阅读说明：本技术 一种地下水流动性能检测装置及检测方法 (Underground water fluidity detection device and detection method ) 是由 白正伟 王乾 贾苒 李怿 李磊 王飞龙 李翔 蔡凌霄 金欣 于 2020-08-06 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种地下水流动性能检测装置及检测方法,属于地下水检测技术领域。该检测装置包括第一安装件、方向指示件、偏转件、紫外光源和摄像件；偏转件连接于第一安装件并用于在水流作用下发生偏转；方向指示件设置于第一安装件上且方向指示件指示方向始终保持不变；方向指示件及偏转件均带有荧光标记；紫外光源和摄像件均设置于第一安装件上,摄像件用于记录方向指示件以及偏转件的位置并通过偏转件转动至与待测地下水流向平行时方向指示件以及偏转件之间的夹角测得待测地下水的水流方向。该检测装置结构简单,检测方法方便快捷,不需复杂计算,测定过程中不需单独再加入放射性元素或其它示踪剂。(The application provides a device and a method for detecting mobility of underground water, and belongs to the technical field of underground water detection. The detection device comprises a first mounting part, a direction indicator, a deflection part, an ultraviolet light source and a camera; the deflecting piece is connected to the first mounting piece and is used for deflecting under the action of water flow; the direction indicator is arranged on the first mounting piece, and the indication direction of the direction indicator is always kept unchanged; the direction indicator and the deflection piece are both provided with fluorescent marks; ultraviolet source and the piece of making a video recording all set up on first installed part, and the piece of making a video recording is used for the position of record direction indicator and deflection piece and rotates to the rivers direction that measures the groundwater that awaits measuring with the contained angle between the groundwater flow direction parallel direction indicator and the deflection piece that awaits measuring through the deflection piece. The detection device has simple structure, the detection method is convenient and quick, complex calculation is not needed, and radioactive elements or other tracers are not needed to be added separately in the determination process.)

一种地下水流动性能检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及地下水检测领域，具体而言，涉及一种地下水流动性能检测装置及检测方法。

背景技术

地下水渗流速度、流向不仅是地下水渗流场研究中两个重要的动态参数，而且是测定含水层渗透系数、渗流量等水文地质参数的主要参量。传统测定地下水流速、流向的方法是在了解清楚所研究地段的地质条件及大概的地下水流向基础上，沿流向布置钻孔，然后通过抽水试验测定地下水流速。该方法工作量较大、工期长、工艺繁琐。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的之一包括提供一种地下水流动性能检测装置和检测方法以解决上述技术问题。

本申请可以这样实现：

第一方面，本申请提供一种地下水流动性能检测装置，包括第一安装件、方向指示件、偏转件、紫外光源和摄像件。

偏转件连接于第一安装件并用于在水流作用下发生偏转。

方向指示件设置于第一安装件上且方向指示件的指示方向始终保持不变。

方向指示件以及偏转件均带有荧光标记。

紫外光源和摄像件均设置于第一安装件上，摄像件用于记录方向指示件以及偏转件的位置并通过偏转件转动至与待测地下水流向平行时方向指示件以及偏转件之间的夹角测得待测地下水的水流方向。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括竖向转动轴，竖向转动轴连接于第一安装件，偏转件固定连接于竖向转动轴并用于带动竖向转动轴转动。

在可选的实施方式中，第一安装件呈框形，竖向转动轴的两端均连接于第一安装件的框架上。

在可选的实施方式中，偏转件与竖向转动轴处于同一平面内。

在可选的实施方式中，偏转件为偏转板或偏转片；

在可选的实施方式中，偏转件呈三角形、长方形或正方形；

在可选的实施方式中，偏转件的数量为多个，多个偏转件位于竖向转动轴的同侧且位于同一平面内。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括第二安装件、横向转动轴、转轮以及转速测量器。

第二安装件固定连接于竖向转动轴，横向转动轴的两端连接于第二安装件，转轮转动连接于横向转动轴并与偏转件位于同一平面，转速测量器设置于第二安装件并用于测定转轮的转速以通过转速测得待测地下水的水平流速。

