获取分布式水文模型下垫面条件的地下水连通性探测方法

摘要

本发明获取分布式水文模型下垫面条件的地下水连通性探测方法属于水文地质领域，尤其是一种为分布式水文模型提供下垫面条件的探测方法。选择目标流域，对其中的井进行轮流抽水测量，利用自动水位跟踪仪实时监测各井的水位变化，并利用改进的电导率单孔稀释法获得各井的流向。本发明利用自动水位跟踪仪实时获得抽水过程中各观测井的水位变化过程；改进了电导率单孔稀释法，并在抽水同时获得各观测井的流向；判断地下水的连通性简单快速准确。

说明书

技术领域

本发明获取分布式水文模型下垫面条件的地下水连通性探测方法属于水文地质领域，尤其是一种分布式水文模型提供下垫面条件的探测方法。

背景技术

分布式水文模型多以流域的地表形态作为模型架构的基础，而对于地质地貌等下垫面条件更为复杂的岩溶流域则研究较少。岩溶流域地下径流所占的比重较大，且表层岩溶带水文过程在地表、地下水动力过程中起连接作用，因此，地下水动力过程模拟及其与地表水流、浅层岩溶带水分转化关系是喀斯特地区分布式水文建模的关键。与非岩溶流域相比，岩溶流域所特有的二元三维地质结构特征使得具水文循环过程与非岩溶流域具有极大的差异性。岩溶流域所特有的地质地貌特征使得传统的水文学研究方法在岩溶流域中难以适用，迫切需要找到一种能够更加合理地描述这种复杂下垫面条件下径流形成规律的方法。岩溶流域地下水运动具有土壤达西流、岩溶裂隙流、地下暗河和暗沟的管道流、明渠流等多重水流系统。对于如何确定汇流路径一直是非常困难的问题。

确定汇流路径的基础首先是探测地下水的连通性，现有的连通性探测方法就是简单地进行钻孔抽水，分析周围观测井的水位变化，但是这种方法随意性比较大，同时由于观测人员数量的限制，无法同时监测多个井中的水位变化，当然也不能同时监测地下水运动的方向。其他的一些使用示踪剂方法监测水运动方向的方法中示踪剂多对环境有害。

发明内容

本发明获取分布式水文模型下垫面条件的地下水连通性探测方法正是提供一种新的便于操作的方法同时准确探测地下水的连通性和运动方向，为分布式水文模型提供下垫面条件。

具体而言本发明方法包括如下步骤：

1、在目标流域中，在所有井上设置自动水位跟踪仪，同时顺序编号；

2、自第一号井开始进行抽水，称为抽水井，其他井称为观测井，在抽水同时自动水位监测仪向中控电脑传输各井水位；

3、抽水井水位维持在较原水位下降0.5m位置3小时，造成明显的降落漏斗，同时记录其他各井的水位变化；

4、利用改进的电导率单孔稀释法获得观测井的流向；

5、依次将二号、三号……观测井作为抽水井重复2～4步；对所有井完成抽水过程；

6、将所有的井流向和水位变化过程标注在图上通过相关分析获得各井之间的连通关系。

上述步骤1中的自动水位跟踪仪是指如下设备：

自动水位跟踪仪包括单片机，GPS模块，激光测距仪，调频无线发射模块，其工作时将激光测距仪固定在井口上方保持竖直状态，照准部照准井内水面，测距起点位置接测水准，单片机的时钟控制器控制激光测距仪进行测距，测距结果通过单片机传给调频无线发射模块，调频无线发射模块将GPS模块数据和测距结果发送给中控电脑。

上述的步骤4的改进的电导率单孔稀释法是指：

用2mol/l的KNO₃溶液浸润示踪沙，将浸泡该溶液至饱和并沥工的砂填入滤网中，制成高度15cm直径20cm的示踪圆柱体10个，一起放入被测井、落水洞或者探井中，从放置完成后开始计时，每隔2分钟取出一个示踪圆柱体，将示踪砂以圆心为中心均分为8块，每块外侧取出等量示踪砂，分别投入等量的去离子水中，充分搅拌后分别测出8个浸泡溶液的电导率，全部示踪沙圆柱体取出共耗时22分钟，由于井、落水洞或者探井中的流速差别比较大，在超过某一时刻以后取出的示踪圆柱体，其中的KNO₃已经被彻底清洗了，而不足某一时间取出的示踪圆柱体电导率尚不足以在示踪圆柱体内形成分区，采用每隔2分钟取出一个的方式总能找到一个示踪圆柱体产生了分区电导率，记录8个分区的电导率值。

