專利名稱：一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化監測管道與裂隙網絡中水流運動規律的可視化裝置，并可 自行調節管道與裂隙尺寸大小的實驗裝置，屬于地下水探測技術領域。
背景技術：
管道與裂隙網絡大量發育在巖溶地區，由于這種特殊的地質結構，使得巖溶地區 的地下水資源賦存、分布和運移規律極其復雜，給研究地下水流運動規律帶來了困難。地 下水在管道-裂隙介質中的運動大致可以分為兩類，一類為沿裂隙介質的裂隙網絡運動， 其特點是水流相對分散，連通性好；另一類是沿大裂隙或管道的流動，其特點是水流分布集 中，且在相當大的范圍內只有一個或幾個大裂隙或管道。兩者的補給形式不同，裂隙介質中 的水流主要接受分散式補給，水流慢慢滲流到裂隙中；管道水流主要接受集中式補給，水流 運動速度快。另外，兩種形式的水流在不同的補給條件下，運動方向不同。如何在實驗室 內有效的揭示不同裂隙和管道結構特征對復雜含水系統水動力過程的影響機制，定量刻畫 管道-裂隙介質中的地下水運動規律，對巖溶地區的水資源管理和石漠化治理有顯著的意 義，同時可以推動巖溶地區管道-裂隙介質地下水運動規律的理論發展。目前，室內試驗研 究多集中在對單管道、單裂隙和裂隙網絡的研究。因此開發一種管道與裂隙網絡交叉研究 的實驗裝置，具有重要的現實意義。發明內容
本發明目的是針對現有物理模型結構簡單、數據自動化采集程度低、實時監測和 動態監測能力不足等缺點，提供一種設計新穎，結構可任意調節的可視化，自動化監測管道 與裂隙網絡中的水流運動規律的實驗裝置。
為實現上述發明目的，本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置可采用如 下技術方案
一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，包括管道-裂隙網絡結構的介質 模型，壓力傳感器系統，數據采集系統，圖像采集系統以及計算機，其中
壓力傳感器系統，用于測量系統內部各點的實時水頭壓力值；
數據采集系統，用于對水頭壓力進行巡回檢測，輸出水頭壓力的實時數據，與壓力 傳感器系統相連；
圖像采集系統，用于實時捕捉管道-裂隙網絡結構介質模型的水流運動過程；
管道-裂隙網絡結構介質模型，通過調節裂隙隙寬、管道尺寸、裂隙與管道的比率 等來模擬不同的水文情景，并通過導流管與壓力傳感器系統相連；
計算機，用于自動化讀取數據以及采集圖像，與數據采集系統和圖像采集系統相 連。
與背景技術相比，本發明自動化監測管道與裂隙網絡中的水流運動規律的實驗裝 置結構合理，可操作性強，管道-裂隙網絡介質結構模型的設計，可以方便地調整裂隙網絡結構，在模型裝置中的不同位置安裝壓力傳感器，可以測量整個流場中的水動力條件；另 外，自動化讀取數據，避免人為誤差。通過高清攝像儀拍攝技術，更直觀地了解水流在整個 流場中的運動規律。
優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型包括兩片有機玻璃板、夾于兩片有機 玻璃板之間的若干有機玻璃塊及夾于相鄰有機玻璃塊之間的薄層墊片，所述一個有機玻璃 板上設有與有機玻璃塊配合的卡槽，所述有機玻璃塊在卡槽的導引下移動，所述有機玻璃 塊之間形成裂隙網絡結構。各有機玻璃塊之間用一定厚度的薄層墊片隔離，這樣可以模擬 不同隙寬的裂隙網絡結構。有機玻璃塊可以在卡槽上水平移動，有效地實現了裂隙隙寬的 改變。
優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型還包括進水口、出水口，所述若干有機 玻璃塊具有若干不同尺寸，所述薄層墊片具有若干不同厚度。
優選的，所述的壓力傳感器系統包括一系列壓力傳感器及一個固定壓力傳感器的實驗裝置。
優選的，所述的數據采集系統包括兩個巡檢儀及一個電源。
優選的，所述的圖像采集系統包括一臺高清攝像儀。使用該圖像采集系統時，將 兩種有色液體分別補給管道以及裂隙網絡，通過高清攝像儀實時捕捉水流在其中的運動過 程，并在計算機上安裝圖像分析軟件，可視化地分析管道-裂隙網絡介質水流運動規律。
優選的，所述管道-裂隙網絡結構介質模型上設有若干與管道及裂隙連通的測壓 孔，所述測壓孔通過導管連接到壓力傳感器系統。


圖1是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的結構示意圖。
圖2是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置中管道-裂隙網絡結構介 質模型的結構示意圖。
圖3是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的局部放大結構示意圖。
圖4是圖3中沿A-A方向的剖視圖。
圖5是本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置的后視圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明 本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各 種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
