本發(fā)明屬于水環(huán)境監(jiān)測，尤其涉及一種地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

1、地表水與地下水是自然界水文循環(huán)過程中兩種主要的水體存在形態(tài)，二者之間存在水量、水質(zhì)和能量上的相互轉(zhuǎn)化，并對水資源的形成、分布和時空演化過程，水資源的評價，開發(fā)利用與管理，水體污染防治與保護，流域生態(tài)環(huán)境保護，乃至對于環(huán)境中的溫室氣體排放等全球變化問題均具有重要的科學(xué)意義。雖然地表水與地下水交互轉(zhuǎn)化的水動力機制和過程易于理解，但受自然地理條件、地質(zhì)與水文地質(zhì)條件以及水資源開發(fā)利用狀況等諸多因素影響，地表水與地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系常具有時間和空間上的變異性；同時，受常規(guī)水文和地下水動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)水平及體系布設(shè)密度限制，具體地區(qū)地表水與地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及其時空變化規(guī)律的準(zhǔn)確刻畫往往十分困難。

2、目前對于地表水與地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系的判斷多以同位素、水化學(xué)以及溫度示蹤等間接方法為主，原位直接監(jiān)測方法的應(yīng)用較少，結(jié)論不直觀。原位監(jiān)測手段中，傳統(tǒng)滲流儀、熱脈沖型自動滲流儀以及超聲波自動滲流儀等現(xiàn)有裝置多以小的點尺度監(jiān)測為主，且只能實現(xiàn)對地下水向地表水排泄單向的監(jiān)測，無法長時間工作，精度差且效率低。剖面尺度的測量則需要設(shè)置多口監(jiān)測井建立監(jiān)測剖面，成本高且難以實現(xiàn)高時空密度測量，仍無法測量和區(qū)別剖面不同深度處轉(zhuǎn)化方向和強度?；谝陨犀F(xiàn)有的技術(shù)問題，提出一種可直接地、實時高頻地對剖面不同深度處的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及其通量進行監(jiān)測的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，包括：

4、控制平臺，位于水岸上，包括供電模組、數(shù)據(jù)處理模組和流量測量模組；

5、探棒，位于地表水水面下，用于收集數(shù)據(jù)，所述探棒的一端尖銳插入河床中，另一端暴露在地表水中；所述探棒與控制平臺連接。

6、進一步的，所述探棒包括：

7、主管，所述主管分為上管、中管和下管三部分，主管的兩端設(shè)有外螺紋；

8、空心管，嵌套于主管內(nèi)，在上管和下管部分，所述主管和空心管的管壁上均設(shè)有均勻分布的孔洞；空心管與主管之間裝填有砂礫；

9、鋼砂網(wǎng)，嵌入主管的內(nèi)壁，位于上管和下管部分；

10、上蓋，所述上蓋與主管一端的外螺紋配合連接；

11、錐尖，所述錐尖與主管另一端的外螺紋配合連接；

12、電磁流量計，裝設(shè)于空心管上的中管部分，用于實時記錄水流的方向和流量；

13、兩個壓力溫度傳感器，分別設(shè)置于上管和下管中，用于分別監(jiān)測地表水和地下水的壓力及溫度。

14、進一步的，所述主管和錐尖的長度分別為1m和0.2m；上管、中管和下管的長度分別為0.1m、0.8m和0.1m；主管的直徑為5cm；空心管的直徑為2cm。

15、進一步的，所述上管外側(cè)均勻分布有垂直管壁且呈放射狀的防纏刺。

16、進一步的，所述探棒還包括導(dǎo)線，所述導(dǎo)線從主管的中管與上管連接處接出并與控制平臺連接，所述導(dǎo)線用于將控制平臺提供的電能傳輸至探棒，并將電磁流量計與壓力溫度傳感器采集的信號和數(shù)據(jù)傳送至控制平臺的流量測量模組進行分析處理。

17、進一步的，所述砂礫的直徑大于孔洞的直徑。

18、進一步的，所述數(shù)據(jù)處理模組為數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊中的一種。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

20、1、本發(fā)明可根據(jù)不同的監(jiān)測需求調(diào)整嵌入河床中探棒的數(shù)量和位置，實時連續(xù)地對剖面不同深度處地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量進行監(jiān)測，做到了對原位數(shù)據(jù)的靈活獲取。

21、2、本發(fā)明的控制平臺涵蓋了供電模塊和數(shù)據(jù)處理模組，可根據(jù)實際應(yīng)用情況選取供電方式以及選裝數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)傳輸模塊，提升了儀器連續(xù)觀測的能力。

22、3、本發(fā)明提供的剖面監(jiān)測裝置安裝環(huán)境要求低，相對于建立監(jiān)測剖面的傳統(tǒng)監(jiān)測方法更加快捷、經(jīng)濟，無需大量人力、物力及時間的投入，實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)采集。

23、4、本發(fā)明測得的結(jié)論精確度高：探棒結(jié)構(gòu)細(xì)長使得在河床中埋入及取出更加方便，且減少了沉積物的擾動；上管的防纏刺設(shè)計規(guī)避了地表水中雜物對測量效果的影響；探棒埋設(shè)好后，靜置穩(wěn)定一段時間后開始監(jiān)測，減小采集數(shù)據(jù)的誤差；引入傳感元件完成測量，減少了人工干預(yù)及誤差。

24、5、本發(fā)明采用多參數(shù)集成監(jiān)測，可以檢查監(jiān)測過程中設(shè)備損壞情況及數(shù)據(jù)可靠性：可由上管與下管中傳感器的水壓數(shù)值根據(jù)達西定律間接獲取水力通量，此結(jié)果與電磁流量計監(jiān)測通量結(jié)果進行對比，檢查矯正數(shù)據(jù)及檢驗設(shè)備是否損壞。

技術(shù)特征：

1.一種地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述探棒包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述主管和錐尖的長度分別為1m和0.2m；上管、中管和下管的長度分別為0.1m、0.8m和0.1m；主管的直徑為5cm；空心管的直徑為2cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述上管外側(cè)均勻分布有垂直管壁且呈放射狀的防纏刺。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述探棒還包括導(dǎo)線，所述導(dǎo)線從主管的中管與上管連接處接出并與控制平臺連接，所述導(dǎo)線用于將控制平臺提供的電能傳輸至探棒，并將電磁流量計與壓力溫度傳感器采集的信號和數(shù)據(jù)傳送至控制平臺的流量測量模組進行分析處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述砂礫的直徑大于孔洞的直徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表水-地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模組為數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種地表水?地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量的原位監(jiān)測裝置，包括：控制平臺，位于水岸上，包括供電模組、數(shù)據(jù)處理模組和流量測量模組；探棒，位于地表水水面下，用于收集數(shù)據(jù)，所述探棒的一端尖銳插入河床中，另一端暴露在地表水中；所述探棒與控制平臺連接。本發(fā)明可根據(jù)不同的監(jiān)測需求調(diào)整嵌入河床中探棒的數(shù)量和位置，實時連續(xù)地對剖面不同深度處地表水?地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及通量進行監(jiān)測；可根據(jù)實際應(yīng)用情況選取供電方式以及選裝數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)傳輸模塊，提升了儀器連續(xù)觀測的能力；安裝環(huán)境要求低，且實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)采集；測得的結(jié)論精確度高；可以檢查監(jiān)測過程中設(shè)備損壞情況及數(shù)據(jù)可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：李孜涵,杜新強,王浩民,郭輝,徐皓杰
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2