采用重心坐标的方法进行流向分析，相应原点至重心坐标的方向即是流向。

本发明的有益效果如下：

1、本发明利用自动水位跟踪仪实时获得抽水过程中各观测井的水位变化过程；

2、本发明改进了电导率单孔稀释法，并在抽水同时获得各观测井的流向；

3、本发明简单快速准确。

附图说明

图1实施例一的井分布示意图；

图2自动水位跟踪仪示意图；

图3抽水时其他各井水位变化过程示意图；

图4改进的电导率单孔稀释法的示踪圆柱体俯视示意图；

图5改进的电导率单孔稀释法的示踪圆柱体侧视示意图；

图6改进的电导率单孔稀释法的重心坐标法分析示意图；

图7各井流向和连通性图。

具体实施方式

本发明获取分布式水文模型下垫面条件的地下水连通性探测方法。

具体而言本发明方法包括如下步骤：

(1)如图1所示在目标流域中，在所有井上设置自动水位跟踪仪1，同时顺序编号各井a-1，a-2，a-3，a-4，a-5，a-6。

(2)自a-1井开始进行抽水，此时a-1称为抽水井，其他井为观测井，在抽水同时自动水位监测仪1 向中控电脑2传输各井水位；

(3)抽水井a-1水位维持在较原水位下降0.5m位置3小时，造成明显的降落漏斗；

(4)利用改进的电导率单孔稀释法获得观测井的流向；

(5)依次将a-1，a-2，a-3，a-4，a-5探测井作为抽水井重复2～5步；对所有探测井完成抽水过程；

(6)将所有的井流向和水位变化过程标注在图上通过相关分析获得各井之间的连通关系。

上述步骤(1)中的自动水位跟踪仪1是指如下设备：

自动水位跟踪仪包括单片机1-1，GPS模块1-2，激光测距仪1-3，调频无线发射模块1-4，其工作时将激光测距仪1-3固定在井口上方保持竖直状态，照准部照准井内水面，测距起点位置接测水准，单片机1-1的时钟控制器控制激光测距仪1-3进行测距，测距结果通过单片机1-1传给调频无线发射模块1-4，调频无线发射模块1-4将GPS模块1-2数据和测距结果发送给中控电脑2。

上述的步骤(5)的改进的电导率单孔稀释法是指：

用2mol/l的KNO₃溶液浸润示踪沙，将浸泡该溶液至饱和并沥干的砂填入滤网中，制成高度15cm直径20cm的示踪圆柱体5-1共十个如图5所示，一起放入被测井、落水洞或者探井中，从放置完成后开始计时，每隔2分钟取出一个示踪圆柱体5-1，将示踪砂以圆心为中心均分为8块，每块外侧取出等量示踪砂，分别投入等量的去离子水中，充分搅拌后分别测出8个浸泡溶液的电导率，全部示踪沙圆柱体取出共耗时22分钟，由于井、落水洞或者探井中的流速差别比较大，在超过某一时刻以后取出的示踪圆柱体，其中的KNO₃已经被彻底清洗了，而不足某一时间取出的示踪圆柱体电导率尚不足以在示踪圆柱体内形成分区，采用每隔2分钟取出一个的方式，第4个示踪圆柱体8个分区的电导率值见表1。

表1实测数据                            单位：ms/cm

  分块   S1   S2   S3   S4   S5   S6   S7   S8   电导率   5.31   5.14   4.60   3.54   3.66   4.93   4.96   5.16

采用重心坐标的方法进行流向分析，所对应的坐标系如图4所示。数据点分别与坐标轴以及直线y＝x和y＝-x交于E、F、G、H、I、J、K、L点，每个分块电导读数分别为e、f、g、h、i、j、k、l，每个点的坐标如图6所示，求出该平面上点的重心坐标为X＝-0.38，Y＝-0.17，北向与x轴呈162°，计算流向为北偏西42°。

所述的步骤(4)从抽水开始，每15分钟监测各井水位，记录这期间各井的水位，如果出现与井a-1相同下降过程则表明该井与被抽水井a-1具有连通关系。

实测得出a-1，a-2，a-3相互连通，a-4，a-5相互连通。

a-1为抽水井各井水位变化表

a-2为抽水井各井水位变化表

a-3为抽水井各井水位变化表

a-4为抽水井各井水位变化表

a-5为抽水井各井水位变化表