CN102635087B - 河流入渗模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流入渗模拟装置，包括巨型渗流槽、上游水位控制水箱、下游水位控制水箱、供水水箱和储水水箱，巨型渗流槽的正面装有多个负压传感器，巨型渗流槽的背面装有多个测压管，巨型渗流槽的底端左右两侧分别设置有巨型渗流槽进水管和巨型渗流槽出水管，巨型渗流槽进水管上设置有进水阀门，巨型渗流槽出水管上设置有出水阀门，储水水箱与供水水箱和下游水位控制水箱相连，供水水箱与上游水位控制水箱相连，巨型渗流槽与上游水位控制水箱和下游水位控制水箱相连。本发明结构简单，设计合理，实现方便且实现成本低，使用操作便捷，功能完备，能够为提高评价傍河水源地可开采水资源量的可靠性奠定基础，实用性强，推广应用价值高。

Description

河流入渗模拟装置

技术领域

本发明涉及地下水科学与工程技术领域，尤其是涉及一种河流入渗模拟装置。

背景技术

傍河取水，因其水量稳定、水质洁净等优点，已成为我国北方城市重要的供水模式。由于客观上存在着一定的困难，束缚了人们对河流补给地下水机理的深入研究，从而导致对傍河水源地可开采资源量的评价往往与实际有一定的差距。

河流入渗模拟装置是基于对河流补给地下水状态的高度仿真，利用此装置可以在实验室改变试验的条件，研究河流对地下水补给的可能状态并取得定量信息，从而为提高评价傍河水源地可开采水资源量的可靠性奠定基础。但是，现有技术中，还没有结构简单、实现方便、使用便捷且功能完备的河流入渗模拟装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种河流入渗模拟装置，其结构简单，设计合理，实现方便且实现成本低，使用操作便捷，功能完备，能够为提高评价傍河水源地可开采水资源量的可靠性奠定基础，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种河流入渗模拟装置，其特征在于：包括巨型渗流槽、上游水位控制水箱、下游水位控制水箱、供水水箱和储水水箱，所述巨型渗流槽的正面装有多个用于探测河流在补给地下水时河流水位与地下水位出现脱节现象的负压传感器，所述巨型渗流槽的背面装有多个用于测量巨型渗流槽中饱水时压力的测压管，所述巨型渗流槽的底端左右两侧分别设置有巨型渗流槽进水管和巨型渗流槽出水管，所述巨型渗流槽进水管上设置有进水阀门，所述巨型渗流槽出水管上设置有出水阀门，所述储水水箱底端侧壁上的出水口通过第一水管和设置在第一水管上的水泵与供水水箱顶端的进水口相连，所述供水水箱底端的出水口通过第二水管与上游水位控制水箱底端的进水口相连，所述上游水位控制水箱底端的第一出水口通过第三水管与储水水箱顶端的进水口相连，所述上游水位控制水箱底端的第二出水口通过第四水管与巨型渗流槽进水管相连，所述巨型渗流槽出水管通过第五水管与下游水位控制水箱底端的进水口相连，所述下游水位控制水箱底端的出水口通过第六水管与储水水箱底端侧壁上的进水口相连。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽内设置有用于滤除水中杂质的左滤板、右滤板和下滤板。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽的长为1.3m～1.7m，所述巨型渗流槽的高为1.8m～2.2m，所述巨型渗流槽的宽为0.4m～0.8m。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽的长为1.5m，所述巨型渗流槽的高为2.0m，所述巨型渗流槽的宽为0.6m。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管，所述不锈钢管的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头，所述不锈钢管的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管中空气的抽气阀，所述不锈钢管的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管中的负压变化进行测量的负压值采集装置，靠近所述负压值采集装置一端的不锈钢管管壁上设置有玻璃观测窗；所述抽气阀由阀桩、阀芯和阀盖三部分构成，所述阀桩为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩的底端与不锈钢管管壁焊接且开有与不锈钢管内部相连通的第一通孔，所述阀芯螺纹连接在阀桩内部，所述阀芯上开有气流通道，所述阀盖以螺纹连接方式紧扣在阀桩顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯穿过的第二通孔。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器的数量为35～50个，多个所述负压传感器按非等距网格布设在巨型渗流槽的正面。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器的数量为42个。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述测压管的数量为35～50个，多个所述测压管按非等距网格布设在巨型渗流槽的背面。

上述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述测压管的数量为42个。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明包括巨型渗流槽、上游水位控制水箱、下游水位控制水箱、供水水箱和储水水箱，结构简单，设计合理，实现方便且实现成本低。

2、采用本发明进行河流入渗模拟时，使用方法及步骤简单，操作便捷。

3、本发明的功能完备，能够模拟矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、三角形非完整切割河流、三角形非完整切割河流等多种状态河流的入渗情况。

4、利用本发明可以在实验室改变试验的条件，研究河流对地下水补给的可能状态并取得定量信息，从而为提高评价傍河水源地可开采水资源量的可靠性奠定基础，实用性强，推广应用价值高。

