[發明專利]一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置

有效

• 申請號: 201210551485.4
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103048113A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 束龍倉;魯程鵬;閔星;柯婷婷;唐然;張春艷
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N33/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術領域

本發明涉及一種自動化監測管道與裂隙網絡中水流運動規律的可視化裝置，并可自行調節管道與裂隙尺寸大小的實驗裝置，屬于地下水探測技術領域。

背景技術

管道與裂隙網絡大量發育在巖溶地區，由于這種特殊的地質結構，使得巖溶地區的地下水資源賦存、分布和運移規律極其復雜，給研究地下水流運動規律帶來了困難。地下水在管道-裂隙介質中的運動大致可以分為兩類，一類為沿裂隙介質的裂隙網絡運動，其特點是水流相對分散，連通性好；另一類是沿大裂隙或管道的流動，其特點是水流分布集中，且在相當大的范圍內只有一個或幾個大裂隙或管道。兩者的補給形式不同，裂隙介質中的水流主要接受分散式補給，水流慢慢滲流到裂隙中；管道水流主要接受集中式補給，水流運動速度快。另外，兩種形式的水流在不同的補給條件下，運動方向不同。如何在實驗室內有效的揭示不同裂隙和管道結構特征對復雜含水系統水動力過程的影響機制，定量刻畫管道-裂隙介質中的地下水運動規律，對巖溶地區的水資源管理和石漠化治理有顯著的意義，同時可以推動巖溶地區管道-裂隙介質地下水運動規律的理論發展。目前，室內試驗研究多集中在對單管道、單裂隙和裂隙網絡的研究。因此開發一種管道與裂隙網絡交叉研究的實驗裝置，具有重要的現實意義。

發明內容

本發明目的是針對現有物理模型結構簡單、數據自動化采集程度低、實時監測和動態監測能力不足等缺點，提供一種設計新穎，結構可任意調節的可視化，自動化監測管道與裂隙網絡中的水流運動規律的實驗裝置。

為實現上述發明目的，本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置可采用如下技術方案：

一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，包括管道-裂隙網絡結構的介質模型，壓力傳感器系統，數據采集系統，圖像采集系統以及計算機，其中：

壓力傳感器系統，用于測量系統內部各點的實時水頭壓力值；

數據采集系統，用于對水頭壓力進行巡回檢測，輸出水頭壓力的實時數據，與壓力傳感器系統相連；

圖像采集系統，用于實時捕捉管道-裂隙網絡結構介質模型的水流運動過程；

管道-裂隙網絡結構介質模型，通過調節裂隙隙寬、管道尺寸、裂隙與管道的比率等來模擬不同的水文情景，并通過導流管與壓力傳感器系統相連；

計算機，用于自動化讀取數據以及采集圖像，與數據采集系統和圖像采集系統相連。

與背景技術相比，本發明自動化監測管道與裂隙網絡中的水流運動規律的實驗裝置結構合理，可操作性強，管道-裂隙網絡介質結構模型的設計，可以方便地調整裂隙網絡結構，在模型裝置中的不同位置安裝壓力傳感器，可以測量整個流場中的水動力條件；另外，自動化讀取數據，避免人為誤差。通過高清攝像儀拍攝技術，更直觀地了解水流在整個流場中的運動規律。

優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型包括兩片有機玻璃板、夾于兩片有機玻璃板之間的若干有機玻璃塊及夾于相鄰有機玻璃塊之間的薄層墊片，所述一個有機玻璃板上設有與有機玻璃塊配合的卡槽，所述有機玻璃塊在卡槽的導引下移動，所述有機玻璃塊之間形成裂隙網絡結構。各有機玻璃塊之間用一定厚度的薄層墊片隔離，這樣可以模擬不同隙寬的裂隙網絡結構。有機玻璃塊可以在卡槽上水平移動，有效地實現了裂隙隙寬的改變。

優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型還包括進水口、出水口，所述若干有機玻璃塊具有若干不同尺寸，所述薄層墊片具有若干不同厚度。

優選的，所述的壓力傳感器系統包括一系列壓力傳感器及一個固定壓力傳感器的實驗裝置。

優選的，所述的數據采集系統包括兩個巡檢儀及一個電源。

優選的，所述的圖像采集系統包括一臺高清攝像儀。使用該圖像采集系統時，將兩種有色液體分別補給管道以及裂隙網絡，通過高清攝像儀實時捕捉水流在其中的運動過程，并在計算機上安裝圖像分析軟件，可視化地分析管道-裂隙網絡介質水流運動規律。

優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型上設有若干與管道及裂隙連通的測壓孔，所述測壓孔通過導管連接到壓力傳感器系統。

附圖說明

圖1是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的結構示意圖。

圖2是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置中管道-裂隙網絡結構介質模型的結構示意圖。

圖3是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的局部放大結構示意圖。

圖4是圖3中沿A-A方向的剖視圖。

圖5是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的后視圖。

具體實施方式