地下水位测量方法与流程

本发明涉及地下水位测量技术领域，特别是涉及一种地下水位测量方法。

背景技术：

地下水与人类的关系十分密切，井水和泉水是人类日常使用最多的地下水，占据着不可替代的地位。不过，地下水也会造成一些危害，如地下水过多，会引起铁路、公路塌陷，淹没矿区巷道，形成沼泽地等。

伴随着人类在地球上活动的广度和深度逐步扩大及加深，浅部和深部地下水资源均受到不同程度上的影响。由中国地质科学院水文环境地质研究所实施的国土资源大调查计划项目《华北平原地下水污染调查评价》成果显示：华北平原浅层地下水综合质量整体较差，且污染较为严重，未受污染的地下水仅占采样点的55.87％。深层地下水综合质量略好于浅层地下水，污染较轻。

与此同时，人类活动对地下水量影响也较为显著。例如，世界上大多数石油开采都会利用地下水资源进行加压，以此将同等体积的油体压至地表以获利用，煤矿开采中遇含水层会先行抽水泄压(露天煤矿开采时遇地下水层采用疏干井进行疏干)，继而开采煤层。由此可见，人类活动对地下水位影响十分巨大，甚至可能导致地下水系紊乱和退减，乃至整层地下水消失，这对区域的生活、工业用水来源提出较大挑战，如若处理不当，将会造成人员、财产的巨大损失。

目前，对于地下水位的测量，国内外相关单位只是对各自的学科知识和用途十分有限的设备装置加以利用，没有可以自动跟踪探测井内地下水位的装置出现。例如，当一口观测井打通后，便利用水位仪下放至水层内，通过感应装置得到水位仪距离水面高度，再通过井口下方的电线长度计算出水面距离地表井口的高度。然而，这种方法过于局限，误差大，且受地形、地层及自身构造等多种因素影响，无法真实可靠地得出地下水位的时间和空间变化。可见，对于可随观测井内水面升降进行实时跟踪的智能地下水位测量装置的研发和使用，是十分必要的。

但是，现有的地下水位测量仪器和装置，均无法做到随地下水位进行动态实时跟踪，在大型矿业开采、油田开发，以及在人类活动密集区域作业，无法做到精准、快速地测量和数据处理，限制了开发进程。

因此，具有可随地下水位升降而实时智能跟踪测量，及地表井口设备实时对测量仪电子信号进行数字化处理，及端口数据输出等功能的全套测量方法和测量装置的开发显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地下水位测量方法，以解决现有技术中存在的不能随地下水位升降而进行动态实时跟踪测量的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种地下水位测量方法，包括：

步骤1，预设，将用于测量地下水水位的测量装置放置于观测井井口的中心位置；

步骤2，下放，通过与所述测量装置电性连接的用于传输信号的连接电线，将所述测量装置自由下放到井内，当所述测量装置触及到地下水水面时，记录所述连接电线的下放长度h₂，已知所述测量装置的长度为h₁，地下水位为地下水水面距离井口的深度，即，地下水位H＝h₁+h₂；

步骤3，停止下放，当所述测量装置触及到地下水水面后，继续下放所述测量装置至其位于水面以下一定距离后停止下放，根据所述测量装置测量得到的水压数值，得出所述测量装置在水面以下的距离，记录此距离为h₃；

步骤4，当地下水位下降时，所述测量装置测量得到的水压数值变小，继续下放所述测量装置，直至所述测量装置在水面以下的距离为h₃，记录所述连接电线继续下放的长度△h₂，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+△h₂；

步骤5，当地下水位上升时，所述测量装置测量得到的水压数值变大，根据变化后的水压数值，得出所述测量装置在水面以下的距离△h₃，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+h₃-△h₃。

进一步地，当地下水位下降但未低于所述测量装置时，所述测量装置测量得到的水压数值变小但大于零，根据变化后的水压数值，得出所述测量装置在水面以下的距离△h₃，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+h₃-△h₃。

进一步地，所述测量装置包括测量装置外壳、电线密封盖、水压传感器及水敏传感器，所述电线密封盖设置在所述测量装置外壳顶部，所述水压传感器设置在所述测量装置外壳底部，所述水敏传感器设置在所述水压传感器底部。

