一种地下水抽水回灌试验自动化系统的制作方法

本实用新型涉及地下水回灌试验技术领域，特别是涉及一种地下水抽水回灌试验自动化系统。

背景技术：

地面沉降是一种因地下水超采而引发的地质环境问题。随着我国经济社会的快速发展，地下水超采现象日益严重，使得华北平原、关中平原、长江中下游平原等地区的许多城市均出现了不同程度的地面沉降。地面沉降会造成建筑物地基下沉、房屋开裂、地下管道破损、井管抬升、洪涝及风暴潮灾害加剧等问题，已逐渐引起人们的重视。

地下水回灌是采用人工措施将地表水或其他水源的水注入地下以补充地下水，是抬升地下水位、控制地面沉降有效手段。以控制地面沉降为目的地下水回灌主要采用水井回灌的方式。回灌过程主要分为抽水试验和回灌试验两部分。抽水试验的目的是了解回灌地层的渗透性和富水性，为回灌试验提供水文地质资料。参照附图1所示，抽水试验的技术方法为在回灌井1内水面以下放置抽水管2，使用抽水泵3开展抽水试验，通过采用水表4和水位测量仪5的数据，控制抽水流量和监测水位变化，测定有关水文地质参数。回灌试验的目的是将回灌水注入或压入回灌井内，使地下水得到回补。参照附图2所示，回灌试验的技术方法为首先设置总回灌水量，然后根据回灌地层的渗透系数和涌水量，确定单位时间回灌水流量，利用抽水泵3通过进水管6将外部水源泵入回灌井1中，回灌过程中同步观测和记录回灌水量和动水位，回灌过程中应维持水位稳定，当动水位上升过快，应调节回灌水流量至水位稳定。长时间的回灌会造成泥沙堵塞井壁孔隙，导致水无法回灌至地层中去，需要通过抽水洗井(俗称回扬)，使回灌能力恢复。

目前地下水回灌技术主要存在以下问题：1.抽水试验和回灌试验过程均采用人工操作的方式，一次抽水试验或回灌试验持续时间一般为8～24小时，需要持续观测记录地下水位，以及根据地下水位调节水流量，试验过程持续时间长、操作机械繁琐，人工成本较高。2.流量调节采用更换水泵或人工调节阀门的方式，难以实现对水流量的精准控制，影响试验质量。3.抽水和灌水交替过程中需要更换设备，影响试验效率。4.抽水试验和回灌试验的回扬过程需要抽取和排放大量地下水，需要考虑试验场地的排水条件，在无排水条件的场地难以开展试验，同时地下水的排放也造成水资源的极大浪费。

由此可见，上述现有的地下水抽水试验装置和回灌试验装置显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的地下水抽水回灌试验自动化系统，使其自动化实现抽水试验、回灌试验以及回扬过程，大幅降低人工成本，提升水流量精准控制，提高试验效率，且节约水资源，满足各种试验场地使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种地下水抽水回灌试验自动化系统，使其自动化实现抽水试验、回灌试验以及回扬过程，大幅降低人工成本，提升水流量精准控制，提高试验效率，且节约水资源，满足各种试验场地使用，从而克服现有的地下水抽水试验装置和回灌试验装置的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种地下水抽水回灌试验自动化系统，包括抽水试验机构、回灌试验机构和电子控制机构，

所述抽水试验机构包括依次通过水管连接的变频水泵a、电动阀门a、水表a、泥沙过滤器和储水器，所述变频水泵a设置在回灌井内水下，

所述回灌试验机构包括依次通过水管连接的外接水源、电动阀门c和变频水泵b，与所述变频水泵b出水口连接的水管伸入所述回灌井内，所述变频水泵b出水口连接的水管上设有水表b；所述回灌试验机构还包括与所述储水器连接的支路水管，所述支路水管一端与所述储水器出口连接，另一端与所述变频水泵b的入口连接，所述支路水管上设有电动阀门b；

所述电子控制机构包括控制器和与其连接的水位传感器、压力传感器，所述水位传感器设置在所述变频水泵a的进水管外壁上，所述压力传感器设置在与所述储水器出水口连接的所述支路水管上，所述控制器通过采集所述水位传感器、压力传感器、水表a和水表b的信息，控制所述变频水泵a、电动阀门a、变频水泵b、电动阀门b和电动阀门c的启闭运行。

