾斜角，实时观测井孔内壁岩石孔洞或裂隙发育情况、监测示踪剂在孔内的流动情况，为进一步的科学研究提供可靠基础数据和视频图像资料。

Description

一种示踪剂投放装置及其使用方法

技术领域

本发明属于水资源和地下水科学与工程应用领域，具体涉及一种示踪剂投放装置及其使用方法。

背景技术

为了解决地下水资源评价和地下水运动迁移规律问题，人们常常较粗糙的把地下含水层当成均质各向同性渗流场，而根据地下水等水位线和流线来示意性的刻画出地下水流向和流速。然而，这往往跟真实的情况大相径庭。而当以往人们尝试向承压含水层或处于上升水流的潜水含水层投放示踪剂时，由于没有测向装置，需要配合大量观测孔才能获知地下水流方向，废时废力更废钱；没有测斜装置，需要单独钻孔测斜；此外，由于含水层埋藏较深，且地下水水头带压（通常超出监测水平面），示踪剂一经投放到目标含水层中，即随上升水流流出钻孔。从而，无端地消耗示踪剂，难于实现监测目标含水层的地下水流向和流速等功能，导致试验失败。同时也难以确定地下水流运动方向（因缺测向装置）和投放示踪剂的初始浓度。

因此，急需一套比较实用有效的实验装置来实现在含水层或地下水体中的连通试验，以便能够准确地确定地下水流向和流速、判断投源孔与观测孔之间的水力联系，测量水温和钻孔的孔斜，观察钻孔壁孔洞或裂隙发育情况，以及研究示踪剂在钻孔中的扩散规律等。

现有中国专利CN201820478809-承压含水层弥散试验装置，该专利文件记载的内容存在以下缺点：需用钻杆把水压栓塞带入到指定深度，并同时连接高压管、压力水泵，这在较深的承压含水层较难实现，需要下几十次甚至上百回次的钻杆（一回次约2米），试验时间长、成本高；

没有考虑钻孔壁的不完整性，比如孔洞、裂隙发育情况，这种条件下无法保证水压栓塞与钻孔壁做到紧密结合。导致承压上升水流往上涌，而带走示踪剂，导致试验失败；

示踪剂投放孔与观测孔之间没有地下水流动机理上的联系，难于保证观测孔就在地下水流的下游方向。如果观测孔在投源孔的上游，将观测不到示踪剂，同样导致试验失败。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于为了方便专业技术人员在适宜投放的含水层或地下水体中进行地下水连通实验，帮助专业技术人员确定地下水流向与流速，测量水温和水平倾斜角，判断投源孔与观测孔之间的水力联系，同时，更好地观测井壁情况以及观察示踪剂在钻孔中的扩散规律等；具体是一种示踪剂投放装置。

本发明是通过如下技术方案实现的，一种示踪剂投放装置，示踪剂投放装置，其用于监测地下水流向、流速以及水下实时温度，并能够投放在含水层或地下水体环境内定点投放示踪剂；

操作处理器，通过电缆接收示踪剂投放装置监测到的电信号，并对示踪剂投放装置下达操作指令。

作为本发明所述的一种示踪剂投放装置的优选方案：所述示踪剂投放装置，其内部设有存储高压气体的气仓，装有示踪剂的水仓，以及通过释放高压气体推动示踪剂排出的活塞。

作为本发明所述的一种示踪剂投放装置的优选方案：所述气仓上安装有充入高压气体的充气嘴，以及控制高压气体释放的电磁阀；

所述水仓安装有卡扣开关；所述卡扣开关是指受到水仓内示踪剂挤压力作用，从而被打开，实现示踪剂的投放。

作为本发明所述的一种示踪剂投放装置的优选方案：所述示踪剂投放装置上还安装有拍摄水下图像的摄像头，以及为摄像头补光的LED灯。

作为本发明所述的一种示踪剂投放装置的优选方案：所述示踪剂投放装置内还安装有用于控制电磁阀开启/关闭，以及回传摄像头拍摄图像的集成芯片；

所述集成芯片上还安装有确定方位的电子指南针、确定示踪剂投放装置水平倾斜角的电子陀螺仪、以及监测地下水水温的温度传感器。

作为本发明所述的一种示踪剂投放装置的优选方案：操作处理器，包括接收处理集成芯片电信号的处理器，以及显示集成芯片监测到的数据和摄像头拍摄水下图像的显示器。

一种示踪剂投放装的使用方法，具体步骤如下：

步骤1）、先在需要探测的含水层或地下水体上的隔水层进行钻孔开孔，并盖上孔口帽；

步骤2）、在电磁阀关闭的情况下，倒置示踪剂投放装置，通过充气嘴向气仓内充气，在水仓内灌入示踪剂；气仓内充气压强能保证推动示踪剂冲开卡扣开关，同时也要考虑地下水对卡扣开关的水压作用，因此气仓内充气压强要综合考虑偏大一些；

