农业灌溉井水位埋深的快速测算方法与流程

本发明涉及地下水资源评价与测量技术领域，是一种计量方法，是一种地下水位的动态监测系统，尤其涉及农业灌溉井水位埋深的测量方法。

背景技术：

灌溉井的水位埋深是地下水资源评价与保护的重要依据，是实现地下水动态监控的必要保障。

灌溉井水位埋深的定义是井中水面至地表井口的距离。在测算井灌区农业灌溉用水量和用电量的过程中，灌溉井水位埋深成为其主要参数。现有水井水位埋深测量仪器中，传统的测量方法采用绳测法，此方法测量误差较大；高精度的声波水位仪器不仅价格昂贵，而且在实际操作中受外界信号干扰大，需要反复校准。

技术实现要素：

为了改进现有的技术问题，本发明提出了一种农业灌溉井水位埋深的快速测算方法，不借助特定探测仪，对农业灌溉井水位埋深的快速测量。

本发明的目的是这样实现的：

农业灌溉井水位埋深的快速测算方法，包括以下过程：自井口做自由落体运动的重物，重物释放前需敲击一下井口上沿，释放位置与农业灌溉井口处于同一高度，记录重物自由落体的全过程需开启录音采集器，录音采集器具备清晰的录音功能，处理记录的音频文件。

录音采集器在重物敲击井口上沿即处于开启状态，在重物落入井自由水面仍处于开启状态。

使用上述计量设备进行农业灌溉井水位埋深的快速测算方法，包括以下步骤：

选择数据采集的步骤：用于根据实验要求，选择相同农业灌溉井、气温、风速和相对安静环境，做连续重复对照实验；

录音的步骤：用于对重物发出两次声音时间间隔的准确测量，重物敲击井口上沿前手机声音采集器处于开启状态，人耳听到重物落入自由水面后停止声音采集；

记录员神经反映延迟的分析：用于对测量人员的神经反应误差进行分析，计算重物敲击井边壁到人手以“0”速度释放重物，使其自由下落的时间间隔。

音频软件处理录音文件的步骤：用于对重物做自由落体运动时间的准确分析测量，通过音频处理软件精确计算重物自由落体所用时间；

声音采集设备在每次实验过程中均处于开启状态，计时设备可精确到0.01秒；

两个声音节点的时间间隔T’为：重物敲击井口上沿发出第一个声音节点，重物落入井自由水面后发出第二个声音节点，而时间间隔T’又受重物做自由落体运动时间t₁、声音自井底传至井口时间t₂和人神经反应时间Δt，T’＝t1+t2+Δt；

计算重物做自由落体运动时间为：依据物体自由落体运动公式H＝1/2gt₁²，重物自由落体运动时间t₁为井水位埋深H的函数：

$t_1=\sqrt{\frac{2H}{g}}$

计算声音自井底传至井口时间：依据声音在空气中的传播速度公式H＝C·t₂，声音自井底传至井口时间t₂为井水位埋深H的函数，t₂＝H/C。

考虑人的神经反应延迟(经过多次率定取平均值，Δt一般取0.05～0.1s)，计算两个声音节点之间的理论时间差T’：

$T^{\′}=\sqrt{\frac{2H}{g}}+\frac{H}{C}+\mathrm{\Δ}t;$

求解一元二次方程即可得到农业灌溉井水位埋深H1、H2；剔除不合理值即得到埋深值。

本发明提供的农业灌溉井水位埋深的快速测算方法，通过录音采集器记录重物自井口至井水面的全过程，利用音频处理软件计算出石头做自由落体运动和重物落水声音传播至井口的总历时，在不借助特定探测仪的条件下实现对农业灌溉井水位埋深的快速测量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的测试方法示意图；

图2是实施例声音分析结果。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种农业灌溉井地下水位埋深的测量方法，包括：观测人员1，以静止状态释放重物2，手机录音采集器3，所述重物落入井自由水面后的声音传到井口后关闭手机录音采集器3，所述手机录制的音频文件4传输至便携式笔记本电脑5，如图1所示。

本实施例的工作原理是：依据物体自由落体运动原理和声波测距原理，通过农业灌溉井地下水位埋深H与物体自由落体运动时间t₁、声音自井底至井口传播时间t₂建立关系，便携式笔记本电脑分析测得的总历时T’＝t₁+t₂+Δt，联立方程求解井深H。

本实施例所述的水井，可以是农业、林业灌溉用水井，或者水位埋深较深的饮用水水源井。对水井要进行井壁连通性的检测，确保重物自由落体运动过程中无障碍物阻挡。重物的运行轨迹如图1中虚线所示，在实验中选取同一口水井做连续重复对照实验。

本实施例的关键在于所述的重物释放高度应与井口上沿高度一致，观测人员1在敲击重物之前开启手机录音采集器3，听到重物落入水面传来声音关闭手机录音采集器3，并保存所述录制的音频文件。

本实施例所测量的井水位埋深，与重物自由落体运动时间t₁和声音自井底传至井口时间t₂有关。因此，可以借助手机录音采集器记录实验时间，所述手机录音采集器对外界声音、时间实现数字存储，所述录制的音频文件可以用多媒体软件反复播放，便携式笔记本电脑装有音频播放分析软件，可将记录时间精确到0.01秒。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于时间间隔记录步骤的细化。本实施例所述的时间间隔T’记录设备是手机录音采集器，所述手机录音采集器与井口处于同一高度。所述实验步骤是：开启手机录音采集器，重物敲击井口上沿后又静止释放，待观测人员听到重物落入井自由水面5秒后，关闭手机录音采集器并保存音频文件，做多次重复实验。

为提高时间间隔记录的精准性和清晰度，在便携式笔记本电脑分析所述录制的音频文件时，以重物敲击井口上沿发出的声音作为记录起始点，以传至井口的重物落水声作为记录终止点，计算两声音节点间的时间间隔。如图2所示。

实施例三：

本实施例是实施例二的改进，是实施例二实验环境的细化。本实施例所述的实验条件是声音强度小于等于50分贝的环境，避免噪声过大影响手机声音采集设备的录音质量，保证所述的音频文件完整、清晰。

为降低人为因素干扰，保证记录人员第一时间辨别出重物落水传至井口的声音，减少人神经反应延迟，取0.05～0.1秒的人反应停顿间隔。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案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(比如系统的连接方式、各个连接关系、步骤的先后顺序等)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。