CN101345002B - 地下分水岭演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明地下分水岭演示仪，包括有演示屏和隔水底板的箱体，位于箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，在渗流板一边上有位于同一垂面的模拟河水高水位排水孔和模拟河水低水位排水孔，在渗流板上的另一边上有与模拟低水位排水孔在同一水平面上的泄水孔，分别与模拟河水高、低水位排水孔连接的高、低水位排水管上装有高、低水位控制阀，排泄管一端与泄水孔连接，在箱体内有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，在渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔，箱体上部装有清水供给箱和示踪剂供给箱。本演示仪将最具潜水特征的地下分水岭作为模拟对象，以熟悉潜水有关的基本的概念。

Description

地下分水岭演示仪

技术领域：

本发明与研究潜水补给、径流、排泄的地下分水岭演示仪有关。

背景技术：

水文网切割含水层时，往往形成河间地块，河间地块是山区最常见的地貌单元之一，埋藏于河间地块中的地下水，其潜水面的形状及地下水的补给、径流、排泄特征取决于两河的水位差和降水强度及入渗补给的情况。

有降水入渗补给时，两河间的地块的含水层中形成地下分水岭，潜水面是从分水岭向两侧河流倾斜的拱形曲面，地下分水岭的位置取决于两河的水位差，当两河水位大致相同时，地下分水岭位于两河中间，地下水分别等量向两河排泄，径流途径也大致相同。当两河水位不等时，地下分水岭向高水位的河流一侧偏移，两河的水位差越大，分水岭越靠近高水位的河流，当两河水位差足够大时(如修建水库抬高河水位)，地下分水岭将消失，此时高水位的河水(库水)将通过河间地块含水层向低水位的河流排泄，潜水面为从高水位河流向低水位河流倾斜的曲面，在水利工程被称作库水向邻谷渗漏。

发明内容：

本发明的目的是为了提供一种将地下分水岭最具潜水补给、径流和排泄特点的现象作为模拟对象，以熟悉潜水有关的基本的概念，增强对潜水补给、径流、排泄的感性认识的地下分水岭演示仪。特别是通过模拟地下分水岭的形成、偏移、消失过程，为认识和解决生产实践中的诸多问题(如库水向邻谷渗漏)提供一种新的研究手段。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明地下分水岭演示仪，包括有演示屏和隔水底板的演示仪箱体，位于演示仪箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，窄缝槽渗流演示区的宽度为0.5～2mm，在渗流板上相对演示屏的位置的一边上有位于同一垂面的模拟河水高水位排水孔和模拟河水低水位排水孔，在渗流板上相对演示屏的位置的另一边上有与模拟河水低水位排水孔在同一水平面上的泄水孔，一端与模拟河水高水位排水孔连接的高水位排水管上装有高水位控制阀，一端与模拟河水低水位排水孔连接的低水位排水管上有低水位控制阀，排泄管一端与泄水孔连接，在演示仪箱体内位于窄缝槽渗流演示区处有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，在渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔，演示仪箱体上装有清水供给箱和示踪剂供给箱，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀的清水供水管和带示踪剂调节阀的供示踪剂管分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂，窄缝槽空间来模拟地下水的渗流区间，地下水的补给由设置于渗流演示区顶部的清水渗透箱槽提供实验用水，模拟大气降水垂直入渗补给地下水，泄水孔和高、低水位排水孔模拟地下水向河流排泄点，高、低水位排水孔可分别模拟河水高水位和低水位时的地下水排泄基准，示踪剂箱提供示踪剂来模拟水流迹线；各管路，控制阀，流量观察孔等组成流量控制系统并通过该系统可以控制河流水位和地下分水岭的形成及迁移。

上述的窄缝槽渗流演示区的截面形状为矩形。

上述的窄缝槽渗流演示区的宽度为1mm。

上述的演示仪箱体上有流量观察孔，示踪剂观察孔。

上述的清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶。

上述的高水位控制阀，低水位控制阀分别装在演示仪箱体上。

上述的排泄管的排泄口低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度，在水位差的作用下产生渗流。

为全面展现河间地块潜水补给、径流和排泄特征以及地下分水岭的形成、迁移。本发明演示仪选择与河流流向垂直，与地下水流向平行的水文地质剖面为模拟断面。

河间地块地区地下水的补给、径流、排泄特征，是随降雨补给的强弱，两河水位差的变化而变化的，具体表现为潜水面的形状改变，地下分水岭的迁移、消失以及径流途径的改变，这些现象在自然界是无法直接观察到的。本发明地下分水岭演示仪采用窄缝槽技术和相似模拟的原理，将河间地块地下水运移，变化特征清晰地展现了出来，为研究河间地块地下水的运动规律提供了一种有效手段。学生通过实验可以学习潜水有关的基本概念，对潜水的动态特征建立感性认识，通过仪器显示的流线，绘出等水位线，构成流网，培养综合分析问题的能力。

