一种干旱地区引水绿化流量测量方法
阅读说明：本技术 一种干旱地区引水绿化流量测量方法 (Flow measurement method for water diversion and greening in arid region ) 是由 吴玲玲 王正勇 于 2021-02-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及流量测量领域,特别是一种干旱地区引水绿化流量测量方法,包括引水系统,引水系统包括引水管、水泵和排水管,引水管的进水口伸入至富水层底部,所述引水管位于富水层内的部分的侧壁设置有引水孔,富水层中的水液能够通过引水管的进水口及引水孔进入引水管,引水管的出水口与水泵的进水口相连通,水泵的出水口与排水管的进水口相连通,分叉管的出水口放置在植被的根系处；本申请的一种干旱地区引水绿化流量测量方法,计算过程计算精度高,且考虑了多种工况,适用性高,引出的水液可以直接浇灌绿化的植物。(The invention relates to the field of flow measurement, in particular to a diversion greening flow measurement method for arid regions, which comprises a diversion system, wherein the diversion system comprises a diversion pipe, a water pump and a drainage pipe, a water inlet of the diversion pipe extends to the bottom of a water-rich layer, diversion holes are formed in the side wall of the part of the diversion pipe positioned in the water-rich layer, water in the water-rich layer can enter the diversion pipe through the water inlet of the diversion pipe and the diversion holes, a water outlet of the diversion pipe is communicated with the water inlet of the water pump, a water outlet of the water pump is communicated with the water inlet of the drainage pipe, and a water outlet of a bifurcated pipe is; the method for measuring the diversion greening flow in the arid region has the advantages that the calculation precision is high in the calculation process, various working conditions are considered, the applicability is high, and the led water liquid can directly water greening plants.)
技术领域
本发明涉及流量测量领域，特别是一种干旱地区引水绿化流量测量方法。
背景技术
中国降水量时空分布不均，干旱地区降雨主要集中在8-10月，其余月份降水很少，导致干旱地区水资源缺乏。需要利用地下水满足农业、工业、生活等用水。但是这种取水方式施工成本高、效率低。
现有技术中，新疆、甘肃等西北干旱地区采用坎儿井集水取水，坎儿井隧洞井壁的冻融剥落，降低了结构稳定性，常常引起坍塌破坏，剥落坍塌土体堵塞暗渠，减少出水量，加大掏捞清淤的清除量坎儿井后期运营困难也大，同时引水流量测量调控难度更大。
同时，采用普通的引水系统流量难以测量。因此，需要开发一种新型测量流量的方法。
由于干旱地区的隧道、荒漠平地、黄土台塬等下方地层复杂，富水层被不透水岩层封闭，富水层中的高压水无法溢出，引水绿化流量测量方法复杂，因此也需要一种简单有效的适用于引水绿化流量测量方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中干旱地区隧道、荒漠平地、黄土台塬等因下方地层复杂，富水层被不透水层封闭，引水绿化流量难以测量的问题，提供一种干旱地区引水绿化流量测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种干旱地区引水绿化流量测量方法，
基于山体，所述山体中设置有隧道，隧道位于山体的中心，所述山体中具有山体富水层，隧道底部设置第一引水系统，