进一步地，所述连接电线穿过所述电线密封盖与所述水压传感器及所述水敏传感器电性连接。

进一步地，所述水压传感器上固定连接有主电路板，所述主电路板与所述连接电线电性连接。

进一步地，所述水压传感器内部设置有压力传感片，所述压力传感片与所述主电路板电性连接。

进一步地，所述水压传感器的侧壁上设置有透水孔，所述透水孔的数量为4个，相邻所述透水孔的轴线相互垂直。

进一步地，所述水敏传感器内部设置有电路板，所述电路板与所述主电路板电性连接；

所述电路板上电性连接有第一电极探针和第二电极探针，所述第一电极探针的自由端和所述第二电极探针的自由端均穿出所述水敏传感器的表面。

进一步地，所述第一电极探针和所述第二电极探针与所述水敏传感器的表面之间均设置有绝缘密封圈。

本发明提供的地下水位测量方法，测量装置随着连接电线的收放在井内上下移动，对地下水位进行动态实时跟踪，测量装置接触到水面后，信号由连接电线反馈，根据连接电线下放的长度，得出地下水位的数据，测量装置继而浸入到地下水中一定距离，当地下水位下降时，继续下放测量装置，直至测量装置再次浸入到地下水中一定距离，根据连接电线继续下放的长度，经计算得出下降后的地下水位的数据，当地下水位上升时，根据测量装置距离水面的高度，得出上升后的地下水位的数据，本地下水位测量方法能够动态实时跟踪测量地下水位的变化，适于进行推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种地下水位测量方法的应用示意图；

图2为本发明提供的一种地下水位测量方法中测量装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种地下水位测量方法中测量装置的结构爆炸示意图；

图4为本发明提供的一种地下水位测量方法中水压传感器的结构示意图；

图5为本发明提供的一种地下水位测量方法中水敏传感器的结构示意图。

附图标记：

1-连接电线； 2-电线密封盖； 3-测量装置外壳；

4-水压传感器； 5-水敏传感器； 6-主电路板；

7-透水孔； 8-电路板； 9-第一电极探针；

10-第二电极探针； 11-测量装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

在本实施例的可选方案中，如图1所示，本实施例提供的一种地下水位测量方法，包括：

步骤1，预设，将用于测量地下水水位的测量装置11放置于观测井井口的中心位置；

步骤2，下放，通过与测量装置11电性连接的用于传输信号的连接电线1，将测量装置11自由下放到井内，当测量装置11触及到地下水水面时，记录连接电线1的下放长度h₂，已知测量装置11的长度为h₁，地下水位为地下水水面距离井口的深度，即，地下水位H＝h₁+h₂；

步骤3，停止下放，当测量装置11触及到地下水水面后，继续下放测量装置11至其位于水面以下一定距离后停止下放，根据测量装置11测量得到的水压数值，得出测量装置11在水面以下的距离，记录此距离为h₃；

步骤4，当地下水位下降时，测量装置11测量得到的水压数值变小，继续下放测量装置11，直至测量装置11在水面以下的距离为h₃，记录连接电线1继续下放的长度△h₂，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+△h₂；

步骤5，当地下水位上升时，测量装置11测量得到的水压数值变大，根据变化后的水压数值，得出测量装置11在水面以下的距离△h₃，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+h₃-△h₃。

在本实施例的可选方案中，当地下水位下降但未低于测量装置11时，测量装置11测量得到的水压数值变小但大于零，根据变化后的水压数值，得出测量装置11在水面以下的距离△h₃，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+h₃-△h₃。

在本实施例的可选方案中，如图2所示，测量装置11包括测量装置外壳3、电线密封盖2、水压传感器4及水敏传感器5，电线密封盖2设置在测量装置外壳3顶部，水压传感器4设置在测量装置外壳3底部，水敏传感器5设置在水压传感器4底部。

在本实施例的可选方案中，连接电线1穿过电线密封盖2与水压传感器4及水敏传感器5电性连接。

在本实施例中，电线密封盖2、测量装置外壳3、水压传感器4及水敏传感器5由上到下依次连接，连接电线1穿过电线密封盖2、进入测量装置外壳3中并与水压传感器4及水敏传感器5电性连接，由井口下放测量装置11，随着连接电线1的收放，测量装置11在井内上下移动，对地下水位进行实时测量。

当测量装置11接触到水面时，水敏传感器5将信号由连接电线1反馈，根据连接电线1的下放长度h₂，和已知的测量装置11的长度h₁，可得出地下水位H＝h₁+h₂。

连接电线1继续下放，使测量装置11位于地下水的水面以下一定距离后停止下放，水压传感器4测量水压数据，由此可得出测量装置11与水面之间的距离h₃。

当地下水位下降时，测量装置11测量得到的水压数值变小，继续下放测量装置11，直至测量装置11在水面以下的距离为h₃，记录连接电线1继续下放的长度△h₂，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+△h₂，此方法适用于地下水位下降到测量装置11以下的情况，即水压数值变为零的情况。

此外，当地下水位下降但未低于水压传感器4时，测量装置11测量得到的水压数值变小但大于零，根据变化后的水压数值，得出测量装置11在水面以下的距离△h₃，此时，地下水位为H＝h₁+h₂+h₃-△h₃。

