一种监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置

1.一种监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：包括管道-裂隙网络结构的介质模型，压力传感器系统，数据采集系统，图像采集系统以及计算机，其中：
压力传感器系统，用于测量系统内部各点的实时水头压力值；
数据采集系统，用于对水头压力进行巡回检测，输出水头压力的实时数据，与压力传感器系统相连；
图像采集系统，用于实时捕捉管道-裂隙网络结构的介质模型的水流运动过程；
管道-裂隙网络结构的介质模型，通过调节裂隙隙宽、管道尺寸、裂隙与管道的比率来模拟不同的水文情景，并通过导流管与压力传感器系统相连；
计算机，用于自动化读取数据以及采集图像，与数据采集系统和图像采集系统相连；
所述管道-裂隙网络结构的介质模型包括两片有机玻璃板、夹于两片有机玻璃板之间的若干有机玻璃块及夹于相邻有机玻璃块之间的薄层垫片，其中一个所述有机玻璃板上设有与有机玻璃块配合的卡槽，所述有机玻璃块在卡槽的导引下移动，所述有机玻璃块之间形成裂隙网络结构。
2.根据权利要求1所述的监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：所述管道-裂隙网络结构的介质模型还包括进水口、出水口，所述若干有机玻璃块具有若干不同尺寸，所述薄层垫片具有若干不同厚度。
3.根据权利要求1所述的监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：所述的压力传感器系统包括一系列压力传感器及一个固定压力传感器的实验装置。
4.根据权利要求1所述的监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：所述的数据采集系统包括两个巡检仪及一个电源。
5.根据权利要求1所述的监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：所述的图像采集系统包括一台高清摄像仪。
6.根据权利要求1或2所述的监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，其特征在于：
所述管道-裂隙网络结构的介质模型上设有若干与管道及裂隙连通的测压孔，所述测压孔通过导流管连接到压力传感器系统。

一种监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自动化监测管道与裂隙网络中水流运动规律的可视化装置，并可自行调节管道与裂隙尺寸大小的实验装置，属于地下水探测技术领域。
背景技术
[0002] 管道与裂隙网络大量发育在岩溶地区，由于这种特殊的地质结构，使得岩溶地区的地下水资源赋存、分布和运移规律极其复杂，给研究地下水流运动规律带来了困难。地下水在管道-裂隙介质中的运动大致可以分为两类，一类为沿裂隙介质的裂隙网络运动，其特点是水流相对分散，连通性好；另一类是沿大裂隙或管道的流动，其特点是水流分布集中，且在相当大的范围内只有一个或几个大裂隙或管道。两者的补给形式不同，裂隙介质中的水流主要接受分散式补给，水流慢慢渗流到裂隙中；管道水流主要接受集中式补给，水流运动速度快。另外，两种形式的水流在不同的补给条件下，运动方向不同。如何在实验室内有效的揭示不同裂隙和管道结构特征对复杂含水系统水动力过程的影响机制，定量刻画管道-裂隙介质中的地下水运动规律，对岩溶地区的水资源管理和石漠化治理有显著的意义，同时可以推动岩溶地区管道-裂隙介质地下水运动规律的理论发展。目前，室内试验研究多集中在对单管道、单裂隙和裂隙网络的研究。因此开发一种管道与裂隙网络交叉研究的实验装置，具有重要的现实意义。
发明内容
[0003] 本发明目的是针对现有物理模型结构简单、数据自动化采集程度低、实时监测和动态监测能力不足等缺点，提供一种设计新颖，结构可任意调节的可视化，自动化监测管道与裂隙网络中的水流运动规律的实验装置。
[0004] 为实现上述发明目的，本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置可采用如下技术方案：
[0005] 一种监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置，包括管道-裂隙网络结构的介质模型，压力传感器系统，数据采集系统，图像采集系统以及计算机，其中：
[0006] 压力传感器系统，用于测量系统内部各点的实时水头压力值；
[0007] 数据采集系统，用于对水头压力进行巡回检测，输出水头压力的实时数据，与压力传感器系统相连；
[0008] 图像采集系统，用于实时捕捉管道-裂隙网络结构介质模型的水流运动过程；
[0009] 管道-裂隙网络结构介质模型，通过调节裂隙隙宽、管道尺寸、裂隙与管道的比率等来模拟不同的水文情景，并通过导流管与压力传感器系统相连；
