CN112859184A - 一种地下水流场监测***及方法 - Google Patents

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童夏敏
王彤宇
王智国
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    • G01V3/40—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for measuring magnetic field characteristics of the earth

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Abstract

本发明公开了一种地下水流场监测***及方法，属地下水流场监测技术领域。***包括分别在岩土层和在地下水运移方向埋设的渗透传感单元、释水传感单元、CAN总线数据采集器、通信分站和监测器。将渗透传感单元和释水传感单元设置在地下水通道中，通过CAN总线数据采集器采集这些传感器的监测数据，利用通信分站将监测数据输出到监测中心，通过监测器显示地下水流场的数据，实现对地下水流动态参数的监测，对水资源的保护和利用，以及地下水污染的防控具有重要的意义。

Description

一种地下水流场监测***及方法
技术领域
本发明涉及一种地下水流场监测***及方法，尤其是一种适用于地下水渗透和储存参数的采集和监测***及方法。
背景技术
地下水监测***是掌握地下水动态信息、开展地下水管理和保护、实施水资源优化配置和合理开发利用的重要科学基础。地下水资源较地表水资源复杂，因此地下水本身质和量的变化以及引起地下水变化的环境条件和地下水的运移规律不能直接观察，同时，地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降是缓变型的，一旦积累到一定程度，就成为不可逆的破坏。我国对地下水的监测非常重视，国土资源部将建成10168个地下水监测点，水利部将建成10298个地下水监测点。但是这些监测点大多采取人工采集水样进行分析的方法，不能及时掌握地下水的动态信息，国内也有实时监测的地下水监测***，监测的参数一般比较单一，难以掌握地下水流的动态信息。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种基于复合传感器***的地下水流场动态参数监测的***，以解决地下水流场渗透和储存参数的实时监测问题。
技术方案：本发明的一种地下水流场监测***，包括分别在岩土层和在地下水运移方向埋设的渗透传感单元、释水传感单元、CAN总线数据采集器、通信分站和监测器；所述的渗透传感单元和释水传感单元的输出端连接CAN总线数据采集器的输入端，所述的CAN总线数据采集器的输出端连接通信分站的输入端，所述的通信分站将监测到的数据输出到监测中心的监测器，通过监测器显示出地下水流场的动态参数。
所述的渗透传感单元包括电导率传感器和与电导率传感器相连的水分传感器。
所述的释水传感单元包括由若干不同方向的压力传感器组成。
本发明的一种地下水流场监测方法，利用渗透传感单元和释水传感单元作为复合传感器***，渗透传感单元检测的最终参数是渗透系数，释水传感单元检测的最终参数是释水系数，具体检测方法为间接检测法，即通过组成渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器获得的数据，计算出渗透系数；通过组成释水传感单元的压力传感器获得的数据，计算出释水系数；具体计算方法为：
(1)渗透系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，然后在地下水运移方向，距离第一组渗透传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，通过监测，如果发现第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器开始变化时，测得第一组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D1，第二组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D2，并开始计时，接着监测第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，一直监测到第二组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据变化趋于稳定且接近于第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据时，记录这段时间为t1，所需的渗透系数K则为：
K＝(D2-D1)LM/t1
式中：M为渗透传感单元埋设区域的含水层厚度，通过地质勘探信息预先获得的数据；
(2)释水系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组释水传感单元的六个压力传感器，分别布置在一立方米的正方体的六个面中心点，压力传感器的受压面为正方体中心的反向；然后沿地下水运移方向，距离第一组传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的六个压力传感器，布置方式与前面六个压力传感器相同。通过监测，如果发现第一组释水传感单元的压力传感器开始变化时，测得第一组释水传感单元的多个压力传感器的参数，选择其中最大压力值记为P1，并开始计时，接着监测第二组释水传感单元的压力传感器，经过时间t2开始记录第二组释水传感单元的压力传感器数据，选择其中的最大值记为P2，则所需的释水系数S为：
S＝(P2-P1)MK/t2
式中：K为通过渗透传感单元监测的渗透系数。
有益效果，由于采用了上述技术方案，本发明能够实现地下水流场动态参数的实时监测，其结构简单，方法简便，使用方便，效果好，对地下水的开发利用及污染防控具有重要的意义。与传统的监测方法相比，能及时掌握地下水的动态信息，有利于地下水资源的控制和利用。适应于复杂地质条件下地下水流场动态参数的监测，在本技术领域内具有广泛的实用性。其主要优点有：
1)通过简单的多种传感器组合，构成复合传感单元，并通过科学的计算，能获得地下水流场中渗透系数的关键数据；
2)利用多向压力传感器阵列构成的传感单元，并通过科学的计算，能获得地下水流场中释水系数的关键数据；
3)所获得的地下水流场渗透系数和储存参数，与传统方法相比，更及时，更方便，有利于掌握地下水的动态信息。
附图说明
图1是本发明的地下水流场监测***结构图。
图1中：1-渗透传感单元；2-释水传感单元；3-CAN总线数据采集器；4-通信分站；5-监测器。
图2是本发明的地下水流场监测***的原理框图。
图2中：C1,C2---电导率传感器，W1，W2--水分传感器，P1-P12--压力传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进下步的描述：
本发明的一种地下水流场监测***，主要由分别在岩土层和在地下水运移方向埋设的渗透传感单元1、释水传感单元2、CAN总线数据采集器3、通信分站4和监测器5构成；所述的渗透传感单元1和释水传感单元2的输出端连接CAN总线数据采集器3的输入端，所述的CAN总线数据采集器3的输出端连接通信分4站的输入端，所述的通信分站4经数据线或无线连接监测器5，将监测到的数据输出到监测中心的监测器5，通过监测器显示出地下水流场的动态参数。所述的渗透传感单元1包括电导率传感器和与电导率传感器相连的水分传感器。所述的释水传感单元2包括2组压力传感器，每组由六个不同方向的压力传感器组成，分别布置在一立方米的正方体的六个面中心点。渗透传感单元1中的电导率传感器的型号为SUNTEX的传感器；渗透传感单元1中的水分传感器的型号为YDSC-A01的传感器；释水传感单元2中的压力传感器的型号为AE-S的压力传感器；CAN总线数据采集器3的为GCAN-401。通信分站4的型号为KT158的煤矿无线通信设备；监测器5的型号为PWS6600S。
本发明的地下水流场监测***的监测方法：利用渗透传感单元和释水传感单元作为复合传感器***，渗透传感单元检测的最终参数是渗透系数，释水传感单元检测的最终参数是释水系数，具体检测方法为间接检测法，即通过组成渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器获得的数据，计算出渗透系数；通过组成释水传感单元的压力传感器获得的数据，计算出释水系数；具体计算方法为：
(1)渗透系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，然后在地下水运移方向，距离第一组渗透传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，通过监测，如果发现第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器开始变化时，测得第一组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D1，第二组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D2，并开始计时，接着监测第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，一直监测到第二组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据变化趋于稳定且接近于第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据时，记录这段时间为t1，所需的渗透系数K则为：
K＝(D2-D1)LM/t1
式中：M为渗透传感单元埋设区域的含水层厚度，通过地质勘探信息预先获得的数据；
(2)释水系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组释水传感单元的六个压力传感器，分别布置在一立方米的正方体的六个面中心点，压力传感器的受压面为正方体中心的反向；然后沿地下水运移方向，距离第一组传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的多个压力传感器，布置方式与前面六个压力传感器相同。通过监测，如果发现第一组释水传感单元的压力传感器开始变化时，测得第一组释水传感单元的六个压力传感器的参数，选择其中最大压力值记为P1，并开始计时，接着监测第二组释水传感单元的压力传感器，经过时间t2开始记录第二组释水传感单元的压力传感器数据，选择其中的最大值记为P2，则所需的释水系数S为：
S＝(P2-P1)MK/t2
式中：M为释水传感单元2埋设区域的含水层厚度，是通过地质勘探手段预先获得的数据，K为通过渗透传感单元1监测的渗透系数。