所述第一引水系统包括引水管、水泵和排水管，隧道仰拱下方设置有第一钻孔，所述第一钻孔中设置有引水管，所述引水管的进水口伸入至山体富水层底部，所述引水管位于山体富水层内的部分的侧壁设置有引水孔，所述山体富水层中的水液能够通过所述引水管的进水口和引水孔进入所述引水管，引水管的出水口设置于隧道仰拱上方，且通过横向管与所述水泵的进水口相连通，所述水泵的出水口与所述排水管的进水口相连通，所述水泵位于隧道内，所述横向管横向设置，所述排水管的出水口设置于隧道外的路基边坡上，所述排水管的出水口连通有若干个分叉管，所述分叉管布置在隧道外的路基边坡上，所述分叉管的出水口放置在路基边坡上的植被的根系处；
该方法包含以下步骤：
S1.钻孔至山体富水层底部后，山体富水层的水上升至隧道围岩中，测量引水前的水位线到山体富水层底部的高度h11，并测量山体富水层的渗透系数k1及山体富水层的厚度d1；
S2.水泵工作，利用水泵将至少一部分山体富水层中的水液排出至路基边坡上，在引水管处测量引水后的水位线，并计算出引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值h21；
S3.根据下面公式计算出引水流量q1：
当山体富水层位于隧道下方时：
当山体富水层位于隧道围岩中时：
其中，
q1：引水流量，单位：m3/s；
d1：山体富水层的厚度，单位：m；
h11：引水前的水位线到山体富水层底部的高度，单位：m；
h21：引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值，单位：m；
k1：山体富水层的渗透系数，单位：m/s；
R11：引水管到山体表面的水平距离，单位：m；
R21：引水管的半径，单位：m。
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了富水层位置隧道围岩中和隧道下方两种情况，适用性高，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到隧道下方山体的边坡上，绿化边坡上的植物。
优选地，在步骤S3中，当富水层位于隧道下方时，计算出引水流量q1之前，计算出引水流量的最大值qmax，引水流量的最大值qmax为：
其中，
qmax：引水流量的最大值，单位：m3/s；
h11：引水前的水位线到山体富水层底部的高度，单位：m；
d1：山体富水层的厚度，单位：m；
k1：山体富水层的渗透系数，单位：m/s；
R11：引水管到山体表面的水平距离，单位：m；
R21：引水管的半径，单位：m。
通过计算引水流量的最大值qmax，能够有效地预估能够取水的量，从而可以及时地做好安排，以合理利用资源。
本发明还公开了一种干旱地区引水绿化流量测量方法，基于黄土台塬，所述黄土台塬内设置有台塬富水层，所述台塬富水层上部具有台塬不富水层，所述黄土台塬上设置有与所述台塬富水层相连通的第二引水系统，
所述第二引水系统包括引水管、水泵和排水管，黄土台塬顶面设置有第二钻孔，所述引水管设置于所述第二钻孔中，所述引水管位于黄土台塬的中心，所述引水管的进水口伸入至台塬富水层底部，所述台塬富水层中的水液能够通过所述引水管的进水口进入所述引水管，引水管的出水口设置于黄土台塬顶面上方，且与所述水泵的进水口相连通，所述水泵的出水口与所述排水管的进水口相连通，所述排水管的一部分设置于所述黄土台塬的边坡上，所述排水管的出水口放置在台塬平地植被处；
该方法包含以下步骤：
S1.钻孔至台塬富水层底部后，台塬富水层的水上升至台塬不富水层中，测量引水前的水位线到台塬富水层底部的高度h12，并测量台塬富水层的渗透系数k2及台塬富水层的厚度d2；
S2.水泵工作，利用水泵将至少一部分台塬富水层中的水液排出至黄土台塬的边坡上，在引水管处测量引水后的水位线，并计算出引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值h22；
S3.根据下面公式计算出引水流量q2：
其中，
q2：引水流量，单位：m3/s；
d2：台塬富水层的厚度，单位：m；
h12：引水前的水位线到台塬富水层底部的高度，单位：m；
h22：引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值，单位：m；
k2：台塬富水层的渗透系数，单位：m/s；
R12：引水管到黄土台塬靠近排水管一侧边坡的水平距离，单位：m；
R22：引水管的半径，单位：m。
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了富水层位于黄土台塬中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到台塬平地植被的根系处，绿化台塬平地上的植物。
本发明还公开了一种干旱地区引水绿化流量测量方法，基于荒漠平地，所述荒漠平地内具有荒漠平地富水层，所述荒漠平地富水层上部具有荒漠平地不富水层，所述荒漠平地上设置有与所述荒漠平地富水层相连通的第三引水系统，