进一步改进，所述抽水试验机构的水管上设有手动阀门a，所述回灌试验机构的水管上设有手动阀门c，所述回灌试验机构的支路水管上设有手动阀门b。

进一步改进，所述抽水试验机构的水管上还设有止回阀a，所述回灌试验机构的水管上还设有止回阀c，所述回灌试验机构的支路水管上还设有止回阀b。

进一步改进，所述储水器底部设有排污口，其顶部设有溢水口。

进一步改进，所述储水器采用线性低密度聚乙烯材料的水塔。

进一步改进，所述储水器包括多个串联的所述水塔。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

1.本实用新型地下水抽水回灌试验自动化系统通过将抽水试验和回灌试验整合到一套设备中，避免了抽水回灌交替过程中的设备更换，同时满足回扬设备要求，提高了地下水回灌效率。

2.还通过采用电子控制机构，通过实时采集地下水位数据，根据地下水位自动调节水泵功率和阀门大小，以控制抽水和回灌水流量、抽水试验和回灌试验连续过程，自动化程度高，大幅度降低人工成本，相较更换水泵或人工调节阀门的方式，能够大幅提升对水流量的精准控制，提高试验质量。

3.还通过储水器的设置，使抽水试验和回灌试验的回扬过程中抽取的地下水，在回灌试验中再次利用，用作回灌水源的一部分，不用考虑试验场地的排水条件，扩大适用范围，同时起到节约水资源的节约作用。

4.还通过止回阀设置，防止抽水试验、回灌试验以及回扬过程中的水倒流，保证该自动化系统的顺利运行。还通过手动阀门的设置，便于紧急情况下的快速人工控制，提高该系统的运行可靠性。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是现有地下水抽水试验装置的结构示意图。

图2是现有地下水回灌试验装置的结构示意图。

图3是本实用新型地下水抽水回灌试验自动化系统的结构示意图。

具体实施方式

参照附图3所示，本实施例地下水抽水回灌试验自动化系统，包括抽水试验机构、回灌试验机构和电子控制机构。

该抽水试验机构包括依次通过水管连接的变频水泵a11、电动阀门a12、水表a13、泥沙过滤器16和储水器17，该变频水泵a11设置在回灌井1内的水下，用于将回灌井中的水抽取至储水器17中。该泥沙过滤器16用于清除抽取地下水中的泥沙等固体颗粒的作用，该储水器17用于储存抽取的地下水的作用，使抽取的地下水回收再利用，节约水资源。

该回灌试验机构包括依次通过水管连接的外接水源、电动阀门c22和变频水泵b21，与该变频水泵b21出水口连接的水管伸入该回灌井1内，该变频水泵b21出水口连接的水管29上设有水表b28。该变频水泵b21能将外接水源的水回灌至该回灌井中。

该回灌试验机构还包括与该储水器17连接的支路水管20，该支路水管20一端与该储水器17出口连接，另一端与该变频水泵b21的入口连接，该支路水管20上设有电动阀门b26。该支路水管用于将储水器中的水回灌至井中，形成水的回收利用，既节约水资源，又便于无排水条件的试验场地使用。

该电子控制机构，用于起总控制和数据记录导出的作用，其包括控制器31和与其连接的水位传感器32、压力传感器33。该水位传感器32设置在该变频水泵a11的进水管外壁上，用于实时监测回灌井中的地下水位。该压力传感器33设置在与该储水器17出水口连接的该支路水管20上，用于监测储水器中的水量，提示是否采用该储水器中的水进行回灌。该控制器31通过采集该水位传感器32、压力传感器33、水表a13和水表b23的信息，控制该变频水泵a11、电动阀门a12、变频水泵b21、电动阀门b26和电动阀门c22的启闭运行，实现该地下水抽水回灌试验自动化系统的自动化运行。

本实施例中该储水器17的底部设有排污口，用于排出沉积在储水器底部的泥沙；该储水器17的顶部设有溢水口，用于溢出抽水试验多出储水器容量的水。

具体的，该储水器17采用线性低密度聚乙烯材料的水塔，如高6m，直径3.2m，平均壁厚不小于22mm，容量为50m³，水塔接口为法兰焊接。还可采用多个水塔通过水管串联来增加储水器的储水能力。

