[發明專利]一種地下水流速流向實時監測方法及監測系統

在審

• 申請號: 201610023424.9
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105486351A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 唐輝明;蔡毅;張俊榮;路桂英;張永權;張雅慧;范志強
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;江釗芳

1.一種地下水流速流向實時監測方法，其特征在于包括以下步驟：沿鉛垂方向設 置一撓性管，撓性管的下端連接一擺球；將撓性管放入地下水中；擺球受地下水繞流阻 力作用產生位移，同時，該繞流阻力作用于撓性管使撓性管產生撓曲變形；測得擺球在 繞流阻力作用下的水平方向位移及擺球在水平面的偏轉方向；根據擺球在繞流阻力作用 下的水平方向位移計算得到地下水水平方向流速。

2.根據權利要求1所述的地下水流速流向實時監測方法，其特征在于：根據擺球 在繞流阻力作用下的水平方向位移計算地下水水平方向流速時，忽略地下水垂向流速對 擺球水平位移的影響；所述地下水水平方向流速根據以下公式計算得到：

CDAρU22=3EIω1l3]]>

其中，U為地下水水平方向流速；A為繞流物體在垂直于流向的平面上投影面積； ρ為地下水密度；l為撓性管的長度，E為撓性管彈性模量，I為撓性管慣性矩，l、E 和I均由撓性管決定；ω₁為擺球在繞流阻力作用下的水平方向位移；C_D為繞流阻力系 數，取決于繞流物體的形狀與流動雷諾數R_e，所述流動雷諾數R_e與地下水水平方向流 速、地下水溫度T和擺球直徑d有關。

3.根據權利要求1所述的地下水流速流向實時監測方法，其特征在于：所述撓性 管的上端安裝有電子羅盤和感光元件，撓性管與擺球的連接處安裝LED燈，擺球受地 下水繞流阻力作用產生位移時LED燈位置發生改變，利用電子羅盤和感光元件采集位 移數據，得到擺球在繞流阻力作用下的水平方向位移及擺球在水平面的偏轉方向。

4.一種基于權利要求1所述監測方法的地下水流速流向實時監測系統，包括上下 兩底封閉、內部中空的圓柱體探頭，其特征在于：所述探頭管壁為網狀；探頭內部沿其 中軸線設置有一根撓性管，撓性管的下端連接一顆擺球，撓性管的上端安裝有電子羅盤 和感光元件，撓性管與擺球的連接處安裝有LED燈；探頭內安裝有溫度傳感器；所述 電子羅盤、感光元件和溫度傳感器均通過電纜與地面控制系統連接。

5.根據權利要求4所述的地下水流速流向實時監測系統，其特征在于：所述地面 控制系統為PC機。

6.根據權利要求4所述的地下水流速流向實時監測系統，其特征在于：所述探頭 位于圓柱形套管內部，套管上底開口，套管下底由圓形管底封閉；套管壁分為上段和下 段，套管壁高于探頭最高沿處為上段，低于探頭最高沿部分為下段，套管壁的上段封閉 止水，套管壁的下段為網狀管壁；所述網狀管壁內設有反濾層。

7.根據權利要求6所述的地下水流速流向實時監測系統，其特征在于：所述反濾 層由由外至內鋪設的不少于四層顆粒物組成，每層顆粒物粒徑相同，各層顆粒物由外至 內粒徑增大。