若根据野外采集的相关水文地质参数制作模型，可以通过实验方法预测地下分水岭存在时(即不产生邻谷渗流)两河的最大水位差，以解决生产实践中向邻谷渗漏的问题。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为图1的A向视图。

图3为图2的B向视图。

图4为图3的C-C剖视图。

图5为图4中的E部放大图。

图6为图3的D向视图。

图7为本发明演示图。

图8为本发明另一演示图。

图9为本发明再一演示图。

具体实施方式：

参见图1～图6，本发明地下分水岭演示仪，包括有演示屏1和隔水底板2的演示仪箱体3，位于演示仪箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板及箱体两侧面间形成长310mm、高180mm、宽(δ)1mm的矩形窄缝槽渗流演示区4的渗流板5。在渗流板上相对演示屏的位置的一边上有位于同一垂面的模拟河水高水位排水孔6和模拟河水低水位排水孔7。在渗流板上相对演示屏的位置的另一边上有与模拟河水低水位排水孔在同一水平面上的泄水孔8。一端与模拟河水高水位排水孔连接的高水位排水管9上装有固定在演示仪箱体侧面上的高水位控制阀10，一端与模拟河水低水位排水孔连接的低水位排水管11上有固定在演示仪箱体侧面上的低水位控制阀12，排泄管13一端与泄水孔连接。在演示仪箱体内位于窄缝槽渗流演示区顶部有清水渗透箱14、示踪剂渗透箱15。在渗流板上相对于清水渗透箱和示踪剂渗透箱的位置有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔16。演示仪箱体上部装有清水供给箱17和示踪剂供给箱18，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀19的清水供水管20和带示踪剂调节阀21的供示踪剂管22分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂。演示仪箱体上有流量观察孔23，示踪剂观察孔24。清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶25。演示仪箱体顶部有相对清水供给箱和示踪剂供给箱处有注水口26、注示踪剂孔27。

排泄管的排泄口28低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度。

参见图1、图7、图8，在箱体位于演示屏顶部有模拟河向地块剖面图29，其表面为地形线30。

通过演示仪箱体上的注水口和注示踪剂口分别向清水供给箱和示踪剂供给箱注入清水、红色示踪剂，打开低水位控制阀且分别打开清水流量调节阀和示踪剂调节阀，清水和红色示踪剂分别经过清水供水管、清水渗透箱和供示踪剂管和示踪剂渗透箱及渗流板上的渗流孔进入窄缝槽渗流演示区后再分别经模拟河水低水位排水孔、低水位排水管和排泄孔、排泄管流出，从而形成了如图7所示的在演示屏上显现的水流迹线(地下分水岭位于河间地块中部)。关闭低水位控制阀，打开高水位控制阀，进入窄缝槽渗流演示区的渗流水和示踪剂分别从模拟河水高水位排水孔、高水位排水管和排泄孔、排泄管流出，从而形成了如图8所示的在演示屏上显现的水流迹线(地下分水岭向高水位一侧河流偏移)。同时关闭高低水位控制阀，形成如图9所示的在演示屏上显现的水流迹线(高水位河流水位足够高时，地下分水岭消失，产生向邻谷渗漏)。

上述各实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (7)

1.地下分水岭演示仪，其特征在于包括有演示屏和隔水底板的演示仪箱体，位于演示仪箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，窄缝槽渗流演示区的宽度为0.5～2mm，在渗流板上相对演示屏的位置的一边上有位于同一垂面的模拟河水高水位排水孔和模拟河水低水位排水孔，在演示仪渗流板上相对演示屏的位置的另一边上有与模拟河水低水位排水孔在同一水平面上的泄水孔，一端与模拟河水高水位排水孔连接的高水位排水管上装有高水位控制阀，一端与模拟河水低水位排水孔连接的低水位排水管上有低水位控制阀，排泄管一端与泄水孔连接，在演示仪箱体内位于窄缝槽渗流演示区处有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，在渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔，演示仪箱体上装有清水供给箱和示踪剂供给箱，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀的清水供水管和带示踪剂调节阀的供示踪剂管分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂。

2.如权利要求1所述的地下分水岭演示仪，其特征在于窄缝槽渗流演示区的截面形状为矩形。

3.如权利要求2所述的地下分水岭演示仪，其特征在于窄缝槽渗流演示区的宽度为1mm。

4.如权利要求1～3之一所述的地下分水岭演示仪，其特征在于演示仪箱体上有流量观察孔，示踪剂观察孔。

5.如权利要求1～3之一所述的地下分水岭演示仪，其特征在于清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶。

6.如权利要求1～3之一所述的地下分水岭演示仪，其特征在于高水位控制阀，低水位控制阀分别装在演示仪箱体上。

7.如权利要求1～3之一所述的地下分水岭演示仪，其特征在于排泄管的排泄口低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度。

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