農業灌溉井水位埋深的快速測算方法與流程

2023-05-08 13:42:53

本發明涉及地下水資源評價與測量技術領域，是一種計量方法，是一種地下水位的動態監測系統，尤其涉及農業灌溉井水位埋深的測量方法。

背景技術：

灌溉井的水位埋深是地下水資源評價與保護的重要依據，是實現地下水動態監控的必要保障。

灌溉井水位埋深的定義是井中水面至地表井口的距離。在測算井灌區農業灌溉用水量和用電量的過程中，灌溉井水位埋深成為其主要參數。現有水井水位埋深測量儀器中，傳統的測量方法採用繩測法，此方法測量誤差較大；高精度的聲波水位儀器不僅價格昂貴，而且在實際操作中受外界信號幹擾大，需要反覆校準。

技術實現要素：

為了改進現有的技術問題，本發明提出了一種農業灌溉井水位埋深的快速測算方法，不藉助特定探測儀，對農業灌溉井水位埋深的快速測量。

本發明的目的是這樣實現的：

農業灌溉井水位埋深的快速測算方法，包括以下過程：自井口做自由落體運動的重物，重物釋放前需敲擊一下井口上沿，釋放位置與農業灌溉井口處於同一高度，記錄重物自由落體的全過程需開啟錄音採集器，錄音採集器具備清晰的錄音功能，處理記錄的音頻文件。

錄音採集器在重物敲擊井口上沿即處於開啟狀態，在重物落入井自由水面仍處於開啟狀態。

使用上述計量設備進行農業灌溉井水位埋深的快速測算方法，包括以下步驟：

選擇數據採集的步驟：用於根據實驗要求，選擇相同農業灌溉井、氣溫、風速和相對安靜環境，做連續重複對照實驗；

錄音的步驟：用於對重物發出兩次聲音時間間隔的準確測量，重物敲擊井口上沿前手機聲音採集器處於開啟狀態，人耳聽到重物落入自由水面後停止聲音採集；

記錄員神經反映延遲的分析：用於對測量人員的神經反應誤差進行分析，計算重物敲擊井邊壁到人手以「0」速度釋放重物，使其自由下落的時間間隔。

音頻軟體處理錄音文件的步驟：用於對重物做自由落體運動時間的準確分析測量，通過音頻處理軟體精確計算重物自由落體所用時間；

聲音採集設備在每次實驗過程中均處於開啟狀態，計時設備可精確到0.01秒；

兩個聲音節點的時間間隔T』為：重物敲擊井口上沿發出第一個聲音節點，重物落入井自由水面後發出第二個聲音節點，而時間間隔T』又受重物做自由落體運動時間t1、聲音自井底傳至井口時間t2和人神經反應時間Δt，T』＝t1+t2+Δt；

計算重物做自由落體運動時間為：依據物體自由落體運動公式H＝1/2gt12，重物自由落體運動時間t1為井水位埋深H的函數：

計算聲音自井底傳至井口時間：依據聲音在空氣中的傳播速度公式H＝C·t2，聲音自井底傳至井口時間t2為井水位埋深H的函數，t2＝H/C。

考慮人的神經反應延遲(經過多次率定取平均值，Δt一般取0.05～0.1s)，計算兩個聲音節點之間的理論時間差T』：

求解一元二次方程即可得到農業灌溉井水位埋深H1、H2；剔除不合理值即得到埋深值。

本發明提供的農業灌溉井水位埋深的快速測算方法，通過錄音採集器記錄重物自井口至井水面的全過程，利用音頻處理軟體計算出石頭做自由落體運動和重物落水聲音傳播至井口的總歷時，在不藉助特定探測儀的條件下實現對農業灌溉井水位埋深的快速測量。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的測試方法示意圖；

圖2是實施例聲音分析結果。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種農業灌溉井地下水位埋深的測量方法，包括：觀測人員1，以靜止狀態釋放重物2，手機錄音採集器3，所述重物落入井自由水面後的聲音傳到井口後關閉手機錄音採集器3，所述手機錄製的音頻文件4傳輸至可攜式筆記本電腦5，如圖1所示。

本實施例的工作原理是：依據物體自由落體運動原理和聲波測距原理，通過農業灌溉井地下水位埋深H與物體自由落體運動時間t1、聲音自井底至井口傳播時間t2建立關係，可攜式筆記本電腦分析測得的總歷時T』＝t1+t2+Δt，聯立方程求解井深H。

本實施例所述的水井，可以是農業、林業灌溉用水井，或者水位埋深較深的飲用水水源井。對水井要進行井壁連通性的檢測，確保重物自由落體運動過程中無障礙物阻擋。重物的運行軌跡如圖1中虛線所示，在實驗中選取同一口水井做連續重複對照實驗。

本實施例的關鍵在於所述的重物釋放高度應與井口上沿高度一致，觀測人員1在敲擊重物之前開啟手機錄音採集器3，聽到重物落入水面傳來聲音關閉手機錄音採集器3，並保存所述錄製的音頻文件。

本實施例所測量的井水位埋深，與重物自由落體運動時間t1和聲音自井底傳至井口時間t2有關。因此，可以藉助手機錄音採集器記錄實驗時間，所述手機錄音採集器對外界聲音、時間實現數字存儲，所述錄製的音頻文件可以用多媒體軟體反覆播放，可攜式筆記本電腦裝有音頻播放分析軟體，可將記錄時間精確到0.01秒。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關於時間間隔記錄步驟的細化。本實施例所述的時間間隔T』記錄設備是手機錄音採集器，所述手機錄音採集器與井口處於同一高度。所述實驗步驟是：開啟手機錄音採集器，重物敲擊井口上沿後又靜止釋放，待觀測人員聽到重物落入井自由水面5秒後，關閉手機錄音採集器並保存音頻文件，做多次重複實驗。

為提高時間間隔記錄的精準性和清晰度，在可攜式筆記本電腦分析所述錄製的音頻文件時，以重物敲擊井口上沿發出的聲音作為記錄起始點，以傳至井口的重物落水聲作為記錄終止點，計算兩聲音節點間的時間間隔。如圖2所示。

實施例三：

本實施例是實施例二的改進，是實施例二實驗環境的細化。本實施例所述的實驗條件是聲音強度小於等於50分貝的環境，避免噪聲過大影響手機聲音採集設備的錄音質量，保證所述的音頻文件完整、清晰。

為降低人為因素幹擾，保證記錄人員第一時間辨別出重物落水傳至井口的聲音，減少人神經反應延遲，取0.05～0.1秒的人反應停頓間隔。

最後應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案(比如系統的連接方式、各個連接關係、步驟的先後順序等)進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。