智能化地下水流向流速監(jiān)測儀采用單井顯微視頻攝像技術(shù),通過顯微鏡頭拍攝水中膠體粒子的移動軌跡,實時測定地下水流速。內(nèi)置電子羅盤,精準定位流向。
公告序號(無)
技術(shù)/裝備名稱
智能化地下水流向流速監(jiān)測儀裝備
申報單位
北京歐仕科技有限公司
推薦單位
生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心
一、技術(shù)/裝備簡介
適用范圍
(1)地下水常規(guī)監(jiān)測:小尺度高精度的地下水流速、流向指標(biāo),是地下水質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測的必要組成。
(2)地下水污染監(jiān)測:對于生態(tài)環(huán)境部門要求的雙源(飲用水源及污染源)監(jiān)測任務(wù),建立起有效的地下水重點區(qū)域污染預(yù)警、預(yù)測監(jiān)測網(wǎng)。
(3)水資源及水文監(jiān)測:對于重大工程對地下水資源及水文、水環(huán)境特征的影響,需要地下水流速、流向等數(shù)據(jù)的直觀體現(xiàn)。
(4)地質(zhì)調(diào)查:開采地下水誘發(fā)的巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害。
(5)地下水工程工藝判定:小尺度工程場地地下水流動對工藝選擇的判定。
技術(shù)原理
智能化地下水流向流速監(jiān)測儀采用單井顯微視頻攝像技術(shù),通過顯微鏡頭拍攝水中膠體粒子的移動軌跡,實時測定地下水流速。內(nèi)置電子羅盤,精準定位流向。與傳統(tǒng)的地下水流向流速測定方式相比,可以實現(xiàn)單井、快速、實時測量地下水流向流速。探頭前端配置有井下攝錄模塊,可實時觀測井下環(huán)境。此外,探頭還集成了壓力和溫度傳感器,能夠準確地測量水位和水溫。拍攝到的影像通過自主開發(fā)的軟件用數(shù)字化的形式表現(xiàn)出來,從而確定實際的水中粒子的運行軌跡,軟件通過獨特的算法確定每個膠質(zhì)粒子的流速及相應(yīng)的流向。
工藝路線
智能化地下水流向流速監(jiān)測儀由北京歐仕科技有限公司研發(fā)生產(chǎn),具有完全知識產(chǎn)權(quán),采用單井顯微視頻攝像技術(shù),獨特集成了720P 井下高清監(jiān)控相機,3.7mm 高清鏡頭,視角90度,可實現(xiàn)探頭的精準布放以及井下實時可視化。設(shè)備包括一體化集成探頭、線纜、地面控制器和外部供電設(shè)備。探頭*底端配置井下電視攝像頭,可用于觀測探頭下放位置。其上方設(shè)有顯微攝像窗口,可捕捉水中微米級膠體顆粒。探頭內(nèi)部設(shè)計有電子羅盤,用于判定水中顆粒流動方向。數(shù)據(jù)通過線纜傳輸?shù)娇刂破鬟M行數(shù)據(jù)處理,*終顯示測定結(jié)果。同時也具備在線功能,獲得遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)。
布放啟動之后,系統(tǒng)可獲得地下水流向,流速,水位,水溫數(shù)據(jù),可野外便攜使用也可實現(xiàn)遠程無線傳輸。*大工作深度300m(60m、150m可選)。
裝備性能參數(shù)及執(zhí)行標(biāo)準
參照 JJG(水利)001-2009 轉(zhuǎn)子式流速儀檢定規(guī)程
激光干涉儀:CDjx2021-10961
高精度連續(xù)脈沖間隔測量儀:SPss2021-11042
等間距光學(xué)顆粒靶板:CDlz2022-01087
等間距光學(xué)顆粒靶板:CDlz2022-01237
方向精度:±1°;
可檢測*低速度:1μm/s;
*小可識別顆粒物粒徑:5μm,在自然水體監(jiān)測中可直接觀察測定,無需人為投加外源物質(zhì)。
可在*小5cm內(nèi)徑的井內(nèi)監(jiān)測
應(yīng)用效果
智能化地下水流向流速儀可**利用單井測定地下水流動狀態(tài),既可以便攜單次使用,也可以布放在線使用。此技術(shù)的應(yīng)用,填補了小區(qū)域尺度流向與流速無法測定的空白,通過單井實時刻畫地下含水層的流動狀態(tài),不僅獲得流向與流速的實時數(shù)據(jù),還可獲得水位及水溫的數(shù)據(jù)。
在在線監(jiān)測的模式下,可以獲得地下水規(guī)律性波動變化,包括潮汐、季節(jié)等變化規(guī)律,為地下水野外工作提供**手**數(shù)據(jù)。
研發(fā)背景
智能化地下水流向流速監(jiān)測儀由北京歐仕研發(fā)生產(chǎn),具有自主知識產(chǎn)權(quán),采用單井顯微視頻攝像技術(shù),獲得地下水流向、流速、水位、水溫數(shù)據(jù)。