在可选的实施方式中，第二安装件呈框形，横向转动轴的两端均连接于第二安装件的框架上。

在可选的实施方式中，转速测量器为具有发射器和接收器的光电非接触式转速测量器，转轮设有多个透光孔，多个透光孔沿转轮的周向等距间隔排列，接收器用于接收透光孔在发射器发射激光以及转轮转动的条件下的透光情况以使光电非接触式转速测量器的信号处理器产生相应的脉冲信息，通过在测定时间内产生的脉冲数量得出待测地下水的水平流速。

在可选的实施方式中，转轮的轮边设有翅片。

在可选的实施方式中，翅片的数量为多个，多个翅片沿转轮的周向间隔设置。

在可选的实施方式中，翅片的形状为勺形。

在可选的实施方式中，翅片与转轮的轮边通过连接柄连接。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括定位组件，定位组件包括第一气囊、第二气囊、第一连接杆和第二连接杆，第一气囊和第二气囊相对设置且第一安装件设置于第一气囊与第二气囊之间，第一气囊和第二气囊均设有贯穿部，第一连接杆贯穿第一气囊的贯穿部并与第一安装件的朝向第一气囊的一侧连接，第二连接杆贯穿第二气囊的贯穿部并与第一安装件的朝向第二气囊的一侧连接。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括用于分别向第一气囊和第二气囊内充气第一充气线和第二充气线。

在可选的实施方式中，第一连接杆沿轴向方向设有第一通道且在杆壁设有第一通孔，第一气囊设有第一连接孔，第一充气线在第一通道内穿过第一通孔与第一连接孔连接。

在可选的实施方式中，第二连接杆沿轴向方向设有第二通道且在杆壁设有第二通孔，第二气囊设有第二连接孔，第二充气线在第二通道内穿过第二通孔与第二连接孔连接。

在可选的实施方式中，定位组件还包括牵引绳，牵引绳的一端穿过第一通孔并与第一安装件连接。

在可选的实施方式中，定位组件还包括重力件和连接绳，连接绳的一端穿过第二通孔并与第一安装件连接，连接绳的另一端与重力件连接。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括信号传输线，信号传输线的一端用于与外界的信号显示装置连接，另一端用于穿过第一通道与摄像件连接。

在可选的实施方式中，当地下水流动性能检测装置包括测定转速测量器时，信号传输线还与测定转速测量器连接。

第二方面，本申请还提供一种地下水流动性能检测方法，采用上述地下水流动性能检测装置，在待测地下水的作用下使偏转件转动至与待测地下水流向平行，测定紫外光源照射下摄像件得到的方向指示件以及偏转件之间的夹角以得到待测地下水的水流方向。

在可选的实施方式中，当地下水流动性能检测装置还包括第二安装件、横向转动轴、转轮以及转速测量器时，通过转速测量器测定转轮的转速以测得待测地下水的水平流速。

在可选的实施方式中，当转速测量器为具有发射器和接收器的光电非接触式转速测量器且转轮设有多个透光孔时，通过接收器接收透光孔在发射器发射激光以及转轮转动的条件下的透光情况以使光电非接触式转速测量器的信号处理器产生相应的脉冲信息，通过在测定时间内产生的脉冲数量得出待测地下水的水平流速。

在可选的实施方式中，当地下水流动性能检测装置还包括第一气囊和第二气囊时，在测得待测地下水的水平流速后，将第一气囊和第二气囊进行放气，测定放气后转轮的稳定转速，以水平流速对应的转速与放气后转轮的稳定转速的变化值的绝对值测得待测地下水的垂向流速。

本申请的有益效果包括：

本申请提供的地下水流动性能检测装置结构简单，检测方法方便快捷，不需复杂计算，通过测定在紫外光源照射下，偏转件转动至与待测地下水流向平行时摄像件摄得的方向指示件与偏转件之间的夹角得到待测地下水的水流方向。该过程中，方向指示件的指示方向始终保持不变，从而可获得较高的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1提供的地下水流动性能检测装置的结构示意图；