所述第三引水系统包括引水管、水泵和排水管，荒漠平地顶面设置有第三钻孔，所述引水管设置于所述第三钻孔中，荒漠平地中具有生长植被的植被区域，所述引水管位于该植被区域的中心，所述引水管的进水口伸入至荒漠平地富水层底部，所述荒漠平地富水层中的水液能够通过所述引水管的进水口进入所述引水管，引水管的出水口设置于荒漠平地顶面上方，且与所述水泵的进水口相连通，所述水泵的出水口与所述排水管的进水口相连通，所述排水管的出水口设置于荒漠平地植被处，
该方法包含以下步骤：
S1.钻孔至荒漠平地富水层底部后，荒漠平地富水层的水上升至荒漠平地不富水层中，测量引水前的水位线到荒漠平地富水层底部的高度h13，并测量荒漠平地富水层的渗透系数k3及荒漠平地富水层的厚度d3；
S2.水泵工作，利用水泵将至少一部分荒漠平地富水层中的水液排出至荒漠平地植被处，在引水管处测量引水后的水位线，并计算出引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值h23；
S3.根据下面公式计算出引水流量q3：
其中，
q3：引水流量，单位：m3/s；
d3：荒漠平地富水层的厚度，单位：m；
h13：引水前的水位线到荒漠平地富水层底部的高度，单位：m；
h23：引水后的水位线与引水前的水位线的高度差值，单位：m；
k3：荒漠平地富水层的渗透系数，单位：m/s；
R13：引水管到植被区域边界的水平距离的最大值，单位：m；
R23：引水管的半径，单位：m。
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了荒漠平地中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到荒漠平地植被处，绿化荒漠平地上的植物。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了富水层位置隧道围岩中和隧道下方两种情况，适用性高，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到隧道下方山体的边坡上，绿化边坡上的植物。
2.本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了富水层位于黄土台塬中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到台塬平地植被的根系处，绿化台塬平地上的植物。
3.本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了荒漠平地中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到荒漠平地植被处，绿化荒漠平地上的植物。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水前横断面示意图；
图2为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水后横断面示意图；
图3为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水后整体示意图；
图4为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中纵断面示意图；
图5为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道围岩中的引水前横断面示意图；
图6为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道围岩中的引水后横断面示意图；
图7为本发明实施例1的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道围岩中的引水后整体示意图；
图8为本发明实施例2的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水前横断面示意图；
图9为本发明实施例2的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水后横断面示意图；
图10为本发明实施例3的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水前横断面示意图；
图11为本发明实施例3的一种干旱地区引水绿化流量测量方法中富水层位于隧道下方时的引水后横断面示意图；