[0010] 计算机，用于自动化读取数据以及采集图像，与数据采集系统和图像采集系统相连。
[0011] 与背景技术相比，本发明自动化监测管道与裂隙网络中的水流运动规律的实验装置结构合理，可操作性强，管道-裂隙网络介质结构模型的设计，可以方便地调整裂隙网络结构，在模型装置中的不同位置安装压力传感器，可以测量整个流场中的水动力条件；另外，自动化读取数据，避免人为误差。通过高清摄像仪拍摄技术，更直观地了解水流在整个流场中的运动规律。
[0012] 优选的，所述管道-裂隙网络结构介质模型包括两片有机玻璃板、夹于两片有机玻璃板之间的若干有机玻璃块及夹于相邻有机玻璃块之间的薄层垫片，所述一个有机玻璃板上设有与有机玻璃块配合的卡槽，所述有机玻璃块在卡槽的导引下移动，所述有机玻璃块之间形成裂隙网络结构。各有机玻璃块之间用一定厚度的薄层垫片隔离，这样可以模拟不同隙宽的裂隙网络结构。有机玻璃块可以在卡槽上水平移动，有效地实现了裂隙隙宽的改变。
[0013] 优选的，所述管道-裂隙网络结构介质模型还包括进水口、出水口，所述若干有机玻璃块具有若干不同尺寸，所述薄层垫片具有若干不同厚度。
[0014] 优选的，所述的压力传感器系统包括一系列压力传感器及一个固定压力传感器的实验装置。
[0015] 优选的，所述的数据采集系统包括两个巡检仪及一个电源。
[0016] 优选的，所述的图像采集系统包括一台高清摄像仪。使用该图像采集系统时，将两种有色液体分别补给管道以及裂隙网络，通过高清摄像仪实时捕捉水流在其中的运动过程，并在计算机上安装图像分析软件，可视化地分析管道-裂隙网络介质水流运动规律。
[0017] 优选的，所述管道-裂隙网络结构介质模型上设有若干与管道及裂隙连通的测压孔，所述测压孔通过导管连接到压力传感器系统。
附图说明
[0018] 图1是本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置的结构示意图。
[0019] 图2是本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置中管道-裂隙网络结构介质模型的结构示意图。
[0020] 图3是本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置的局部放大结构示意图。
[0021] 图4是图3中沿A-A方向的剖视图。
[0022] 图5是本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置的后视图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0024] 请参阅图1所示，本发明监测管道-裂隙水流运动规律的实验装置包括管道-裂隙网络结构的介质模型，水箱4、压力传感器系统5，数据采集系统6，图像采集系统（未图示）以及计算机7。水箱4通过布水管3分别进入到管道-裂隙网络结构的裂隙网络介质
1和管道介质2中，水流经管道介质2中流出到出水口，在出水口处安装流量计8，用来测量出流口的流量过程。为分析管道-裂隙网络介质中水流运动规律，需测定管道-裂隙网络介质中的水头分布，在裂隙网络介质1和管道介质2中选择相应的位置点作为测压孔17并通过导管10连接到压力传感器系统5，测得对应点处的水头值，将压力传感器系统5连接到数据采集系统6，以实现数据的实时输出，在计算机7中安装数据处理软件，自动化读取所需数据值。为了直观地观测到管道-裂隙网络介质中水流运动规律，将有色液体通过进口水箱4分别注入到管道介质2和裂隙介质1中，用高清摄像仪实时捕捉水流运动过程，在计算机7中安装图像处理软件，可视化研究水流运动规律。
[0025] 请参阅图2至图4所示，所述管道-裂隙网络结构的介质模型包括两片有机玻璃板14、15，夹于两片有机玻璃板14之间的若干有机玻璃块11及夹于相邻有机玻璃块11之间的薄层垫片12。一个有机玻璃板上设有与有机玻璃块11配合的卡槽13，裂隙网络介质1由有机玻璃块11组成，各有机玻璃块之间插入薄层垫片12以控制裂隙的隙宽大小，将有机玻璃块11安装在卡槽13处，可以方便的水平移动有机玻璃11，实现裂隙网络结构的改变。
在有机玻璃板14上等距离的刻出一定深度的凹槽，两凹槽之间形成卡槽13，用来安装有机玻璃块11。可以根据实验条件，适当的选择卡槽数目。两片有机玻璃板14、15之间用紧固装置16相连。
[0026] 请参阅图5所示，该后视图体现了实验装置压力传感器测压孔17分布图。可以根据具体的实验条件和测量精度要求布设测压孔的位置及数量。
[0027] 实施时，先将管道-裂隙网络结构介质固定好，打开压力传感器系统5，高清摄像仪和电脑7，然后打开阀门9。有色液体通过进口水箱4流入到管道-裂隙网络结构装置中，通过高清摄像仪和压力传感器系统5观测水流运动状态，实现自动化和可视化研究管道-裂隙网络结构介质中的水流运动规律。