为了保证该自动化系统的顺利运行，该抽水试验机构的水管上还设有止回阀a14，该回灌试验机构的水管上还设有止回阀c24，以及该回灌试验机构的支路水管20上还设有止回阀b27，良好的控制水流方向，防止水回流。

还为了提高该系统的运行可靠性，该抽水试验机构的水管上设有手动阀门a15，该回灌试验机构的水管上设有手动阀门c25，该回灌试验机构的支路水管20上设有手动阀门b28。

本实用新型地下水抽水回灌试验自动化系统的工作原理为：电子控制机构通过控制变频水泵a11、电动阀门a12，以及接收水表a13、水位传感器32的采集反馈数据，实现抽水试验的自动化精准操作以及回灌试验中的回扬过程。同时又能把抽水试验和回扬过程中抽取的地下水经过泥沙过滤器16后，储存于储水器17中，用于回灌试验的回灌水源。该电子控制机构通过控制变频水泵b21、电动阀门b26、电动阀门c22，以及接收水表b23、水位传感器32、压力传感器33的反馈数据，实现回灌试验的自动化精准操作。

本实用新型地下水抽水回灌试验自动化系统的工作过程包括以下几种工况：

抽水试验：打开电子控制机构，选择抽水模式，设置试验参数。该试验参数包括抽水降深次数、每次降深的水位下降深度、达到降深并保持稳定后的持续抽水时间、抽水量和动水位监测的时间间隔、是否进行恢复水位监测，选择是，则继续设置恢复水位监测的时间间隔；参数设置完毕，按启动按钮，设备开始自动工作。首先打开电动阀门a12和变频水泵a11，开始抽水，水位传感器31按照设置时间间隔监测地下水位，水表a13按照设置时间间隔监测抽水量，电子控制机构自动调节电动阀门a12和变频水泵a11使水位达到设置第一次降深，当水位达到第一次降深时，调节电动阀门a12和变频水泵a11，减小抽水量，使水位达到稳定，并持续抽水达到设置时间，增加抽水量，使水位达到二次和三次降深，重复上述步骤。抽水结束后，关闭电动阀门a12和变频水泵a11，按设置进行恢复水位监测。并可导出监测数据。

其中，监测时间可设置为标准抽水试验模式，也可设置为自定义模式。标准抽水试验模式的监测时间同现有抽水试验模式，为抽水开始后的第1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60min各监测一次，水位稳定以后每隔30min监测一次，直至一次抽水降深结束；并在停止抽水后的第1、3、5、10、15、30min进行监测，如果水位还未稳定，继续按30min间隔监测，直至水位稳定。自定义模式的监测时间可自由设置监测时间间隔。

回灌试验：打开电子控制机构，选择回灌模式，设置试验参数。该试验参数包括是否使用储水器水源、总回灌水量、单位时间回灌水流量、警戒水位(地下水位最大上升高度)、回灌水量和动水位监测的时间间隔。参数设置完毕，按启动按钮，设备开始自动工作。首先打开变频水泵b21，通过压力传感器33检测储水器17是否有水，如果有水，打开电动阀门b26，使用储水器17存水回灌，如果无水，则打开电动阀门c22，使用外接水源回灌，按照单位时间回灌水流量设置调节变频水泵b21、电动阀门b26或电动阀门c22，开始回灌，水位传感器31按照设置时间间隔监测地下水位，当水位超过警戒水位，关闭变频水泵b21和电动阀门b26或电动阀门c22，停止回灌并在电子控制机构显示器提示，水表b23按照设置时间间隔监测回灌水量，当回灌水量达到总回灌水量，关闭变频水泵b21和电动阀门b26或电动阀门c22，停止回灌。并可导出监测数据。

回扬：打开电子控制机构，选择回扬模式，设置单位时间抽水量，按启动按钮，电子控制机构打开电动阀门a12和变频水泵a11，开始抽水。通过泥沙过滤器16观察抽水无泥沙后，关闭设备，停止抽水。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。