[0001] 本发明属于水利、水文地质及工程地质领域技术领域，具体涉及一种孔中流向、流速测定装置及方法。

[0002] 钻孔中地下水因其水动力条件普遍较弱，地下水流动速度缓慢，对于流向、流速测定技术要求极为苛刻，在微小尺度范围内，地下水的流动可能更加复杂和不稳定。水流可能受到地层结构、孔隙度、渗透率等多种因素的制约和影响，导致流动模式复杂多变。在钻孔中，地下水可能受到垂向紊流的干扰。垂向紊流是由于水流在钻孔中的垂直运动而产生的，它可能掩盖或干扰水平流动的信息，使得测量更加困难。

[0003] 常规的测定方法也主要针对大尺度范围，基于群孔含水层流向、流速测定主要有同位素示踪和自然电位法。对于同位素示踪法，示踪剂的粒径、释放量和释放方式等因素都会影响其在钻孔中的分布和扩散，在单个钻孔中，尤其是在微小范围内，示踪剂的分布不足以提供足够的信息来准确测定流向和流速，且同位素示踪法通常需要在多个钻孔中进行测量，以获取足够的数据来确定流向和流速，在紊流状态下，示踪剂可能会沿着不同的路径流动，甚至可能被吸附在钻孔壁或含水层介质上，从而影响测量结果的准确性；对于自然电位法，在微小尺度范围内，自然电场的信号较弱，且容易受到噪声的干扰，导致测量结果的准确性降低，垂向紊流也会导致水流中的正、负离子分布不均衡，从而影响自然电场的分布。在紊流状态下，电场可能会变得复杂且难以解释，使得流向和流速的测定变得困难。 因此，上述测定方法也无法实现单个钻孔中微小尺度范围内地下水流向、流动速度的测定，且无法避免地下水的垂向紊流干扰。

[0004] 中国专利CN109898993A公开了一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，利用三维电子罗盘传感器可测量电磁流速仪的方位角，解决了垂直钻孔中地下水流速及流向测量困难的问题，但是在微小尺度下，地下水流动可能受到多种因素的影响，如地层结构、孔隙度、渗透率等，这些因素导致水流的不稳定性和复杂性增加，使得测量更加困难。上述专利的探测器本体的结构和尺寸限制了其在微小尺度范围内的应用，例如，玻璃仓和流速仪保护架等部件占据了一定的空间，使得探测器无法完全适应微小尺度的测量环境；电磁流速仪位于探测器本体的下方，直接与水体接触，这种安装方式也无法避免垂向紊流对其测量结果的干扰，因为垂向紊流可能发生在钻孔的任何位置，而电磁流速仪只能测量其所在位置的流速和流向。

[0030] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

[0031] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0032] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：实施例1
本发明所提供的一种孔中流向、流速测定装置包括：上部装置为上罐体1，上罐体1上部为上罐顶盖2，下部为上罐底座3，上罐底座3上分别沿边缘依圆周划分8等份设置电导率探头4，其中电导率探头4与固结点6经电导率连接线5连接后穿过铠装外皮7与数据采集器8相连，铠装外皮7与固结点6相连由中心位置穿透上罐顶盖2。其他电导率探头均参照上述方式连接。其中，各个方位电导率探头内部均设置电子罗盘，用于测定地下水流动方向。

[0033] 下部装置为下罐体9，下罐体9上部设置为下罐体顶盖10，下部设置为下罐体底座14，下罐体顶盖上靠近中心点一圈按圆周划分8等份设置喷嘴12，下罐体顶盖10中心点位置设置连接凸头11与上罐底座3连接，下罐体9腔体内部设置活塞13，用于在地下水压力的作用下上下移动，进而带动电导液从喷嘴12中喷出。

[0034] 工作原理：当装置投入钻孔并处于地下水环境中时，地下水会从下罐底座14中央开口处渗入
下罐体9内部。随着整个装置完全潜入水面以下，因为喷嘴12与下罐底座14间水压力差的存在且保持恒定，恒定的水压会一直作用于活塞13上。在水压力的作用下，活塞13开始向上移动。当活塞13移动到一定位置时，它会推动下罐体9内的电导液通过喷嘴12喷出。喷嘴12的设置使得电导液能够均匀地从各个方向喷出，在水体静止状态下电导液在水中的扩散速度一致，保证各方位电导率探头4所测定数值相近。当地下水产生动态变化，因来自于某一方向地下水的补给产生流动则会导致该方位电导率探头4所测定结果产生差异，越靠近地下水补给来源电导率探头4所测定结果差异越大，因电导率探头4本身具备电子罗盘，能够测定地下水的流动方位，依此可判定地下水补给来源及流动方向，另外根据地下水渗流物理相似材料模拟实验所建立的电导率随时间变化标准曲线图，进一步进行对比分析可求得地下水流动速度。

[0035] 实施例2参见图6‑8
以钻孔孔径150mm、电导液浓度1%为例，具体实施步骤如下：
1）设定钻孔孔径为150mm，含水层厚度为10cm，测定装置电导液浓度为1%，地下水流动速度选取100μm/s 800μm/s，进行地下水渗流物理相似材料模拟实验，将测定装置放入~
钻孔中，以其中两个相对电导率探头4为参照，将测定装置旋转与地下水流动方向一致，下潜含水层位置以电导率探头4位于含水层1/2处为准，在10 15分钟范围内，对电导率进行测~
定，并建立如图6所示的电导率随时间变化的标准曲线图；
2）将电导率探头4下潜至最底部，由下而上测试不同深度含水层中的电导率值，得到如图7所示的钻孔前期盐化测井曲线，根据钻孔前期盐化测井曲线形态以及测试成果可知，在钻孔垂直深度52m处电阻率最大，因此在该位置处为最大出水点，将测定装置中装满电导液后投入钻孔放入最大出水点；
3）在10 15分钟范围内，利用测定装置采集各探头电导率值，绘制如图7所示的不~
同方位点电导率随时间变化曲线图；
4）将绘制的如图7所示的电导率随时间变化曲线图与前述建立的如图6所示的标
准曲线图进行形态对比，查找形态最接近标准曲线图中地下水流动方向及流动速度作为待测地下水最终流动方向和流动速度，依据图8判断，实际钻孔中流动速度为800μm/s，流动方向按照该条电导率实测曲线所对应电导率探头的电子罗盘方位即为地下水流动方向，对应电导率探头电子罗盘显示方位角为0°，即为北向，那么最终的地下水流动方向为自北向南。

[0036] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。