图中：1-隧道；11-隧道仰拱；12-隧道通道；2-引水管；3-横向管；4-水泵；42-排水管；43-分叉管；44-隧道外的路基边坡；45-路基边坡上的植被；46-台塬平地植被；47-荒漠平地植被；51-引水前的水位线；52-引水后的水位线；61-山体富水层；62-隧道围岩；7-黄土台塬；71-台塬富水层；72-台塬不富水层；73-台塬平地；8-荒漠平地；81-荒漠平地富水层；82-荒漠平地不富水层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-图7所示，本实施例的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，适用于有山体的地方，山体中设置有隧道1，隧道1位于山体的中心，所述山体中具有山体富水层61，隧道1底部设置第一引水系统，
所述第一引水系统包括引水管2、水泵4和排水管42，隧道仰拱11下方设置有第一钻孔，所述第一钻孔中设置有引水管2，所述引水管2的进水口伸入至山体富水层61底部，所述山体富水层61中的水液能够通过所述引水管2的进水口进入所述引水管2，引水管2的出水口设置于隧道仰拱11上方，且与所述水泵4的进水口相连通，所述水泵4的出水口与所述排水管42的进水口相连通，所述排水管42的出水口设置于隧道外的路基边坡44上，所述排水管42的出水口连通有若干个分叉管43，所述分叉管43布置在隧道外的路基边坡44上，所述分叉管43的出水口放置在路基边坡上的植被45的根系处；
具体地，引水管2的出水口通过横向管3与所述水泵4的进水口相连通，所述横向管3横向设置。
具体地，所述引水管2位于山体富水层61内的部分的侧壁设置有引水孔，所述山体富水层61中的水液能够通过所述引水管2的进水口及引水孔进入所述引水管2。
具体地，隧道1内设置有隧道通道12。
该测量方法步骤如下：
A.如图1-图4所示，当山体富水层61位于隧道1下方时：
A1.将钻孔钻至山体富水层61底部后，山体富水层61的水上升至隧道围岩62中，测量引水前的水位线51到山体富水层61底部的高度h11，并测量山体富水层61的渗透系数k1；
A2.水泵4工作，引水管2中的水排出至路基边坡上，在引水管2处测量引水后的水位线52，并计算出引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值h21；
A3.根据下面公式计算出引水流量q1：
此时，计算出引水流量q1之前，还可以测量山体富水层61的厚度d1，并计算出引水流量的最大值qmax。引水流量的最大值qmax为：
其中，
q1：引水流量，单位：m3/s；
qmax：引水流量的最大值，单位：m3/s；
h11：引水前的水位线51到山体富水层61底部的高度，单位：m；
h21：引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值，单位：m；
d1：山体富水层61的厚度，单位：m；
k1：山体富水层61的渗透系数，单位：m/s；
R11：引水管2到山体表面的水平距离，单位：m；
R21：引水管2的半径，单位：m。
通过计算引水流量的最大值qmax，能够有效地预估能够取水的量，从而可以及时地做好安排，以合理利用资源。
具体地，水流向引水管2流动为水平径向流，流线为指向引水管2的径向直线，等水头面为以引水管2为共轴的圆柱面，且和过水断面相同，通过各个过水断面的流量处处相等，等于引水管的流量，
则有
对上式积分
其中，A为积分常数；
各个过水断面的流量处处相等，等于引水管2的流量：
求得：
B.如图5-图7所示，当山体富水层61位于隧道围岩62中时：
B1.将钻孔钻至山体富水层61底部后，由于山体富水层61的水为承压水，山体富水层61的水补给至隧道围岩62其他的位置中，测量引水前的水位线51到山体富水层61底部的高度h11，并测量山体富水层61的渗透系数k1；
B2.水泵4工作，引水管2中的水排出至路基边坡上，在引水管2处，计算出引水后的水位线52与引水前的水位线51的差值为h21；
B3. 根据下面公式计算出引水流量q1：
其中，
q1：引水流量，单位：m3/s；
h11：引水前的水位线51到山体富水层61底部的高度，单位：m；
h21：引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值，单位：m；
k1：山体富水层61的渗透系数，单位：m/s；
R11：引水管2到山体表面的水平距离，单位：m；
R21：引水管2的半径，单位：m。
具体为：
水流向引水管2流动为水平径向流，流线为指向引水管2的径向直线，等水头面为以引水管2为共轴的圆柱面，且和过水断面相同，通过各个过水断面的流量处处相等，等于引水管2的流量：
则有：
对上式积分：
其中，A为积分常数；
各个过水断面的流量处处相等，等于引水管的流量：
求得：
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了山体富水层61位置隧道围岩62中和隧道1下方两种情况，适用性高。
实施例2
如图8-图9所示，本实施例还公开了一种干旱地区引水绿化流量测量方法，适用于黄土台塬7，所述黄土台塬7内设置有台塬富水层71，所述台塬富水层71上部具有台塬不富水层72，所述黄土台塬7上设置有与所述台塬富水层71相连通的第二引水系统，