图2为实施例2提供的地下水流动性能检测装置的结构示意图；

图3为实施例2中具有翅片的转轮的结构示意图；

图4为实施例2中带连接柄的勺形翅片的结构示意图。

图标：1-第一气囊；2-第二气囊；3-方向指示件；4-重力件；5-竖向转动轴；6-第一低阻力轴承；7-第二低阻力轴承；8-第一安装件；9-第一偏转板；11-翅片；12-转轮；13-横向转动轴；14-第三低阻力轴承；15-第二偏转板；16-第二安装件；17-连接柄；18-透光孔；19-紫外光源；20-摄像件；21-发射器；22-接收器；23-信号传输线；24-充气线；25-牵引绳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

实施例1

请参照图1，本实施例提供了一种地下水流动性能检测装置及检测方法，该地下水流动性能检测装置包括第一安装件8、方向指示件3、偏转件、紫外光源19和摄像件20。该图中左右两条竖向直线代表单井孔。

偏转件连接于第一安装件并用于在水流作用下发生偏转。

方向指示件3设置于第一安装件8上且方向指示件3的指示方向始终保持不变。在可选的实施方式中，方向指示件3可以为指南针。指南针的指针上带有荧光标记，用于在测定过程中指示正北方向。

通过将方向指示件3以及偏转件设置成带有荧光标记，可使方向指示件3和偏转件在紫外光源19的照射下发光。

紫外光源19和摄像件20均设置于第一安装件8上，摄像件20用于记录方向指示件3以及偏转件的位置。

在可选的实施方式中，摄像件20可以为***头。紫外光源19为紫外灯。紫外光源19和摄像件20的镜头均朝向下方。在紫外光源19照射下，指南针的指针和偏转板上沿的荧光物质会发出荧光，从而可以使***头拍摄出偏转板和指南针针尖的位置。

因此，通过偏转件转动至与待测地下水流向平行时方向指示件3以及偏转件之间的夹角测得待测地下水的水流方向。值得说明的是，当偏转件在水流作用下沿水流方向转动至不再转动时即可说明其与水流方向平行。

进一步地，该地下水流动性能检测装置还可包括竖向转动轴5，竖向转动轴5连接于第一安装件8，偏转件固定连接于竖向转动轴5并用于带动竖向转动轴5转动。在可选的实施方式中，第一安装件8可以呈框形，框架可以为矩形，此外，也可以为圆形、正方形或菱形等。本实施例中以矩形框架为例，其包括上边边框和左右边框。竖向转动轴5的两端分别连接于上边框和下边框。可参考地，竖向转动轴5的两端可通过第一低阻力轴承6和第二低阻力轴承7连接于第一安装件8，以便自由转动。连接于第一安装件8的竖向转动轴5将第一安装件8分隔为两个小的子框架，可记为第一子框架和第二子框架，该两个框架以竖向转动轴5作为公共边框。

在可选的实施方式中，偏转件与竖向转动轴5的轴处于同一平面内。偏转件可以为板状(偏转板)，也可以为片状(偏转片)，还可以为其它形式。其形状可以但不限于呈三角形、长方形或正方形。其材质可以为塑料等轻质且不透水的材料，从而可较容易地被水流带动。

在可选的实施方式中，偏转件的数量可以仅为1个，也可以为多个。当偏转件的数量为多个时，多个偏转件位于竖向转动轴5的同侧且位于同一平面内。在优选的实施方式中，偏转件的数量为多个，以增加推力。

本实施例中以偏转件的数量为2个且偏转件为长方形板状为例，该2个偏转件分别记为第一偏转板9和第二偏转板15，第一偏转板9和第二偏转板15沿水平方向对称连接于竖向转动轴5，且该2个偏转板位于竖向转动轴5的同侧且位于同一平面内。

在可选的实施方式中，偏转件上边沿带有荧光标记。

进一步地，该地下水流动性能检测装置还包括定位组件，定位组件包括第一气囊1、第二气囊2、第一连接杆和第二连接杆，第一气囊1和第二气囊2相对设置且第一安装件8设置于第一气囊1与第二气囊2之间，第一气囊1和第二气囊2均设有贯穿部(优选的，贯穿部设置于第一气囊1的中心和第二气囊2的中心)，第一连接杆贯穿第一气囊1的贯穿部并与第一安装件8的朝向第一气囊1的一侧(上边框)连接，第二连接杆贯穿第二气囊2的贯穿部并与第一安装件8的朝向第二气囊2的一侧(下边框)连接。