本地下水位测量方法，测量数据准确，误差较小，且受环境因素的影响较小。

在本实施例中，测量装置外壳3为圆柱体状，圆柱体状的测量装置外壳3有利于本装置在水中上下移动，移动顺畅，且到底水面以下一定距离后，容易保持位置稳定，使测量数据更准确。

水压传感器4为圆台状，水压传感器4的底面直径与测量装置外壳3的截面直径相同，水压传感器4的底面连接在测量装置外壳3的底部。在本实施例中，圆台状的水压传感器4有利于本装置在水中的下放，水压传感器4的上下两平面中，面积较大的为底面，面积较小的为顶面，水压传感器4的底面在上、顶面在下，且其底面通过螺纹连接在测量装置外壳3的底部，且连接处设有密封橡胶圈。

在本实施例的可选方案中，如图3所示，水压传感器4的底面上固定连接有主电路板6，主电路板6与连接电线1电性连接。在本实施例中，连接电线1、水压传感器4及水敏传感器5均与主电路板6电性连接，主电路板6的作用主要是进行信号传递。

水压传感器4的底面上设置有固定件，主电路板6的端部通过螺栓连接在固定件上，由此主电路板6固定在测量装置外壳3内部。

在本实施例的可选方案中，水压传感器4内部设置有压力传感片，压力传感片与主电路板6电性连接。

在本实施例的可选方案中，如图4所示，水压传感器4的侧壁上设置有透水孔7，透水孔7的轴线垂直于测量装置外壳3的轴线，透水孔7的数量为4个，相邻透水孔7的轴线相互垂直。在本实施例中，相邻透水孔7的轴线相互垂直，且每个透水孔7的轴线均垂直于测量装置外壳3的轴线，水压传感器4位于透水孔7的上方，测量透水孔7中的水的水压，测量数据更准确。

在本实施例中，水敏传感器5为圆台状，水敏传感器5的底面直径与水压传感器4的顶面直径相同，水敏传感器5的底面连接在水压传感器4的顶面上。圆台状的水敏传感器5同样有利于本装置在水中的上下移动，水敏传感器5的上下两平面中，面积较大的为底面，面积较小的为顶面，水敏传感器5的底面在上、顶面在下，且其底面与水压传感器4的顶面连接，连接方式为螺纹连接或过盈配合连接。

在本实施例的可选方案中，如图5所示，水敏传感器5内部设置有电路板8，电路板8与主电路板6电性连接；

电路板8上电性连接有第一电极探针9和第二电极探针10，第一电极探针9的自由端和第二电极探针10的自由端均穿出水敏传感器5的顶面。在本实施例中，第一电极探针9和第二电极探针10均为一端与电路板8电性连接，另一端穿过水敏传感器5的顶面位于水敏传感器5外部，第一电极探针9超出水敏传感器5顶面的长度超过第二电极探针10超出水敏传感器5顶面的长度，两电极探针均为金属电极探针。

当两电极探针同时接触地下水时，因地下水中含有大量杂质，具有导电性，电路接通，电路板8发出触水电信号，当两电极探针中的一者失水，即两电极探针未通过地下水连通，则电路断开，电路板8发出失水电信号。

在本实施例的可选方案中，第一电极探针9和第二电极探针10与水敏传感器5的顶面之间均设置有绝缘密封圈。在本实施例中，设置绝缘密封圈的目的在于：在第一电极探针9和第二电极探针10与水敏传感器5的顶面之间进行绝缘处理，以避免本装置使用时失灵。

在本实施例中，电线密封盖2的中心设置有进线孔，连接电线1穿过进线孔与主电路板6电性连接。进线孔的设置使连接电线1位于测量装置外壳3的轴线上，从而使本装置在下放过程中能够保持竖直状态，有利于本装置在井内的上下移动，在到达水面以下一定距离后，本装置处于竖直状态还可使测量结果更加准确。

实施例二：

在本实施例的可选方案中，本实施例提供的一种应用如实施例一所述的地下水位测量方法的地下水位测量装置，包括测量装置11、连接电线1、主机及收放线装置。

在本实施例中，收放线装置包括导向轮、主动轮及电动机，连接电线1与主机电性连接，连接电线1搭绕经过导向轮且缠绕在主动轮上。

接通电源后，通过主机控制电动机工作，电动机带动主动轮转动，使盘绕在主动轮上的连接电线1得以收放，连接电线1经过导向轮与测量装置11连接，导向轮的轴线与主动轮的轴线平行，连接电线1收放时，带动导向轮同步转动，测量装置11随着连接电线1的收放在井内上下移动，对地下水位进行动态实时测量。

测量装置11由井口的中心位置开始下放，下放过程中，与主机电性连接的脉冲编码器记录导向轮转动的圈数，并将数据传输到主机，主机由此计算出连接电线1下放的长度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。