[发明专利]地下水监测井中垂直流量测定装置及其流速仪和探测方法

说明书

技术领域

本发明属于地下水文地质监测领域，具体涉及地下水监测井中垂直流量测试装置。

背景技术

地下含水层在低渗透地质单元或断裂层处的地壳运动中被低渗透率的隔水层阻断为两个不同压力的地下水层，形成地下含水层压力梯度，在隔水层间隙处由于压力梯度的存在会形成自下而上的垂直流量。地下水自下而上的水体流动在隔水层处会形成稳定的垂直流速、地下含水层、隔水层分布、以及观测井W1、观测井W2如图1所示。垂直流量数据对解释地下水力试验及地下水化学物质采样分析能提供重要信息，可帮助完善地下水力模型的分析，同时地下水垂直流量应用于修复井防止地下水交叉污染提供帮助。因此开发一种可精确测定地下水实时垂直流体的流量计具有重要意义。

目前，传统流量计如压差流量计、转子流量计、腰轮流量计、活塞流量计等，根据不同的工作原理普遍应用于流体为水平流态的情况，且可适应流体流速高、流量大、流体形态变化复杂等特点，而垂直流量的测定对于流量计测量精度要求较高，常规的流量计不能满足测量精确度。

现有对垂直流体的流速测定采用的流量计为叶轮流量计（Impeller Flowmeter）,其基本工作原理为：在垂直流体中，将流体流速转化为流量计叶轮的转速，再将转速转化为与流体流速成正比的电信号，通过计算可获得垂直流速数据，其具体实施方案为：

将叶轮流量计和低摩擦轴承的支撑杆结合，并保持和井下流体方向垂直放置，流量计探头在井下垂直向上或向下流体相对流向可通过相对于叶轮流量计的探头测定，通过计算并得到流速曲线，通过不同含水层流量曲线区分井下含水层水流形态。

由于地下水体流量较小，流速低，在应用叶轮流量计进行地下水垂直流量测定时往往需要在井口位置增加恒流泵以保证在垂直方向的流速能推动叶轮并转化为电信号，进而可获得地下水体垂直流量分布情况，但是此种方法存在以下两个问题：

（1）地下水流动缓慢，流速相对较小，在增加恒流泵保证垂直流量的情况下，测定的垂直流速不能真实反映地下水流速，存在一定的测量误差。

（2）增加的恒流泵可扰乱垂直流向的水体流态，测定的地下含水层垂直流量分布精度较低。

鉴于以上存在的问题，开发一种可实时在线测定地下水流体运动并可精确测定垂直流量的装置显得尤为必要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热流量计系统，以测定地下水自然对流和强制对流下的垂直流量，并测定地下各含水层流速矢量及水力流向。本发明应用于对地下水观测井垂直流量及渗透系数分布的技术，将此技术拓展应用于对土壤及地下水分层采样并获得土壤及地下水污染物浓度的层状分布。

根据本发明的一个方面，提供一种热线流速仪，包括第一接入端口1、第二接入端口2、中心节点3、上向流绕阻4、下向流绕阻5、恒流电阻7、桥接22、第二运算放大器24、第一电位器27、输出终端28、反馈电容器29、分压器网络系统30、接入第二反相输入终端的电阻35、系统匹配电容36、接入第二非反相输入终端的电阻37、输出显示设备38；恒流电阻7包括稳压电源8、调节电阻9、正电位节点10、稳压二极管11、接地线12、第一运算放大器13、连接点17、电容器18、NPN晶体管19、第一接地电阻23；上向流绕阻4、下向流绕阻5用于构成热流量传感器；