其中，第一气囊1和第二气囊2均可呈环形，此外，也可以为其它形状。第一气囊1充气后可以阻止第一气囊1上部的水向下流动，第二气囊2充气后可阻止第二气囊2下部的水向上流动。值得说明的是，环形的第一气囊1和环形的第二气囊2的直径可以与地下井的直径相同，充气后可抵靠于地下井内壁。

第一连接杆的用于与上边框连接的一端还连接有第一固定件和第二固定件，第一固定件的另一端(远离第一连接杆的一端)与紫外光源19连接以固定紫外光源19，第二固定件的另一端(远离第一连接杆的一端)与摄像件20连接以固定摄像件20。

在可选的实施方式中，地下水流动性能检测装置还包括充气线24，充气线24包括用于分别向第一气囊1和第二气囊2内充气第一充气线和第二充气线。充气线24的另一端用于与外界气源连通。

在可选的实施方式中，第一连接杆沿轴向方向设有第一通道且在杆壁设有第一通孔，第一气囊1设有第一连接孔，第一充气线在第一通道内穿过第一通孔与第一连接孔连接以向第一气囊1内充气。

在可选的实施方式中，第二连接杆沿轴向方向设有第二通道且在杆壁设有第二通孔，第二气囊2设有第二连接孔，第二充气线在第二通道内穿过第二通孔与第二连接孔连接以向第二气囊2内充气。

值得说明的是，也可直接在第一气囊1和第二气囊2的囊壁开设充气孔，第一充气线和第二充气线通过充气孔直接向两个气囊充气。

进一步地，定位组件还包括牵引绳25，牵引绳25的一端穿过第一通孔并与第一安装件8连接以对第一安装件8和气囊均起到牵引支撑作用。

进一步地，定位组件还包括重力件4(如重力锤)和连接绳，连接绳的一端穿过第二通孔并与第一安装件8连接，连接绳的另一端与重力件4连接以避免气囊充气后上浮。

在可选的实施方式中，测定装置还包括信号传输线23，信号传输线23的一端用于与外界的信号显示装置(如计算机等)连接，另一端用于穿过第一通道与摄像件20连接。

可参考地，与上述第一通孔和第二通孔对应的信号传输线23、牵引线、连接绳、充气线24均可通过不透水材料与孔壁固定或密封。

承上，本实施例中地下水的检测步骤可参照如下：

将地下水流动性能检测装置沿井孔下放到要检测地下水流向的位置。

为第一气囊1和第二气囊2充气，阻止第一气囊1上部和第二下部的水流向两个气囊中间。

检测装置稳定后，指南针的指针指示正北方向。

在水流作用下，偏转板沿水流方向转动，直至和水流方向平行。

开启第一安装件8上部的紫外光源19和***头，***头拍摄出偏转板和指南针针尖的位置，上传到外界的信号显示装置(计算机)，通过偏转件转动至与待测地下水流向平行时方向指示件3以及偏转件之间的夹角即可得到待测地下水的水流方向。

关闭紫外光源19和***头。

将第一气囊1和第二气囊2放气，将地下水流动性能检测装置移出井外。

实施例2

请参照图2，本实施例提供了一种地下水流动性能检测装置及测定方法，该地下水流动性能检测装置在实施例1的基础上增加了第二安装件16、横向转动轴13、转轮12以及转速测量器。

第二安装件16固定连接于竖向转动轴5，其可随竖向转动轴5一同转动。

可参照地，第二安装件16可以呈框形，框架可以为矩形、正方形、圆形或菱形等。本实施例中以矩形框架为例，其包括上边边框和左右边框。横向转动轴13的两端连接于第二安装件16，具体的，分别连接于左边框和右边框。较佳地，横向转动轴13沿第二安装件16的中心线设置，也即横向转动轴13的轴线与第二安装件16的横向方向对称轴共线。