所述第二引水系统包括引水管2、水泵4和排水管42，黄土台塬7顶面设置有第二钻孔，所述引水管2设置于所述第二钻孔中，所述引水管2位于黄土台塬7的中心，所述引水管2的进水口伸入至台塬富水层71底部，所述台塬富水层71中的水液能够通过所述引水管2的进水口进入所述引水管2，引水管2的出水口设置于黄土台塬7顶面上方，且与所述水泵4的进水口相连通，所述水泵4的出水口与所述排水管42的进水口相连通，所述排水管42的一部分设置于所述黄土台塬7的边坡上，所述排水管42的出水口放置在台塬平地植被46处；
该方法包含以下步骤：
S1.钻孔至台塬富水层71底部后，台塬富水层71的水上升至台塬不富水层72中，测量引水前的水位线51到台塬富水层71底部的高度h12，并测量台塬富水层71的渗透系数k2及台塬富水层71的厚度d2；
S2.水泵4工作，利用水泵4将至少一部分台塬富水层71中的水液排出至黄土台塬7的边坡上，在引水管2处测量引水后的水位线52，并计算出引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值h22；
S3.根据下面公式计算出引水流量q2：
其中，
q2：引水流量，单位：m3/s；
d2：台塬富水层71的厚度，单位：m；
h12：引水前的水位线51到台塬富水层71底部的高度，单位：m；
h22：引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值，单位：m；
k2：台塬富水层71的渗透系数，单位：m/s；
R12：引水管2到黄土台塬7靠近排水管42一侧边坡的水平距离，单位：m；
R22：引水管2的半径，单位：m。
具体地，水流向引水管2流动为水平径向流，流线为指向引水管2的径向直线，等水头面为以引水管2为共轴的圆柱面，且和过水断面相同，通过各个过水断面的流量处处相等，等于引水管的流量，
则有：
对上式积分：
其中，A为积分常数；
各个过水断面的流量处处相等，等于引水管2的流量：
求得：
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了富水层位于黄土台塬7中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到台塬平地植被46的根系处，绿化台塬平地73上的植物。
实施例3
如图10-图11所示，本实施例还公开了一种干旱地区引水绿化流量测量方法，适用于荒漠平地8，所述荒漠平地8内具有荒漠平地富水层81，所述荒漠平地富水层81上部具有荒漠平地不富水层82，所述荒漠平地8上设置有与所述荒漠平地富水层81相连通的第三引水系统，
所述第三引水系统包括引水管2、水泵4和排水管42，荒漠平地8顶面设置有第三钻孔，所述引水管2设置于所述第三钻孔中，荒漠平地8中具有生长植被的植被区域，所述引水管2位于该植被区域的中心，所述引水管2的进水口伸入至荒漠平地富水层81底部，所述荒漠平地富水层81中的水液能够通过所述引水管2的进水口进入所述引水管2，引水管2的出水口设置于荒漠平地8顶面上方，且与所述水泵4的进水口相连通，所述水泵4的出水口与所述排水管42的进水口相连通，所述排水管42的出水口设置于荒漠平地植被47处，
该方法包含以下步骤：
S1.钻孔至荒漠平地富水层81底部后，荒漠平地富水层81的水上升至荒漠平地不富水层82中，测量引水前的水位线51到荒漠平地富水层81底部的高度h13，并测量荒漠平地富水层81的渗透系数k3及荒漠平地富水层81的厚度d3；
S2.水泵4工作，利用水泵4将至少一部分荒漠平地富水层81中的水液排出至荒漠平地植被47处，在引水管2处测量引水后的水位线52，并计算出引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值h23；
S3.根据下面公式计算出引水流量q3：
其中，
q3：引水流量，单位：m3/s；
d3：荒漠平地富水层81的厚度，单位：m；
h13：引水前的水位线51到荒漠平地富水层81底部的高度，单位：m；
h23：引水后的水位线52与引水前的水位线51的高度差值，单位：m；
k3：荒漠平地富水层81的渗透系数，单位：m/s；
R13：引水管2到植被区域边界的水平距离的最大值，单位：m；
R23：引水管2的半径，单位：m。
本申请所述的一种干旱地区引水绿化流量测量方法，计算过程考虑了荒漠平地8中的情况，计算精度高，引出的水液可以直接浇灌到荒漠平地植被47处，绿化荒漠平地8上的植物。
具体地，水流向引水管2流动为水平径向流，流线为指向引水管2的径向直线，等水头面为以引水管2为共轴的圆柱面，且和过水断面相同，通过各个过水断面的流量处处相等，等于引水管的流量，
则有：
对上式积分：
各个过水断面的流量处处相等，等于引水管2的流量：
求得：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种具有防冻结构的水表