[发明专利]基于温度示踪的地下水流速流向的测定方法及测定装置

说明书

本发明公开基于温度示踪的地下水流速流向的测定方法及测定装置。方法的主要步骤为：1)温度传感器测量得到地下水当前水温记T₀；2)方位测量仪测得导热管A与方向北的夹角；3)恒温系统调控恒温调节器的温度，使温度恒为K。4)输水系统驱动恒温系统内的热流流动，使热流依次流经绝热管、导热管A、导热管B和绝热管后，流回恒温系统。5)数据采集系统采集温度传感器的数据，并通过数据传输线将数据上传到上位机。5)处理得到地下水流速值和流向。装置主要包括恒温系统、输水系统、数据采集系统、PC机、温度传感器、绝热管和数据传输线。本发明准确率高、无污染、不会对操作人员的健康产生危害、造价低廉、操作简单。

技术领域

本发明涉及水文地质参数探测技术领域，具体是基于温度示踪的地下水流速流向的测定方法及测定装置。

背景技术

地下水作为水资源的重要组成部分,在保证生活用水、支持经济社会发展和维持生态环境等方面具有十分重要的作用。随着经济的快速发展和人口的逐渐增多，地下水的不可替代作用日益凸现，尤其是在地表水资源短缺的北方地区和地表水质量较差的南方地区。地下水监测是一项长期的事业，是认识和掌握地下水动态变化特征，科学评价地下水资源，制定合理开发利用与有效保护措施，减轻和防治地下水污染及其相关的地质灾害和生态环境等问题的重要基础，可以直接为水资源的管理和保护、地下水的合理开发利用以及地质灾害防治和生态环境保护等提供科学支持和技术保障。但是如何精细化地测定地下水的两个重要参数—流速、流向，是对优化地下水监测的关键问题之一。

现有技术中，常用的地下水探测方法是基于点稀释原理的人工示踪方法，通常分为标记法和钻井法。标记法，不仅要对库水进行检测，而且在示踪剂可能通过的地方也要对地下水进行检测，由于要检测的范围广，操作繁琐周期长。钻井法一般使用放射性同位素，在投入同位素示踪剂后，要在其下游的检查孔或出水点连续检测。一个投源孔与若干个检测孔，由于这种试验孔的数量较多，所以试验成本高周期长。因此，需要一种成本低廉、高效、节能环保并且易于测量的方法来探测地下水的流速、流向。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于温度示踪的地下水流速流向的测定方法，主要包括以下步骤：

1)温度传感器测量得到地下水当前水温记T₀。

2)方位测量仪测量导热管A与方向北的夹角,记为θ₀。

3)恒温系统对热流的温度进行调解，使温度恒为K，KT₀。

4)输水系统驱动恒温系统内的热流流动，使热流经绝热管、数据采集系统内的导热管A、数据采集系统内的导热管B和绝热管后，流回恒温系统；导热管A和导热管B相互垂直；导热管A进、出热流温度值分别记为T_A1和T_A2；导热管)进、出热流温度值分别记为T_B1和T_B2；导热管A和B两端温度差值分布记为ΔT_A、ΔT_B。

进一步，温度差值ΔT_A和ΔT_B分别满足下式：

式中，λ为导热系数。v为地下水的流速。θ为导热管A与地下水流向所成夹角。D_i为导热管A或导热管B内径，Do为导热管A或导热管B外径，u_A为导热管A(301)内的热流流速；u_B为导热管B(302)内的热流流速。L为导热管长度。

5)每隔t时间，重复步骤4，直到得到n组导热管A和导热管B内的热流温度数据ΔT_Ai和ΔT_Bi,i＝1,,…,n。