一种远程监测地下水渗流速度的装置及监测方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，尤其是一种远程监测地下水渗流速度的装置及监测方法。

背景技术：

随着我国人口的日益增加，人们对于水资源的需求也越来越高，由于地下水的过度开采，导致地下水资源利用情况也发生了变化。此外，地下水污染问题也日渐严重，所以地下水资源的合理开采与污染防治成为当今各国学者研究的焦点。从研究的角度而言，开发利用地下水资源的前提必须是充分了解并掌握地下水文参数，其中地下水渗流速度是非常重要的参数之一。掌握地下水渗流速度，不仅是研究合理开采利用地下水资源和地下水污染防治的重要内容，还可以为地下空间工程建设提供切实的保障。

目前，测量地下水渗流速度的方法主要有探针法、电位法、静水位测井法和多普勒流速仪法。探针法在测量地下水渗流速度时，探针表面以及周围常常会发生热扰动，因而经常会导致测量结果产生较大的误差；应用电位法测量地下水渗流速度时往往需要考虑诸多的因素，例如测量的季节、岩性的均匀性以及井孔的选择，此外，电位法还受地质导电率、地质和地貌等因素的影响。静水位测井法是一种非接触测量的方法，由于其对钻井设备、地质构造和流速流向等要求较高，因而在工程中应用并不广泛。多普勒流速仪是一种利用激光或者声束的多普勒效应来测量流体流速的一种仪器，虽然也是一种非接触式测量的方法，但是其测量的为示踪离子的速度，并非真实的地下水渗流速度，因而测量结果往往存在较大的误差。

近年来，随着测温技术的应用，以及测温设备精度的提高，一些学者开始将温度示踪法应用于地下水渗流速度的研究当中。温度作为天然的示踪剂，具有无污染、成本低和易于观测等独特的优势，因而广泛应用于地表水与地下水交换研究当中。然而，目前尚缺少一种利用测温度来得到地下水渗流速度的仪器，且传统的测量地下水渗流速度的仪器需要人在现场进行持续的观测，或者需经长途跋涉存取存储设备，造成了极大的不便，因此需要一种能够远程实测监测并且能够获取数据的测量地下水渗流速度的装置。

技术实现要素：

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种远程监测地下水渗流速度的装置及监测方法，解决了现有技术中存在的测量地下水渗流速度程序繁琐、耗时耗力且测量误差大的问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种远程监测地下水渗流速度的装置，包括控制器，控制器下部连接数据采集输出线，接数据采集输出线上每隔一段距离设有温度传感器，接数据采集输出线下部与底座连接，接数据采集输出线外部设有套筒，控制器通过套筒与底座连接，套筒上每隔一段距离设有水流交换孔，水流交换孔与温度传感器配合。

作为优选，控制器上设有电源开关和防水充电孔。

作为优选，防水充电孔通过太阳能供电插头与太阳能供电装置相连接。

作为优选，控制器依次通过导线连接电源模块、计时模块、数据采集模块、控制模块和无线通信模块，无线通信模块通过导线连接云端服务器并将数据无线传输至pc终端。

作为优选，套筒可以是两个以上，套筒两端均设有可拆卸螺丝，套筒之间以及套筒与控制器之间均通过连接件连接。

作为优选，水流交换孔外设有滤网。

一种采用以上装置的远程监测地下水渗流速度的方法，包括以下步骤：

1)选定所要研究的区域，确定监测井布设位置，再确定所要监测地下水渗流速度的深度，利用钻井设备在所要监测的位置钻有一定深度的监测井，并将组装好的地下水速度测量装置放置于监测井中；

2)将太阳能供电插头与防水充电孔连接，以实现对地下水渗流速度监测装置的持续供电；

3)设定监测时间间隔m小时；

4)开启电源开关，计时模块开始工作，数据采集模块按照设定的监测时间间隔实时获取温度传感器的温度信息，并将此温度信息传输至控制模块，控制模块再将此温度信息传输至无线通信模块，无线通信模块通过无线传输将温度信息上传至云端服务器，pc终端从云端服务器中获取实时的温度信息；

5)将获取的实时温度信息读入到已编程好的计算程序当中，对相关参数进行设定，进而可以计算得到地下水渗流速度。

发明有益的效果是：本发明提供一种远程监测地下水渗流速度的装置及监测方法，可以实现远程监测地下水渗流速度，以及克服了传统的测量方法上的耗时耗力、成本高、误差大等缺点，为相关领域的科研工作人员提供了一种便利监测地下水渗流速度的解决方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制器模块示意图；