一直以來,地下水監(jiān)測工作中多采用現(xiàn)有的勘察資料等來粗略判斷地下水的流向及流速。對于“雙源”監(jiān)測,沒有合適尺度的水文地質(zhì)資料,也無法有效預(yù)警、預(yù)判地下水污染的趨勢及擴散速度。在企業(yè)用地調(diào)查過程中,也一直存在四個技術(shù)難點。1地下水流向判斷存在較高技術(shù)難度,地下水歷史資料較缺乏。2缺乏視頻手段,監(jiān)測井特別是篩網(wǎng)處的洗井和維護效果難以評估。3判斷監(jiān)測井的設(shè)置是否合理。4測定手段無法提供在線監(jiān)測的手段,單次測量不能準確捕捉并刻畫地下水流向與流速的準確變化規(guī)律。
該裝備實時拍攝水中的膠體粒子移動軌跡以測量地下水的流速;且融合了高分辨磁通量羅盤系統(tǒng),來測定水的流向。儀器可**利用單井管測定地下水流動狀態(tài),既可以便攜單次使用,也可以布放在線使用。目前該技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)保等領(lǐng)域,具有靈敏度高、結(jié)果實時反饋等特點。
目前國外有類似設(shè)備,采用熱脈沖的方法,測定指標(biāo)少精度低,不可實時數(shù)據(jù)反饋,且無法在線提供監(jiān)測數(shù)據(jù),存在一定的技術(shù)局限性。
技術(shù)/裝備特點
該裝備具備以下幾點優(yōu)勢特點:
1、實現(xiàn)快速單井測量地下水流向與流速
2、可在*小5cm內(nèi)徑的井內(nèi)監(jiān)測
3、超低流速監(jiān)測(權(quán)威計量單位出具可達1μm/s,實際可更低)
4、井下環(huán)境可視,一次性找到監(jiān)測位置
5、便攜和在線兩種工作模式
6、*低2秒監(jiān)測間隔,可調(diào)節(jié)
7、數(shù)據(jù)無線傳輸,具有超標(biāo)報警功能
8、極易維護
9、監(jiān)測數(shù)據(jù)實時顯示,結(jié)果現(xiàn)場打印
二、典型應(yīng)用案例
案例名稱
北京地鐵27號線二期(昌平線南延)勘察01合同段地下水流速、流向測定項目
案例簡介
北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司采用冷凍法進行地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道施工。核心是在地層中鉆孔后埋入加鹽水或液氮的鋼管,通過利用人工制冷手段使結(jié)構(gòu)周圍不穩(wěn)定的含水圍巖凍結(jié)成封閉的、具有足夠強度和剛度的凍結(jié)壁,然后進行施工作業(yè)的一種施工法,凍結(jié)壁能保證地層穩(wěn)定,同時還能起隔水作用,保證地下工程施工的順利進行。冷凍法施工一般分為垂直冷凍和水平凍,根據(jù)相關(guān)資料規(guī)定:只要地層天然水含量大于10%,且地下水流動或滲透速度小于10m/ d的情況,都可以采用凍結(jié)法施工。
北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司委托北京歐仕科技進行地下流速與流向的測定。
達到的標(biāo)準或性能要求
傳統(tǒng)手段,無法實現(xiàn)地下水點位這種小尺度的地下水流速的**測定,區(qū)域性的結(jié)果對地鐵站聯(lián)絡(luò)通道施工理論支撐不足,實際狀況與經(jīng)驗數(shù)據(jù)往往出現(xiàn)較大偏差。如果速度過大,需要加大冷凍投入,為獲得冷凍效果,均會造成時間及金錢的成本增加。為獲得準確的成本投入預(yù)期以及準確獲得冷凍效果預(yù)判,均需要對小尺度的地下水流速進行精準測定。經(jīng)多次委托測定,均為北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司提供比較準確的數(shù)據(jù)支撐。
業(yè)主單位
北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司
投運時間
2020年11月
工藝流程
1、監(jiān)測前24小時,對監(jiān)測井進行洗井靜置。
2、如圖所示,連接好儀器。
3、打開井下電視模塊,將探頭緩慢下放,布放在監(jiān)測井中井篩中部。
4、靜置20-30分鐘,同時設(shè)置監(jiān)測任務(wù)。
5、開始監(jiān)測30分鐘。
6、停止監(jiān)測,回收儀器。
主要工藝參數(shù)
1方向精度:±1°;
2可檢測*低速度:1μm/s;
3*小可識別顆粒物粒徑:5μm,在自然水體監(jiān)測中可直接觀察測定,無需人為投加外源物質(zhì)。
運行情況
該案例為委托測試的技術(shù)服務(wù),利用智能化地下水流向流速監(jiān)測儀測定地鐵施工場地地下水流動情況,測試后出具技術(shù)服務(wù)測試報告。
技術(shù)/裝備應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果
設(shè)備功耗低,采用220V供電,功率只有30W。