專利名稱：水力傳導率動態監測裝置主體機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水力傳導率動態監測裝置主體機構，特別是一種應用于地震前兆研究的水力傳導率動態監測裝置主體機構。
背景技術：
地震前地下應力—應變的變化，是近40年來國內外探索地震前兆的基本依據。現今仍處在探索階段的各類地震前兆觀測手段，其觀測的物理量普遍對地下應力—應變的變化信息不具有特異性，觀測結果往往含有某些非應力—應變因素和地表干擾信息，而試圖通過觀測資料分析，對地下應力—應變的變化信息和其他信息加以準確區分，又被長期的實踐證明是困難的。這使得地震前地下應力—應變變化情況的檢測結果在不同程度上降低了其可靠性。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種水力傳導率動態監測裝置主體機構，當該裝置安裝于觀測井上且其變速恒流泵按所設定的兩種輸出流量并按設定的周期進行兩種運行狀態的連續切換時，即可動態測量觀測井中對應于二種泄流流量的水位之間的變化值，從而有利于地震監測人員采用所測得的有關參數應用有關公式計算出水力傳導率或其相對變化量，實現對用于地震前兆研究的地下應力—應變變化信息的動態監測。
本實用新型是這樣構成的，其特征在于該裝置上設有方波形流量生成器和井孔水位記錄器，方波形流量生成器包括變速恒流泵和上部與大氣相通的貯水室，貯水室內設有上方開口的回流室，回流室底部設有通往觀測井的回流管，所述的貯水室下部設有與變速恒流泵進水口相聯接的出水口，且貯水室聯接有與伸入觀測井內的抽水管相聯接的抽水泵。
工作時，方波形流量生成器使滿足觀測條件的觀測井孔分別在按照一定周期進行切換的恒定流量Q1和Q2二種不同狀態下流出地下水，與此同時，井孔水位的變化呈現與方波形流量等周期的波形，由水位記錄器記錄井孔水位的動態變化情況。通過連續測量恒定流量Q1和Q2二種不同狀態所對應的井孔平衡水位之差ΔH，該ΔH值動態測量結果可作為水力傳導率動態變化過程的相對量度。
由于巖體受力變形破壞的實質是其孔隙度發生變化，而地下含水層水力傳導率在地下水粘滯性的變化可以忽略的情況下僅僅是含水層巖體孔隙度的函數，所以，地下深部飽和含水層的水力傳導率具有僅對地下應力—應變的變化敏感、對非應力—應變因素和地表干擾不敏感的特點。因此，在應用于地震前兆研究中的地下應力—應變變化信息動態監測時，本實用新型具有抗干擾和高信噪比的特性，而且，較之地下水水文學中測量水力傳導率的常規方法和裝置而言，也具有快捷簡便和可實現精確連續動態監測的優點。
圖1是本實用新型實施例構造示意圖。
圖2是本實用新型實施例的另一種等效構造示意圖。
圖3是本實用新型實施例工作時生成的方波形流量變化曲線示意圖。
圖4是本實用新型實施例工作時井孔水位變化曲線及觀測輸出量ΔH示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例的特征在于該裝置上設有方波形流量生成器和井孔水位記錄器1，方波形流量生成器包括變速恒流泵2和上部與大氣相通的貯水室3，貯水室內設有上方開口4的回流室5，回流室底部設有通往觀測井6的回流管7，所述的貯水室下部設有與變速恒流泵進水口相聯接的出水口8，且貯水室聯接有與伸入觀測井內的抽水管9相聯接的抽水泵10。
如圖2所示是本實用新型的另一等效實施例構造示意圖，圖中將相并聯的兩個恒流泵11、12替代附圖1中的變速恒流泵2與貯水室3的出水口8相連接，其他部分的構造與附圖1相同。
在使用安裝時，抽水泵、回流管和水位記錄器的傳感器13置入觀測井內。通過抽水泵的工作，輸入貯水室的水流量應不小于變速恒流泵工作時輸出的最大流量Q2，以保證貯水室內的水面保持在與回流室的上方開口等高的固定高度上，使變速恒流泵有一個穩定的輸入水頭壓力。
