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龙图腾网获悉河海大学申请的专利一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119437328B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411576965.5，技术领域涉及：G01D21/02；该发明授权一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置及方法是由赵燕容;董小松;黄勇;陈鹏飞;李博林;王超宇;沈欢;苏悦;王浩楠;李晓杰;张杰;毛世龙;谢明泽设计研发完成，并于2024-11-06向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置及方法，确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置，包括蓄水系统、介质槽、加热系统和分布式光纤数据采集系。本发明装置结构简单，操作智能方便，可通过加热系统实现瞬时持续线状热源的激发，通过分布式光纤数据采集系统实时监测各处的水压力及温度变化情况，研究地下水的流速流向、渗透系数、热扩散系数、热容量和导热系数等综合水文地质参数，其中加热系统和分布式光纤数据采集系统既可以用于室内试验，也可以用于野外现场试验，操作简便，数据精度高，实用性强。

本发明授权一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验方法，其特征在于：使用确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置，确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验装置：包括蓄水系统、介质槽、加热系统和分布式光纤数据采集系统； 蓄水系统包括第一上部蓄水箱、第一下部蓄水箱、第二上部蓄水箱和第二下部蓄水箱； 第一上部蓄水箱和第二上部蓄水箱分别设置在介质槽的两侧；第一上部蓄水箱和介质槽之间仅用第一透水板隔开，第二上部蓄水箱和介质槽之间仅用第二透水板隔开； 第一下部蓄水箱设在第一上部蓄水箱的底部，第一上部蓄水箱上设有第一水位调节板，第一水位调节板调节时溢流的水落入第一下部蓄水箱中；第二下部蓄水箱设在第二上部蓄水箱的底部，第二上部蓄水箱上设有第二水位调节板，第二水位调节板调节时溢流的水落入第二下部蓄水箱中； 介质槽内装设有一层以上的介质，介质上设有贯穿介质整个高度方向的试验主孔和观测点，观测点的数量为六个以上，试验主孔设在介质中心，观测点分布在试验主孔的周围； 加热系统包括依次连接的加热棒、电线和电源，加热棒布设在试验主孔中，通过调节电源进行瞬时持续热源的激发，从而改变含水层中的温度场； 分布式光纤数据采集系统包括分布式光纤和光纤解调仪，试验主孔和观测点均设有沿高度方向设置的分布式光纤；分布式光纤对所测位置的温度及水压力进行监测记录，并通过光纤解调仪对数据进行解析输出； 确定含水层综合水文地质条件的热示踪试验方法，包括以下步骤： 1调节第一透水板和第二透水板上的透水位置； 2向介质槽中分层填介质、并安装分布式光纤数据采集系统； 3向第一上部蓄水箱和第二上部蓄水箱中加水，对介质槽中的介质进行分层饱和； 4开启分布式光纤数据采集系统进行水压力和温度数据的实时采集； 5通过第一水位调节板和第二水位调节板控制第一上部蓄水箱和第二上部蓄水箱中的水位，形成不同水力梯度下的稳定渗流场和非稳定渗流场； 6打开加热系统进行瞬时热源和恒定热源的激发，通过改变加热棒的输出功率，改变试验主孔中热源的激发强度，从而改变含水层中的温度场； 7通过分布式光纤数据采集系统实时记录含水层的水压力和温度变化情况，导出试验全过程的水压力和温度数据； 8关闭加热系统和分布式光纤数据采集系统，结束试验； 9利用试验过程中试验主孔和观测点的全过程数据确定含水层的流速流向及水文地质参数综合水文地质条件； 利用地下水热量运移理论计算含水层的导热系数，采用配线法将标准曲线与热传导试验实测数据曲线进行匹配，记录对应的坐标值，通过计算得到含水层热扩散系数、有效导热系数和热容量； 试验中有限边界一维热传导模型可表示为以下定解问题： 令温度函数为u，时间函数为T，有： 对变量进行齐次化，令： 代入式6，可得： 其中，u为温度，K；ρcfs为孔隙介质热容量，Jm3·K；λ为有效导热系数，Wm·K；x为砂箱观测点位置，m；t为时间，s；L为砂箱的长度，m；x′为无量纲距离；u′为无量纲温度；t′为无量纲时间； 对式8进行边界齐次化，得到齐次方程齐次边界，令： u′x′,t′＝Vx′,t′+Wx′,t′9 其中，Wx′,t′＝-x′+1,且Wx′,t′是一个适当选取的函数，它使新的未知函数Vx′,t′的边界条件化为了齐次，Vx′,t′和Wx′,t′本身并无物理含义； 代入原方程得到： 假设式10具有变量分离形式的解，对方程组的解进行变量分离； 设Vx′,t′＝Xx′·Tt′时，有: 其中：Xx′为只关于x′的一元位移函数，Tt′为只关于t′的一元时间函数，两个函数均二次可微，X″x′为Xx′的二阶导，T′t′为Tt′的一阶导，等式左边为只关于x′的函数，等式右边为只关于t′的函数，若相等，则必为常数，即-λ0为分离常数；将等式化为方程组，得到： 将等式化为方程组，得到： 由式10可知： V|x′＝0＝Xx′·Tt′＝X0·Tt′＝013 V|x′＝1＝Xx′·Tt′＝X1·Tt′＝014 为使方程有意义，则Tt′≠0，故X0＝0,X1＝0； 则当λ00以及λ0＝0时，方程15都只有零解，固舍去； 当λ00时,令λ0＝β2,有： Xx′＝Acosβx′+Bsinβx′, X0＝A＝0,X1＝Bsinβ＝0, B不为0，故sinβ＝0，β＝nπ.n＝1,2,3,…，特征值λ0＝n2π2，得到特征函数： Xnx′＝Bnsinnπx′.n＝1,2,3…16 其中，Bn为任意常数.n＝1,2,3… 对Tt′来说， T′t′+λ0Tt′＝0,将特征值λ0＝n2π2代入，有: T′t′+n2π2Tt′＝0,即T′nt′+n2π2Tnt′＝0,解特征函数得： 其中，Cn为任意常数.n＝1,2,3… 由变量分离可知：Vx′,t′＝Xx′·Tt′，故有: 其中Dn为任意常数且Dn＝Bn·Cn.n＝1,2,3…，由于方程和边界条件是齐次的，利用叠加原理，对Vnx′,t′累加求和，可得： 将t′＝0代入式18，可得： Vx′,0＝Dnsinnπx′＝x′-1.n＝1,2,3…20 由傅里叶变换，可得： 将式21代入式19，可得： 将式22代入式9，可得： 此时根据式23可以画出标准曲线，同时，将式7中的变量代入式23，可得： 其中，α为热扩散系数，m2s；其余符号意义同上； 根据试验过程中的温度变化数据绘制出非稳定热传导试验下的实测曲线，将标准曲线与实测曲线进行拟合求出孔隙介质热扩散系数，通过稳定热传导试验求出孔隙介质的有效导热系数，二者结合求出孔隙介质的热容量。

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