水力传导率动态监测装置主体机构
阅读：645发布：2020-06-10
专利汇可以提供水力传导率动态监测装置主体机构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种 水 力 传导率动态监测装置主体机构，其特征在于：该装置上设有方 波形 流量生成器和井孔水位记录器，方波形流量生成器包括变速恒流 泵 和上部与大气相通的贮水室，贮水室内设有上方开口的回流室，回流室底部设有通往观 测井 的 回 流管 ，所述的贮水室下部设有与变速恒流泵进水口相联接的出水口，且贮水室联接有与伸入观测井内的抽水管相联接的抽水泵。在应用于 地震 前兆研究中的地下 应力 —应变变化信息动态监测时，本实用新型具有抗干扰和高 信噪比 的特性，而且，较之 地下水 水文学 中测量水力传导率的常规方法和装置而言，也具有快捷简便和可实现精确连续动态监测的优点。，下面是水力传导率动态监测装置主体机构专利的具体信息内容。
所属技术领域
本实用新型涉及一种水力传导率动态监测装置主体机构，特别是一种应用于地 震前兆研究的水力传导率动态监测装置主体机构。
背景技术
地震前地下应力—应变的变化，是近40年来国内外探索地震前兆的基本依据。 现今仍处在探索阶段的各类地震前兆观测手段，其观测的物理量普遍对地下应力— 应变的变化信息不具有特异性，观测结果往往含有某些非应力—应变因素和地表干 扰信息，而试图通过观测资料分析，对地下应力—应变的变化信息和其他信息加以 准确区分，又被长期的实践证明是困难的。这使得地震前地下应力—应变变化情况 的检测结果在不同程度上降低了其可靠性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种水力传导率动态监测装置主体机构，当该装置 安装于观测井上且其变速恒流泵按所设定的两种输出流量并按设定的周期进行两 种运行状态的连续切换时，即可动态测量观测井中对应于二种泄流流量的水位之间 的变化值，从而有利于地震监测人员采用所测得的有关参数应用有关公式计算出水 力传导率或其相对变化量，实现对用于地震前兆研究的地下应力—应变变化信息的 动态监测。
本实用新型是这样构成的，其特征在于：该装置上设有方波形流量生成器和井 孔水位记录器，方波形流量生成器包括变速恒流泵和上部与大气相通的贮水室，贮 水室内设有上方开口的回流室，回流室底部设有通往观测井的回流管，所述的贮水 室下部设有与变速恒流泵进水口相联接的出水口，且贮水室联接有与伸入观测井内 的抽水管相联接的抽水泵。
工作时，方波形流量生成器使满足观测条件的观测井孔分别在按照一定周期进 行切换的恒定流量Q1和Q2二种不同状态下流出地下水，与此同时，井孔水位的变 化呈现与方波形流量等周期的波形，由水位记录器记录井孔水位的动态变化情况。 通过连续测量恒定流量Q1和Q2二种不同状态所对应的井孔平衡水位之差ΔH，该 ΔH值动态测量结果可作为水力传导率动态变化过程的相对量度。
由于岩体受力变形破坏的实质是其孔隙度发生变化，而地下含水层水力传导率 在地下水粘滞性的变化可以忽略的情况下仅仅是含水层岩体孔隙度的函数，所以， 地下深部饱和含水层的水力传导率具有仅对地下应力—应变的变化敏感、对非应力 —应变因素和地表干扰不敏感的特点。因此，在应用于地震前兆研究中的地下应力 —应变变化信息动态监测时，本实用新型具有抗干扰和高信噪比的特性，而且，较 之地下水水文学中测量水力传导率的常规方法和装置而言，也具有快捷简便和可实 现精确连续动态监测的优点。
附图说明
图1是本实用新型实施例构造示意图。
图2是本实用新型实施例的另一种等效构造示意图。
图3是本实用新型实施例工作时生成的方波形流量变化曲线示意图。
图4是本实用新型实施例工作时井孔水位变化曲线及观测输出量ΔH示意图。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种水力传导率动态监测装置主体机构，当该装置 安装于观测井上且其变速恒流泵按所设定的两种输出流量并按设定的周期进行两 种运行状态的连续切换时，即可动态测量观测井中对应于二种泄流流量的水位之间 的变化值，从而有利于地震监测人员采用所测得的有关参数应用有关公式计算出水 力传导率或其相对变化量，实现对用于地震前兆研究的地下应力—应变变化信息的 动态监测。
本实用新型是这样构成的，其特征在于：该装置上设有方波形流量生成器和井 孔水位记录器，方波形流量生成器包括变速恒流泵和上部与大气相通的贮水室，贮 水室内设有上方开口的回流室，回流室底部设有通往观测井的回流管，所述的贮水 室下部设有与变速恒流泵进水口相联接的出水口，且贮水室联接有与伸入观测井内 的抽水管相联接的抽水泵。