本實用新型實施例工作過程和原理如下開啟抽水泵，把井孔內的地下水經抽水管輸入貯水室，再經回流室和回流管流回井孔內。變速恒流泵按照設置的工作程序周期性地在恒定流量Q1和Q2二種狀態下交替運行，使井孔內的地下水按照附圖3的方波形曲線所示的流量變化形態排出井孔外。水位記錄器在工作狀態下記錄井孔水位。由附圖4曲線所示的與方波形流量等周期的水位波記錄結果，測量其波幅ΔH，即得本實用新型的觀測輸出量。在觀測井孔具有合適水文地質條件的情況下，把地下水動力學中的達西定律Q=KAh-h′ΔL---(1)]]>應用于井孔-含水層水力體系，經推導得到K=kΔQΔH---(2)]]>式中k對于結構穩定的井孔并在設定的工作狀態下為常數；ΔQ為恒定流量Q2與Q1之差，也是常數。可見觀測輸出量ΔH可作為井孔外周含水層水力傳導率K動態變化的相對量度；若通過觀測系統標定求出常數k的數值，亦可進一步換算得到水力傳導率K的絕對值。或者，也可采用單位流量水位降D來描述水力傳導率的相對變化D=ΔHΔQ---(3)]]>由式(1)、(2)和(3)可知D=1K·ΔLA---(4)]]>從上式易見，D是井孔狀態和含水層水力傳導率的函數，是井孔透水能力的量度，可稱之為“井孔滲透阻抗”。在觀測系統設置的恒定流量Q1和Q2變動范圍不大的情況下，以“井孔滲透阻抗”作為觀測輸出量，其與ΔH具有同樣物理意義且更為適用。
本實用新型使用時，要求觀測井孔具有合適的水文地質條件，同時要求觀測系統的條件參數合理設置并在確定后基本保持不變，所以上述達西定律的應用是成立的。
由于水力傳導率是含水層孔(裂)隙度和流體性質的函數，在深部地下水的流體性質的變化可以忽略的情況下，則水力傳導率僅僅是含水層孔(裂)隙度的函數。又由于巖體受力變形破壞的實質是其孔隙度發生變化，在含水層位于地下足夠深的情況下，地表附加應力等因素的變化對含水層孔(裂)隙度的影響可以忽略，以及在保持井孔壁孔(裂)隙處于穩定的清潔狀態時，則井孔外周含水層孔(裂)隙度的變化僅僅受制于地下應力—應變狀態。由此可見，在上述相關條件下，水力傳導率的變化僅僅與地下應力—應變狀態有關。因此，本實用新型應用于地震前兆研究時，為連續檢測地下應力—應變微動態信息提供了一種具有明顯優勢的有效手段，此外也可望為其他某些需要動態監測地下應力—應變變化情況的場合提供一種新的途徑。
為了滿足上述使觀測井的井孔壁孔(裂)隙保持穩定的清潔狀態的條件，流量Q1和Q2宜設置為適當值，通過適當大的連續水流使井孔壁孔(裂)隙達到持續清洗的效果，同時還可定期或不定期地對觀測井進行專門的清洗。
當采用如附圖2所示的實施例構造，即以并聯的恒流泵11和12替代自動變速恒流泵2時，恒流泵11和12的工作流量分別設為Q1和Q2，二者按照一定周期交替工作；或者恒流泵11工作流量設為Q1連續工作，恒流泵12工作流量設為ΔQ(Q2與Q1之差)按照一定周期間歇性工作，其輸出流量的變化曲線同樣為如附圖3所示的方波形。
所述的方波形流量生成器的自動控制系統和水位記錄器的自動記錄系統，在現有成熟的數字技術支持下，本實用新型可構成一種數字化觀測儀器。
本實用新型的實施例構思新穎、原理科學、設計合理、測量精確、觀測物理量對地下應力—應變的變化信息具有特異性，其應用前景樂觀。
權利要求1.一種水力傳導率動態監測裝置主體機構，其特征在于該裝置上設有方波形流量生成器和井孔水位記錄器，方波形流量生成器包括變速恒流泵和上部與大氣相通的貯水室，貯水室內設有上方開口的回流室，回流室底部設有通往觀測井的回流管，所述的貯水室下部設有與變速恒流泵進水口相聯接的出水口，且貯水室聯接有與伸入觀測井內的抽水管相聯接的抽水泵。
2.根據權利要求1所述的水力傳導率動態監測裝置主體機構，其特征在于所述的變速恒流泵由二個相并聯的恒流泵構成。
專利摘要本實用新型涉及一種水力傳導率動態監測裝置主體機構，其特征在于該裝置上設有方波形流量生成器和井孔水位記錄器，方波形流量生成器包括變速恒流泵和上部與大氣相通的貯水室，貯水室內設有上方開口的回流室，回流室底部設有通往觀測井的回流管，所述的貯水室下部設有與變速恒流泵進水口相聯接的出水口，且貯水室聯接有與伸入觀測井內的抽水管相聯接的抽水泵。在應用于地震前兆研究中的地下應力—應變變化信息動態監測時，本實用新型具有抗干擾和高信噪比的特性，而且，較之地下水水文學中測量水力傳導率的常規方法和裝置而言，也具有快捷簡便和可實現精確連續動態監測的優點。
文檔編號G01V9/00GK2606361SQ0321597
公開日2004年3月10日 申請日期2003年3月20日 優先權日2003年3月20日
發明者蔡作馨, 蔡詩凰, 史粦華, 王吉易, 楊鼎鴻 申請人:福建省地震局寧德地震臺, 蔡作馨, 蔡詩凰, 史粦華, 王吉易, 楊鼎鴻