請參閱圖1所示，本發明監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置包括管道-裂 隙網絡結構的介質模型，水箱4、壓力傳感器系統5，數據采集系統6，圖像采集系統(未圖 示)以及計算機7。水箱4通過布水管3分別進入到管道-裂隙網絡結構的裂隙網絡介質 I和管道介質2中，水流經管道介質2中流出到出水口，在出水口處安裝流量計8，用來測量 出流口的流量過程。為分析管道-裂隙網絡介質中水流運動規律，需測定管道-裂隙網絡 介質中的水頭分布，在裂隙網絡介質I和管道介質2中選擇相應的位置點作為測壓孔17并 通過導管10連接到壓力傳感器系統5，測得對應點處的水頭值，將壓力傳感器系統5連接到數據采集系統6，以實現數據的實時輸出，在計算機7中安裝數據處理軟件，自動化讀取所 需數據值。為了直觀地觀測到管道-裂隙網絡介質中水流運動規律，將有色液體通過進口 水箱4分別注入到管道介質2和裂隙介質I中，用高清攝像儀實時捕捉水流運動過程，在計 算機7中安裝圖像處理軟件，可視化研究水流運動規律。
請參閱圖2至圖4所示，所述管道-裂隙網絡結構的介質模型包括兩片有機玻璃 板14、15，夾于兩片有機玻璃板14之間的若干有機玻璃塊11及夾于相鄰有機玻璃塊11之 間的薄層墊片12。一個有機玻璃板上設有與有機玻璃塊11配合的卡槽13，裂隙網絡介質I 由有機玻璃塊11組成，各有機玻璃塊之間插入薄層墊片12以控制裂隙的隙寬大小，將有機 玻璃塊11安裝在卡槽13處，可以方便的水平移動有機玻璃11，實現裂隙網絡結構的改變。 在有機玻璃板14上等距離的刻出一定深度的凹槽，兩凹槽之間形成卡槽13，用來安裝有機 玻璃塊11。可以根據實驗條件，適當的選擇卡槽數目。兩片有機玻璃板14、15之間用緊固 裝置16相連。
請參閱圖5所示，該后視圖體現了實驗裝置壓力傳感器測壓孔17分布圖。可以根 據具體的實驗條件和測量精度要求布設測壓孔的位置及數量。
實施時，先將管道-裂隙網絡結構介質固定好，打開壓力傳感器系統5，高清攝像 儀和電腦7，然后打開閥門9。有色液體通過進口水箱4流入到管道-裂隙網絡結構裝置 中，通過高清攝像儀和壓力傳感器系統5觀測水流運動狀態，實現自動化和可視化研究管 道-裂隙網絡結構介質中的水流運動規律。
權利要求
1.一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于包括管道-裂隙網絡結構的介質模型，壓力傳感器系統，數據采集系統，圖像采集系統以及計算機，其中 壓力傳感器系統，用于測量系統內部各點的實時水頭壓力值； 數據采集系統，用于對水頭壓力進行巡回檢測，輸出水頭壓力的實時數據，與壓力傳感器系統相連； 圖像采集系統，用于實時捕捉管道-裂隙網絡結構介質模型的水流運動過程； 管道-裂隙網絡結構介質模型，通過調節裂隙隙寬、管道尺寸、裂隙與管道的比率等來模擬不同的水文情景，并通過導流管與壓力傳感器系統相連； 計算機，用于自動化讀取數據以及采集圖像，與數據采集系統和圖像采集系統相連。
2.根據權利要求1所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述管道-裂隙網絡結構介質模型包括兩片有機玻璃板、夾于兩片有機玻璃板之間的若干有機玻璃塊及夾于相鄰有機玻璃塊之間的薄層墊片，所述一個有機玻璃板上設有與有機玻璃塊配合的卡槽，所述有機玻璃塊在卡槽的導引下移動，所述有機玻璃塊之間形成裂隙網絡結構。
3.根據權利要求2所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述管道-裂隙網絡結構介質模型還包括進水口、出水口，所述若干有機玻璃塊具有若干不同尺寸，所述薄層墊片具有若干不同厚度。
4.根據權利要求1所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述的壓力傳感器系統包括一系列壓力傳感器及一個固定壓力傳感器的實驗裝置。
5.根據權利要求1所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述的數據采集系統包括兩個巡檢儀及一個電源。
6.根據權利要求1所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述的圖像采集系統包括一臺高清攝像儀。
7.根據權利要求2或3所述的監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置，其特征在于所述管道-裂隙網絡結構介質模型上設有若干與管道及裂隙連通的測壓孔，所述測壓孔通過導管連接到壓力傳感器系統。
全文摘要
本發明公開一種監測管道-裂隙水流運動規律的實驗裝置。主要包括管道-裂隙網絡結構的介質模型，用于測量整個流場的水壓力傳感器系統，自動化讀取數據的數據采集系統，實時捕捉運動規律的圖像采集系統。管道-裂隙網絡結構介質模型特征在于包括一個帶有卡槽的有機玻璃板和一個不帶卡槽的有機玻璃板，兩玻璃板之間放置不同大小的有機玻璃塊形成裂隙網絡結構，并在裂隙網絡結構介質左側和底部預留一定空間形成管道。本裝置結構合理，可操作性強，可以方便地調整裂隙網絡結構。模型裝置中的壓力傳感器系統可以測量整個流場中的水動力條件，并且自動化讀取數據。通過高清攝像儀拍攝技術，可以實時地直觀地了解水流在整個流場中的運動規律。
文檔編號G01M10/00GK103048113SQ20121055148
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者束龍倉, 魯程鵬, 閔星, 柯婷婷, 唐然, 張春艷 申請人:河海大學