工作时，方波形流量生成器使满足观测条件的观测井孔分别在按照一定周期进 行切换的恒定流量Q1和Q2二种不同状态下流出地下水，与此同时，井孔水位的变 化呈现与方波形流量等周期的波形，由水位记录器记录井孔水位的动态变化情况。 通过连续测量恒定流量Q1和Q2二种不同状态所对应的井孔平衡水位之差ΔH，该 ΔH值动态测量结果可作为水力传导率动态变化过程的相对量度。
由于岩体受力变形破坏的实质是其孔隙度发生变化，而地下含水层水力传导率 在地下水粘滞性的变化可以忽略的情况下仅仅是含水层岩体孔隙度的函数，所以， 地下深部饱和含水层的水力传导率具有仅对地下应力—应变的变化敏感、对非应力 —应变因素和地表干扰不敏感的特点。因此，在应用于地震前兆研究中的地下应力 —应变变化信息动态监测时，本实用新型具有抗干扰和高信噪比的特性，而且，较 之地下水水文学中测量水力传导率的常规方法和装置而言，也具有快捷简便和可实 现精确连续动态监测的优点。
附图说明
图1是本实用新型实施例构造示意图。
图2是本实用新型实施例的另一种等效构造示意图。
图3是本实用新型实施例工作时生成的方波形流量变化曲线示意图。
图4是本实用新型实施例工作时井孔水位变化曲线及观测输出量ΔH示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例的特征在于：该装置上设有方波形流量生成器和井孔水位记 录器1，方波形流量生成器包括变速恒流泵2和上部与大气相通的贮水室3，贮水 室内设有上方开口4的回流室5，回流室底部设有通往观测井6的回流管7，所述 的贮水室下部设有与变速恒流泵进水口相联接的出水口8，且贮水室联接有与伸入 观测井内的抽水管9相联接的抽水泵10。
如图2所示是本实用新型的另一等效实施例构造示意图，图中将相并联的两个 恒流泵11、12替代附图1中的变速恒流泵2与贮水室3的出水口8相连接，其他 部分的构造与附图1相同。
在使用安装时，抽水泵、回流管和水位记录器的传感器13置入观测井内。通 过抽水泵的工作，输入贮水室的水流量应不小于变速恒流泵工作时输出的最大流量 Q2，以保证贮水室内的水面保持在与回流室的上方开口等高的固定高度上，使变 速恒流泵有一个稳定的输入水头压力。
本实用新型实施例工作过程和原理如下：
开启抽水泵，把井孔内的地下水经抽水管输入贮水室，再经回流室和回流管流 回井孔内。变速恒流泵按照设置的工作程序周期性地在恒定流量Q1和Q2二种状态 下交替运行，使井孔内的地下水按照附图3的方波形曲线所示的流量变化形态排出 井孔外。水位记录器在工作状态下记录井孔水位。由附图4曲线所示的与方波形流 量等周期的水位波记录结果，测量其波幅ΔH，即得本实用新型的观测输出量。 在观测井孔具有合适水文地质条件的情况下，把地下水动力学中的达西定律 应用于井孔-含水层水力体系，经推导得到 式中k对于结构稳定的井孔并在设定的工作状态下为常数；ΔQ为恒定流量Q2与Q1 之差，也是常数。可见观测输出量ΔH可作为井孔外周含水层水力传导率K动态变 化的相对量度；若通过观测系统标定求出常数k的数值，亦可进一步换算得到水力 传导率K的绝对值。或者，也可采用单位流量水位降D来描述水力传导率的相对变 化： 由式(1)、(2)和(3)可知： 从上式易见，D是井孔状态和含水层水力传导率的函数，是井孔透水能力的量度， 可称之为“井孔渗透阻抗”。在观测系统设置的恒定流量Q1和Q2变动范围不大的情 况下，以“井孔渗透阻抗”作为观测输出量，其与ΔH具有同样物理意义且更为适 用。
本实用新型使用时，要求观测井孔具有合适的水文地质条件，同时要求观测系 统的条件参数合理设置并在确定后基本保持不变，所以上述达西定律的应用是成立 的。
由于水力传导率是含水层孔(裂)隙度和流体性质的函数，在深部地下水的流 体性质的变化可以忽略的情况下，则水力传导率仅仅是含水层孔(裂)隙度的函数。 又由于岩体受力变形破坏的实质是其孔隙度发生变化，在含水层位于地下足够深的 情况下，地表附加应力等因素的变化对含水层孔(裂)隙度的影响可以忽略，以及 在保持井孔壁孔(裂)隙处于稳定的清洁状态时，则井孔外周含水层孔(裂)隙度 的变化仅仅受制于地下应力—应变状态。由此可见，在上述相关条件下，水力传导 率的变化仅仅与地下应力—应变状态有关。因此，本实用新型应用于地震前兆研究 时，为连续检测地下应力—应变微动态信息提供了一种具有明显优势的有效手段， 此外也可望为其他某些需要动态监测地下应力—应变变化情况的场合提供一种新 的途径。
