[发明专利]一种河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置及方法

权利要求书

1.一种河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，包括保温套管和金属杆（10），所述金属套管包括外管（1）和内管（2），所述内管（2）设置在所述外管（1）中，所述内管（1）和外管（2）之间具有夹层，所述内管（2）上设置有若干第一通孔，所述夹层中与所述第一通孔相对应的位置设置有第一温度传感器（4），所述夹层的底部设置有第一压力传感器（5），所述内管（2）的下端设置有压力测试孔，所述压力测试孔连通所述第一压力传感器（5）的进水口，所述夹层的下端封闭，所述夹层中设置有保温层（3），所述保温套管的上部设置有进水孔，所述进水孔连通潜水泵（9），所述进水孔的上方设置有溢水孔，所述溢水孔连通溢流导管（8）；所述金属杆（10）上设置有刻度，所述金属杆（10）伸入所述保温套管，所述金属杆（10）伸入所述保温套管的一端设置有第一金属圆盘（15），所述第一金属圆盘（15）上设置有多个第二通孔，所述第一金属圆盘（15）的上方设置有第二金属圆盘（16），所述第二金属圆盘（16）上设置有多个第三通孔，所述第一金属圆盘（15）和第二金属圆盘（16）的外侧设置有网罩（14），所述网罩（14）内设置有第二压力传感器（11）、第二温度传感器（12）和热电阻丝（13）。

2.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述保温层（3）为聚氨酯层。

3.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述内管（1）和外管（2）之间夹层的下端设置有圆环，所述圆环的内径与所述内管（2）的内径相同，所述圆环的外壁为斜面。

4.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述第一通孔沿所述内管（2）的轴向均匀分布，相邻所述第一通孔分别设置在所述内管（2）轴线的两侧。

5.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述第一压力传感器（5）和第二压力传感器（11）的进水口处设置有泥沙过滤网。

6.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述金属杆（10）的刻度零点为所述金属杆（10）与所述第一金属圆盘处，由下向上标示刻度。

7.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，还包括温控仪，所述温控仪连接所述热电阻丝（13）。

8.如权利要求1所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，还包括信号数据采集装置和数据处理装置，所述信号采集装置用于采集第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器和第二压力传感器的输出信号，所述数据处理装置通过所述信号采集装置采集到的信号获得保温套管内土柱的渗透系数。

9.如权利要求7所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，其特征在于，所述数据采集装置为组合式信号巡检仪。

10.一种河床浅层沉积物垂向渗透系数测试方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的河床浅层沉积物垂向渗透系数测试装置，测量时，将所述保温套管竖直插入河床，所述金属杆（10）的底端接触所述保温套管内水沙界面，所述金属杆（10）底端的所述热电阻丝（13）加热所述网罩内水体，使所述水体形成稳定的热水层，所述水体在稳定的水力梯度作用下向下渗透，不同时刻沿水流方向上的温度值与土柱的垂向渗透系数通过下式计算得到：

Ti(xi,t)=T02erfc(xi-KJt2KWλtcw)+exp(cwKJxiKwλ)erfc(xi+KJt2kwλtcw)]]>

其中，x_i为土柱内水土界面以下第i个所述第一温度传感器（4）与水土界面的垂向距离；T₀(x_i,t)为对应的xi点处t时刻的所述第一温度传感器（4）的温度值；t为时间；T₀为所述金属杆（10）下端网罩内所述第二温度传感器（12）的温度值；K为待测土柱的垂向渗透系数；J为所述第二压力传感器（11）与第一压力传感器（5）测量值的差与土柱长度的比值，其中，土柱长度通过所述保温套管的总长度减去所述金属杆（10）伸入所述保温套管的长度得到；K_wλ与c_w均为常数值，K_wλ为热水弥散系数，c_w为水比热容，erfc为余误差函数。