图3是本发明的控制器连接温度传感器和底座示意图；

图4是本发明的套筒与连接件连接示意图；

图5是本发明的滤网布置图；

图6是本发明的实施例安装示意图；

图7是本发明的实施例地下水渗流速度监测结果图；

附图标记说明：控制器1，电源开关2，防水充电孔3，太阳能供电装置4，连接件5，一号套筒6，二号套筒7，三号套筒8，四号套筒9，底座10，水流交换孔11，滤网12，电源模块13，计时模块14，数据采集模块15，控制模块16，无线通信模块17，云端服务器18，pc终端19，数据采集输出线20，温度传感器21，可拆卸螺丝22，太阳能供电插头23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

其结构如图1所示，包括控制器1，控制器1上设有电源开关2和防水充电孔3。如图2所示，控制器1包括依次通过导线连接电源模块13、计时模块14、数据采集模块15、控制模块16和无线通信模块17，无线通信模块17通过导线连接云端服务器18将数据无线传输至pc终端19。如图3所示，控制器1下部连接数据采集输出线20，在数据采集输出线20上每隔一定距离设置有温度传感器21。数据采集传输线20下部固定连接底座10，可以防止底部淤泥进入套筒，另外还以作为数据采集传输线20的固定端，防止地下水流对温度传感器21的扰动。

防水充电孔3通过太阳能供电插头23与太阳能供电装置4相连接，以实现对地下水渗流速度监测装置的持续供电。数据采集输出线20外部分别设置有一号套筒6、二号套筒7、三号套筒8、四号套筒9，一号套筒6与控制器1下部通过连接件5连接，二号套筒7与一号套筒6通过连接件5连接，三号套筒8与二号套筒7通过连接件5连接，四号套筒9与三号套筒8通过连接件5连接，套筒上均设置有可拆卸螺丝22，如图4所示。连接件5连接各套筒，直至与底部底座10相衔接。套筒上每隔一定的距离设置水流交换孔11，从而使的地下水能够渗入到套筒中，在水流交换孔11外部包裹一层滤网12，可以防止泥土进入套筒或者阻塞水流交换孔11，如图5所示。

一种远程监测地下水渗流速度的监测方法，采用上述装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1：选定所要研究的区域，确定监测井布设位置，再确定所要监测地下水渗流速度的深度，利用钻井设备在所要监测的位置钻有一定深度的监测井，并将组装好的地下水速度测量装置放置于监测井中；

步骤2：将太阳能供电插头23与防水充电孔3连接，以实现对地下水渗流速度监测装置的持续供电；

步骤3：设定监测时间间隔m小时；

步骤4：开启电源开关2，计时模块14开始工作，数据采集模块15按照设定的监测时间间隔实时获取温度传感器21的温度信息，并将此温度信息传输至控制模块16，控制模块16再将此温度信息传输至无线通信模块17，无线通信模块17通过无线传输将温度信息上传至云端服务器18，pc终端19从云端服务器18中获取实时的温度信息；

步骤5：将获取的实时温度信息读入到已编程好的计算程序当中，对相关参数进行设定，进而可以计算得到地下水渗流速度。

实施例：

一种远程监测地下水渗流速度的装置，由于设置了套筒可拆可接，因而监测地下水渗流速度的装置整体长度可由具体要测量的深度来灵活改变，本实施例选以4个套筒，以某一监测点为例；

步骤1：假定所要研究的区域为一河流的地下水，监测井布置在河流中央位置，所要监测的地下水渗流速度的深度为从上往下的第一个监测点(0.2m)和第二个监测点(0.5m)之间的渗流速度，其深度为0.35m，利用钻井设备在所要监测的位置钻有一定深度的监测井，并将组装好的地下水速度测量装置放置于监测井中，如图6所示；

步骤2：将太阳能供电插头23与防水充电孔3连接，以实现对地下水渗流速度监测装置的持续供电；

步骤3：设定监测时间间隔1小时；

步骤4：开启电源开关2，计时模块14开始工作，数据采集模块15按照设定的监测时间间隔1小时实时获取温度传感器21的温度信息，并将此温度信息传输至控制模块16，控制模块16再将此温度信息传输至无线通信模块17，无线通信模块17通过无线传输将温度信息上传至云端服务器18，pc终端19从云端服务器18中获取实时的温度信息，假定获得的数据如表1所示。

表1第一个监测点和第二个监测点实时接收数据

步骤5：将获取的实时温度信息读入到已编程好的计算程序当中，对相关参数进行设定，如表2所示，进而可以计算得到地下水渗流速度，如图7所示，负值表示渗流流速向上，正值表示渗流流速向下。

表2相关计算参数

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。