为了满足上述使观测井的井孔壁孔(裂)隙保持稳定的清洁状态的条件，流量 Q1和Q2宜设置为适当值，通过适当大的连续水流使井孔壁孔(裂)隙达到持续清 洗的效果，同时还可定期或不定期地对观测井进行专门的清洗。
当采用如附图2所示的实施例构造，即以并联的恒流泵11和12替代自动变速 恒流泵2时，恒流泵11和12的工作流量分别设为Q1和Q2，二者按照一定周期交 替工作；或者恒流泵11工作流量设为Q1连续工作，恒流泵12工作流量设为ΔQ(Q2 与Q1之差)按照一定周期间歇性工作，其输出流量的变化曲线同样为如附图3所示 的方波形。
所述的方波形流量生成器的自动控制系统和水位记录器的自动记录系统，在现 有成熟的数字技术支持下，本实用新型可构成一种数字化观测仪器。
本实用新型的实施例构思新颖、原理科学、设计合理、测量精确、观测物理量 对地下应力—应变的变化信息具有特异性，其应用前景乐观。
如图2所示是本实用新型的另一等效实施例构造示意图，图中将相并联的两个 恒流泵11、12替代附图1中的变速恒流泵2与贮水室3的出水口8相连接，其他 部分的构造与附图1相同。
在使用安装时，抽水泵、回流管和水位记录器的传感器13置入观测井内。通 过抽水泵的工作，输入贮水室的水流量应不小于变速恒流泵工作时输出的最大流量 Q2，以保证贮水室内的水面保持在与回流室的上方开口等高的固定高度上，使变 速恒流泵有一个稳定的输入水头压力。
本实用新型实施例工作过程和原理如下：
开启抽水泵，把井孔内的地下水经抽水管输入贮水室，再经回流室和回流管流 回井孔内。变速恒流泵按照设置的工作程序周期性地在恒定流量Q1和Q2二种状态 下交替运行，使井孔内的地下水按照附图3的方波形曲线所示的流量变化形态排出 井孔外。水位记录器在工作状态下记录井孔水位。由附图4曲线所示的与方波形流 量等周期的水位波记录结果，测量其波幅ΔH，即得本实用新型的观测输出量。 在观测井孔具有合适水文地质条件的情况下，把地下水动力学中的达西定律 应用于井孔-含水层水力体系，经推导得到 式中k对于结构稳定的井孔并在设定的工作状态下为常数；ΔQ为恒定流量Q2与Q1 之差，也是常数。可见观测输出量ΔH可作为井孔外周含水层水力传导率K动态变 化的相对量度；若通过观测系统标定求出常数k的数值，亦可进一步换算得到水力 传导率K的绝对值。或者，也可采用单位流量水位降D来描述水力传导率的相对变 化： 由式(1)、(2)和(3)可知： 从上式易见，D是井孔状态和含水层水力传导率的函数，是井孔透水能力的量度， 可称之为“井孔渗透阻抗”。在观测系统设置的恒定流量Q1和Q2变动范围不大的情 况下，以“井孔渗透阻抗”作为观测输出量，其与ΔH具有同样物理意义且更为适 用。
本实用新型使用时，要求观测井孔具有合适的水文地质条件，同时要求观测系 统的条件参数合理设置并在确定后基本保持不变，所以上述达西定律的应用是成立 的。
由于水力传导率是含水层孔(裂)隙度和流体性质的函数，在深部地下水的流 体性质的变化可以忽略的情况下，则水力传导率仅仅是含水层孔(裂)隙度的函数。 又由于岩体受力变形破坏的实质是其孔隙度发生变化，在含水层位于地下足够深的 情况下，地表附加应力等因素的变化对含水层孔(裂)隙度的影响可以忽略，以及 在保持井孔壁孔(裂)隙处于稳定的清洁状态时，则井孔外周含水层孔(裂)隙度 的变化仅仅受制于地下应力—应变状态。由此可见，在上述相关条件下，水力传导 率的变化仅仅与地下应力—应变状态有关。因此，本实用新型应用于地震前兆研究 时，为连续检测地下应力—应变微动态信息提供了一种具有明显优势的有效手段， 此外也可望为其他某些需要动态监测地下应力—应变变化情况的场合提供一种新 的途径。
为了满足上述使观测井的井孔壁孔(裂)隙保持稳定的清洁状态的条件，流量 Q1和Q2宜设置为适当值，通过适当大的连续水流使井孔壁孔(裂)隙达到持续清 洗的效果，同时还可定期或不定期地对观测井进行专门的清洗。
当采用如附图2所示的实施例构造，即以并联的恒流泵11和12替代自动变速 恒流泵2时，恒流泵11和12的工作流量分别设为Q1和Q2，二者按照一定周期交 替工作；或者恒流泵11工作流量设为Q1连续工作，恒流泵12工作流量设为ΔQ(Q2 与Q1之差)按照一定周期间歇性工作，其输出流量的变化曲线同样为如附图3所示 的方波形。
所述的方波形流量生成器的自动控制系统和水位记录器的自动记录系统，在现 有成熟的数字技术支持下，本实用新型可构成一种数字化观测仪器。
本实用新型的实施例构思新颖、原理科学、设计合理、测量精确、观测物理量 对地下应力—应变的变化信息具有特异性，其应用前景乐观。
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