步骤3）、将示踪剂投放装置放置到地下水相应检测位置即可。

与现有技术相比，本发明有益效果为：该装置除适宜投放的潜水含水层、地下水体外，还可以在难以投放示踪剂的承压含水层中，定点位置投放定量的示踪剂，同时结合装置上电子指南针和电子陀螺仪提供的信息，实时观察确定方向上的井壁情况，准确判定地下水流向、同时监测水下实时温度和水平倾斜角。该装置可以重复使用，成本低，不易损坏等优点。

另外，该装置还具有孔口帽来封闭钻孔，比水压栓塞显然更易实现；孔口帽封闭后，待水压稳定、垂向水流相对静止后通过电磁阀控制打开示踪剂，能减少钻孔中水流的扰动，更易观察地下水和示踪剂的流动情况；不用钻孔顶入，而用装置自重下入，对深度没有限制，节省工作成本，具有极强的可操作性和适应性。摄像头的使用可直接观测钻孔孔壁情况，更好的选择示踪剂投放位置，更好地观察地下水和示踪剂的流动情况（流向和流动的快慢及示踪剂分布的范围）。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是示踪剂投放装置结构示意图；

图3是操作处理器结构示意图；

图4是示踪剂投放装置投放示踪剂工作原理示意图；

图5是本发明使用方法结构示意图；

图中：100-示踪剂投放装置；110-气仓；111-充气嘴；120-水仓；121-卡扣开关；122-LED灯；123-摄像头；130-活塞；200-操作处理器；210-显示器；220-处理器；230-集成芯片；300-电磁阀；400-隔水层；500-承压水层；600-孔口帽；700-观测孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1，作为本发明第一个实施例，提供了一种示踪剂投放装置，

示踪剂投放装置100，其用于监测地下水流向、流速以及水下实时温度，并能够在含水层内定点投放示踪剂；

操作处理器200，通过电缆接收示踪剂投放装置100监测到的电信号，并对示踪剂投放装置100下达操作指令。

具体地，示踪剂投放装置100内部可以根据实际需要搭载不同的传感器和监测设备，作为监测地下水情况的仪器设备搭载平台，完成各项数据和实验结果的收集；操作处理器200能够接收监测数据电信号，并进行相应的显示，以及对示踪剂投放装置100搭载的仪器设备进行指令的下达。

参照图2，所述示踪剂投放装置100，其内部设有存储高压气体的气仓110，装有示踪剂的水仓120，以及通过释放高压气体推动示踪剂排出的活塞130。示踪剂的水仓120为圆柱体结构，其内部的水仓120应为圆柱体结构，便于活塞130的密封和运动。

所述气仓110上安装有充入高压气体的充气嘴111，以及控制高压气体释放的电磁阀300；

所述水仓120安装有卡扣开关121；所述卡扣开关121是指受到水仓120内示踪剂挤压力作用，从而被打开，实现示踪剂的投放。

所述示踪剂投放装置100上还安装有拍摄水下图像的摄像头123，以及为摄像头123补光的LED灯122。

所述示踪剂投放装置100内还安装有用于控制电磁阀300开启/关闭，以及回传摄像头123拍摄图像的集成芯片230；

所述集成芯片230上还安装有确定方位的电子指南针、保持水平稳定的电子陀螺仪、以及监测地下水水温的温度传感器。

具体地，集成芯片230为模块化集成芯片，可以根据不同需求添加相应的功能设备，达到满足监测的要求；将电子指南针、电子陀螺仪、以及温度传感器采用模块化安装到集成芯片230上即可。

温度传感器，选用RTD温度传感器，型号：PR-25CU系列，生产厂家：OMEGA思百吉集团。

电子指南针，型号：霍尼韦尔HMC5883L芯片，生产厂家：深圳市顺德利科技有限公司，尺寸：L3*W3*H0.9。

电子陀螺仪：型号：WT-931，生产厂家：深圳维特智能科技有限公司，尺寸：12*12*4mm。

摄像头123，采用摄像头模组，型号：IMX79传感器芯片，生产厂家：sony。摄像头模组的IMX79芯片的CMOS光学传感器摄像头是焊在摄像头芯片模组上的，也可把摄像头模组上除了cmos感光芯片外的其余模组部分集成到上述的集成芯片上，将CMOS感光芯片通过数据线与集成芯片230连接。