综上所述，本发明结构简单，设计合理，实现方便且实现成本低，使用操作便捷，功能完备，能够为提高评价傍河水源地可开采水资源量的可靠性奠定基础，实用性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明测压管在巨型渗流槽背面的布设位置示意图。

图3为本发明负压传感器的结构示意图。

图4为本发明抽气阀的结构示意图。

附图标记说明：

1-巨型渗流槽；      2-上游水位控制水箱；  3-下游水位控制水箱；

4-供水水箱；        5-储水水箱；          6-负压传感器；

6-1-不锈钢管；      6-2-陶瓷头；          6-3-抽气阀；

6-31-阀桩；         6-311-第一通孔；      6-32-阀芯；

6-321-气流通道；    6-33-阀盖；           6-331-第二通孔；

7-测压管；          8-巨型渗流槽进水管；  9-巨型渗流槽出水管；

10-进水阀门；       11-出水阀门；         12-第一水管；

13-水泵；           14-第二水管；         15-第三水管；

16-第四水管；       17-第五水管；         18-第六水管；

19-左滤板；         20-右滤板；           21-下滤板。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括巨型渗流槽1、上游水位控制水箱2、下游水位控制水箱3、供水水箱4和储水水箱5，所述巨型渗流槽1的正面装有多个用于探测河流在补给地下水时河流水位与地下水位出现脱节现象的负压传感器6，所述巨型渗流槽1的背面装有多个用于测量巨型渗流槽1中饱水时压力的测压管7，所述巨型渗流槽1的底端左右两侧分别设置有巨型渗流槽进水管8和巨型渗流槽出水管9，所述巨型渗流槽进水管8上设置有进水阀门10，所述巨型渗流槽出水管9上设置有出水阀门11，所述储水水箱5底端侧壁上的出水口通过第一水管12和设置在第一水管12上的水泵13与供水水箱4顶端的进水口相连，所述供水水箱4底端的出水口通过第二水管14与上游水位控制水箱2底端的进水口相连，所述上游水位控制水箱2底端的第一出水口通过第三水管15与储水水箱5顶端的进水口相连，所述上游水位控制水箱2底端的第二出水口通过第四水管16与巨型渗流槽进水管8相连，所述巨型渗流槽出水管9通过第五水管17与下游水位控制水箱3底端的进水口相连，所述下游水位控制水箱3底端的出水口通过第六水管18与储水水箱5底端侧壁上的进水口相连。

本实施例中，所述巨型渗流槽1内设置有用于滤除水中杂质的左滤板19、右滤板20和下滤板21。所述巨型渗流槽1的长为1.3m～1.7m，所述巨型渗流槽1的高为1.8m～2.2m，所述巨型渗流槽1的宽为0.4m～0.8m。具体地，所述巨型渗流槽1的长为1.5m，所述巨型渗流槽1的高为2.0m，所述巨型渗流槽1的宽为0.6m。

结合图3和图4，本实施例中，所述负压传感器6包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管6-1，所述不锈钢管6-1的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头6-2，所述不锈钢管6-1的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管6-1中空气的抽气阀6-3，所述不锈钢管6-1的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管6-1中的负压变化进行测量的负压值采集装置6-4，靠近所述负压值采集装置6-4一端的不锈钢管6-1管壁上设置有玻璃观测窗6-5；所述抽气阀6-3由阀桩6-31、阀芯6-32和阀盖6-33三部分构成，所述阀桩6-31为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩6-31的底端与不锈钢管6-31管壁焊接且开有与不锈钢管6-31内部相连通的第一通孔6-311，所述阀芯6-32螺纹连接在阀桩6-31内部，所述阀芯6-32上开有气流通道6-321，所述阀盖6-33以螺纹连接方式紧扣在阀桩6-31顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯6-32穿过的第二通孔6-331。

如图1所示，本实施例中，所述负压传感器6的数量为35～50个，多个所述负压传感器6按非等距网格布设在巨型渗流槽1的正面。具体地，所述负压传感器6的数量为42个。

结合图2，本实施例中，所述测压管7的数量为35～50个，多个所述测压管7按非等距网格布设在巨型渗流槽1的背面。具体地，所述测压管7的数量为42个。

本发明的工作原理及工作过程是：

1、装填砂样：首先在巨型渗流槽1的四壁粘贴防水砂纸，然后在巨型渗流槽1中装填砂样，每装3cm～5cm后从巨型渗流槽1槽底的巨型渗流槽进水管8处充水，至砂样表层出现水膜为止，直至装满巨型渗流槽1，装满以后再经过：完全排水→完全充水→完全排水→完全充水→......的过程，重复直至砂样充分密实；

2、在砂样的左上角构建模拟河流状态的装置，用于模拟的河流包括：矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、矩形非完整切割河流、三角形非完整切割河流、三角形非完整切割河流等；