转轮12连接于横向转动轴13并与偏转件位于同一平面，转速测量器设置于第二安装件16并用于测定转轮12的转速以通过转速测得待测地下水的水平流速。

可参考地，转轮12可以由塑料材质制得，其中心通过第三低阻力轴承14连接于横向转动轴13上，以便转轮12可自由转动。

在可选的实施方式中，上述转速测量器可以为具有发射器21和接收器22的光电非接触式转速测量器。该光电非接触式转速测量器的结构和原理可参照现有技术，在此不做过多赘述。

较佳地，转轮12设有多个透光孔18，多个透光孔18沿转轮12的周向等距间隔排列，也可理解成上述透光孔18呈圆形排列。接收器22用于接收透光孔18在发射器21发射激光以及转轮12转动的条件下的透光情况以使光电非接触式转速测量器的信号处理器产生相应的脉冲信息，通过在测定时间内产生的脉冲数量即可得出待测地下水的水平流速。也即当转轮12转动时，转轮12上呈圆形排列的孔会使光电非接触式转速测量器产生脉冲，记录一定时间内产生的脉冲数量，即可以测得转速。值得说明的是，转轮12的转速和水流速度的关系可事先在实验室进行测定，进而根据测定待测地下水时转轮12的转速就可以得到该待测地下水的水平流速。

请一并再参照图3和图4，在可选的实施方式中，转轮12的轮边可设置翅片11。翅片11的数量为多个。当翅片11的数量为多个时，多个翅片11沿转轮12的周向等距间隔设置。

可参考地，翅片11的形状可以为勺形(如图4所示)，此外，也可以为圆形等。

在可选的实施方式中，翅片11与转轮12的轮边可通过连接柄17连接。

通过设置上述翅片11，进一步利于转轮12转动。

进一步地，在测得水平流速后，可将第一气囊1和第二气囊2放气，如果地下水存在压差，就会产生垂向流动。待水流稳定后，开启转速测量器的发射器21和接收器22，测定该条件下的转轮12转速。如果地下水从上往下流动，就会使转速增加，如果地下水从上往下流动，就会使转速减小，按测定水平流速的方法将转轮12转速换算为流速。该流速与水平流速之间的变化值的绝对值即为垂向流速。

承上，本实施例中地下水的检测步骤可参照如下：

将地下水流动性能检测装置沿井孔下放到要检测地下水流向的位置。

为第一气囊1和第二气囊2充气，阻止第一气囊1上部和第二下部的水流向两个气囊中间。

检测装置稳定后，指南针的指针指示正北方向。

在水流作用下，偏转板沿水流方向转动，直至和水流方向平行，同时带动竖向转动轴5转动，从而使转轮12的方向和水流方向平行。在水流作用下，转轮12开始旋转。

开启第一安装件8上部的紫外光源19和***头，***头拍摄出偏转板和指南针针尖的位置，通过信号传输线23上传到外界的信号显示装置(计算机)，通过偏转件转动至与待测地下水流向平行时方向指示件3以及偏转件之间的夹角即可得到待测地下水的水流方向。

开启转速测量器的发射器21和接收器22，测得转轮12转速(转/分钟)，数据可通过信号传输线23上传到外界的信号显示装置(计算机)。此转轮12的转速和水流速度的关系事先在实验室进行测定。根据转速即可得到地下水的水平流速。

关闭紫外光源19、***头和转速测量器。

将第一气囊1和第二气囊2放气，待水流稳定后，开启转速测量器的发射器21和接收器22，测定放气后转轮12的稳定转速，以水平流速对应的转速与放气后所述转轮12的稳定转速的变化值的绝对值测得所述待测地下水的垂向流速。

将地下水流动性能检测装置移出井外。

综上，本申请提供的地下水流动性能检测装置结构简单，检测方法方便快捷，不需复杂计算，通过测定在紫外光源19照射下，偏转件转动至与待测地下水流向平行时摄像件20摄得的方向指示件3与偏转件之间的夹角得到待测地下水的水流方向。该过程中，方向指示件3的指示方向始终保持不变，从而可获得较高的准确性；测定水平流速时，排除了垂向流的干扰，使得测定结果更加准确。同时，测定过程中不需单独再加入放射性元素或其它示踪剂，并且，不需要将测定装置严格定位在井孔中心。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。