参照图3，操作处理器200，包括接收处理集成芯片230电信号的处理器220，以及显示集成芯片230监测到的数据和摄像头123拍摄水下图像的显示器210。

本发明的工作原理是：参照图4和图5，首先在需要探测的含水层或地下水体上的隔水层400进行钻孔开孔（即为探测孔），并盖上孔口帽600，在探测孔下游的一定距离处开一个观测孔700；在电磁阀300关闭的情况下，倒置示踪剂投放装置100，通过充气嘴111向气仓110内充气（普通空气即可），在水仓120内灌入示踪剂；气仓110内充气压强能保证推动示踪剂冲开卡扣开关121，同时也要考虑地下水对卡扣开关121的水压作用，因此气仓110内充气压强要综合考虑偏大一些。

示踪剂投放装置的上部用带钢丝的电缆（数据线）连接，根据钻孔开孔地质资料，将该示踪剂投放装置下沉到指定深度，关闭孔口。通过井上操作处理器200打开电磁阀300，气仓110内的高压气体（惰性气体氮气）喷出后，推动活塞，冲开卡扣开关121，将水仓110中的示踪剂投入水中。在下沉和投放的过程中，还可用摄像头观察井壁情况，根据集成芯片230回传的数据信息，可以知道所观察的井壁的具体方位，同时根据集成芯片230提供的温度和钻孔的倾斜角（即孔斜）信息，可以知道含水层的水温和孔斜情况。

如果是采用带有颜色的示踪剂，则其喷入井内后，还可以通过摄像头123观察示踪剂的流向和液体浓淡的变化。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种示踪剂投放装置，其特征在于：

示踪剂投放装置（100），其用于监测地下水流向、流速以及水下实时温度，并能够投放在含水层或地下水体环境内定点投放示踪剂；

操作处理器（200），通过电缆接收示踪剂投放装置（100）监测到的电信号，并对示踪剂投放装置（100）下达操作指令。

2.根据权利要求1所述的一种示踪剂投放装置，其特征在于：所述示踪剂投放装置（100），其内部设有存储高压气体的气仓（110），装有示踪剂的水仓（120），以及通过释放高压气体推动示踪剂排出的活塞（130）。

3.根据权利要求2所述的一种示踪剂投放装置，其特征在于：所述气仓（110）上安装有充入高压气体的充气嘴（111），以及控制高压气体释放的电磁阀（300）；

所述水仓（120）安装有卡扣开关（121）；所述卡扣开关（121）是指受到水仓（120）内示踪剂挤压力作用，从而被打开，实现示踪剂的投放。

4.根据权利要求3所述的一种示踪剂投放装置，其特征在于：所述示踪剂投放装置（100）上还安装有拍摄水下图像的摄像头（123），以及为摄像头（123）补光的LED灯（122）。

5.根据权利要求4所述的一种示踪剂投放装置，其特征在于：所述示踪剂投放装置（100）内还安装有用于控制电磁阀（300）开启/关闭，以及回传摄像头（123）拍摄图像的集成芯片（230）；

所述集成芯片（230）上还安装有确定方位的电子指南针、确定示踪剂投放装置（100）水平倾斜角的电子陀螺仪、以及监测地下水水温的温度传感器。

6.根据权利要求5所述的一种示踪剂投放装置，其特征在于：操作处理器（200），包括接收处理集成芯片（230）电信号的处理器（220），以及显示集成芯片（230）监测到的数据和摄像头（123）拍摄水下图像的显示器（210）。

7.一种如权利要求3-6任一项所述的一种示踪剂投放装的使用方法，其特征在于：

步骤1）、先在需要探测的含水层或地下水体上的隔水层（400）进行钻孔开孔，并盖上孔口帽（600）；

步骤2）、在电磁阀（300）关闭的情况下，倒置示踪剂投放装置（100），通过充气嘴（111）向气仓（110）内充气，在水仓（120）内灌入示踪剂；气仓（110）内充气压强能保证推动示踪剂冲开卡扣开关（121），同时也要考虑地下水对卡扣开关（121）的水压作用，因此气仓（110）内充气压强要综合考虑偏大一些；

步骤3）、将示踪剂投放装置（100）放置到地下水相应检测位置即可。

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