Claims (10)

1.一种地下水流场监测***，其特征是：监测***包括分别在岩土层和在地下水运移方向埋设的渗透传感单元、释水传感单元、CAN总线数据采集器、通信分站和监测器；所述的渗透传感单元和释水传感单元的输出端连接CAN总线数据采集器的输入端，所述的CAN总线数据采集器的输出端连接通信分站的输入端，所述的通信分站将监测到的数据输出到监测中心的监测器，通过监测器显示出地下水流场的动态参数。
2.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***，其特征是：所述的渗透传感单元包括电导率传感器和与电导率传感器相连的水分传感器。
3.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的释水传感单元包括由若干不同方向的压力传感器组成。
4.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的渗透传感单元1中的电导率传感器的型号为SUNTEX的传感器。
5.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的渗透传感单元1中的水分传感器的型号为YDSC-A01的传感器。
6.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的释水传感单元2中的压力传感器的型号为AE-S的压力传感器。
7.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的CAN总线数据采集器3的为GCAN-401。
8.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的通信分站4的型号为KT158的煤矿无线通信设备。
9.根据权利要求1所述的一种地下水流场监测***：其特征是：所述的监测器5的型号为PWS6600S。
10.根据权利要求1、2或3所述的一种地下水流场监测***的监测方法，其特征是：利用渗透传感单元和释水传感单元作为复合传感器***，渗透传感单元检测的最终参数是渗透系数，释水传感单元检测的最终参数是释水系数，具体检测方法为间接检测法，即通过组成渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器获得的数据，计算出渗透系数；通过组成释水传感单元的压力传感器获得的数据，计算出释水系数；具体计算方法为：
(1)渗透系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，然后在地下水运移方向，距离第一组渗透传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，通过监测，如果发现第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器开始变化时，测得第一组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D1，第二组渗透传感单元的电导率传感器的参数为D2，并开始计时，接着监测第二组渗透传感单元的电导率传感器和水分传感器，一直监测到第二组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据变化趋于稳定且接近于第一组渗透传感单元的水分传感器和电导率传感器数据时，记录这段时间为t1，所需的渗透系数K则为：
K＝(D2-D1)LM/t1
式中：M为渗透传感单元埋设区域的含水层厚度，通过地质勘探信息预先获得的数据；
(2)释水系数的检测方法：首先在岩土层某个位置埋设第一组释水传感单元的六个不同方向的压力传感器，分别布置在一立方米的正方体的六个面中心点，压力传感器的受压面为正方体中心的反向；然后沿地下水运移方向，距离第一组传感器埋设地点位置L远的地方埋设第二组渗透传感单元的六个压力传感器，布置方式与前面六个压力传感器相同。通过监测，如果发现第一组释水传感单元的压力传感器开始变化时，测得第一组释水传感单元的多个压力传感器的参数，选择其中最大压力值记为P1，并开始计时，接着监测第二组释水传感单元的压力传感器，经过时间t2开始记录第二组释水传感单元的压力传感器数据，选择其中的最大值记为P2，则所需的释水系数S为：
S＝(P2-P1)MK/t2
式中：K为通过渗透传感单元监测的渗透系数。
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