3、调试负压传感器6：将负压传感器6的陶瓷头6-2置于无气水中，松开抽气阀6-3中阀桩6-31的阀芯6-32，将真空泵的连接管连接到气流通道6-321上抽气，使负压传感器6的管腔内无气泡存在；当真空泵的连接管内充满水而没有气泡水时，再慢慢拧紧阀芯6-32，并拧紧阀盖6-33；透过不锈钢管6-1上的玻璃观测窗6-5，仔细观察不锈钢管6-1管腔内有无气泡，如果管腔内仍有小的气泡，再次松开阀芯6-32，再次启动真空泵抽水(排气)，反复几次使管腔内确无气泡而完全充满水为止。将负压传感器6水平搁置，用专门的测试仪表检测，若显示不锈钢管6-1管腔内的压力小于±3cm，即认为合格可以使用；

4、安装负压传感器6：通过预设在巨型渗流槽1的正面的孔将负压传感器6安装到巨型渗流槽1上，再经过数次充、排水，直至负压传感器6的陶瓷头6-2与砂样充分亲和，即可开始试验；

5、试验前，当巨型渗流槽1中充满水后，用吸耳球从测压管7中排出气泡；

6、开始试验，首先控制一个河水位，且降低排泄水位到预定的高度，观测测压管7水位和排泄水位，等水位稳定后记录排泄量、测压管7读数、负压传感器6读数(可以通过计算机自动记录)；

7、按设计的试验方案，重复操作以上步骤1～6。

本发明能够模拟矩形非完整切割河流--河床侧壁介质与含水层相同、河床底部隔水、河床侧壁进水时的河流入渗情景，能够模拟矩形非完整切割河流--河床介质与含水层介质相同且河床底部和侧壁同时进水时的河流入渗情景，能够模拟矩形非完整切割河流--河床侧壁介质与含水层相同，河床底部隔水，河床侧壁进水，且存在一定厚度的弱透水层时河流入渗情景，能够模拟矩形非完整切割河流--河床侧壁介质与含水层相同，河床底部隔水，河床侧壁进水时，且存在透镜体的河流入渗情景，能够模拟三角形非完整切割河流---河床介质与含水层介质相同时河流入渗情景，能够模拟三角形非完整切割河流---河床为低渗透介质时河流入渗情景。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种河流入渗模拟装置，其特征在于：包括巨型渗流槽(1)、上游水位控制水箱(2)、下游水位控制水箱(3)、供水水箱(4)和储水水箱(5)，所述巨型渗流槽(1)的正面装有多个用于探测河流在补给地下水时河流水位与地下水位出现脱节现象的负压传感器(6)，所述巨型渗流槽(1)的背面装有多个用于测量巨型渗流槽(1)中饱水时压力的测压管(7)，所述巨型渗流槽(1)的底端左右两侧分别设置有巨型渗流槽进水管(8)和巨型渗流槽出水管(9)，所述巨型渗流槽进水管(8)上设置有进水阀门(10)，所述巨型渗流槽出水管(9)上设置有出水阀门(11)，所述储水水箱(5)底端侧壁上的出水口通过第一水管(12)和设置在第一水管(12)上的水泵(13)与供水水箱(4)顶端的进水口相连，所述供水水箱(4)底端的出水口通过第二水管(14)与上游水位控制水箱(2)底端的进水口相连，所述上游水位控制水箱(2)底端的第一出水口通过第三水管(15)与储水水箱(5)顶端的进水口相连，所述上游水位控制水箱(2)底端的第二出水口通过第四水管(16)与巨型渗流槽进水管(8)相连，所述巨型渗流槽出水管(9)通过第五水管(17)与下游水位控制水箱(3)底端的进水口相连，所述下游水位控制水箱(3)底端的出水口通过第六水管(18)与储水水箱(5)底端侧壁上的进水口相连。

2.按照权利要求1所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽(1)内设置有用于滤除水中杂质的左滤板(19)、右滤板(20)和下滤板(21)。

3.按照权利要求1或2所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽(1)的长为1.3m～1.7m，所述巨型渗流槽(1)的高为1.8m～2.2m，所述巨型渗流槽(1)的宽为0.4m～0.8m。

4.按照权利要求3所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述巨型渗流槽(1)的长为1.5m，所述巨型渗流槽(1)的高为2.0m，所述巨型渗流槽(1)的宽为0.6m。

5.按照权利要求1或2所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器(6)包括用于形成负压并传输负压的不锈钢管(6-1)，所述不锈钢管(6-1)的一端端部密封连接有用于透过水并阻隔空气的陶瓷头(6-2)，所述不锈钢管(6-1)的另一端管壁上固定连接有用于去除不锈钢管(6-1)中空气的抽气阀(6-3)，所述不锈钢管(6-1)的另一端端部密封连接有用于对不锈钢管(6-1)中的负压变化进行测量的负压值采集装置(6-4)，靠近所述负压值采集装置(6-4)一端的不锈钢管(6-1)管壁上设置有玻璃观测窗(6-5)；所述抽气阀(6-3)由阀桩(6-31)、阀芯(6-32)和阀盖(6-33)三部分构成，所述阀桩(6-31)为类似“U”字形结构且其内壁和外壁上均设置有螺纹，所述阀桩(6-31)的底端与不锈钢管(6-31)管壁焊接且开有与不锈钢管(6-31)内部相连通的第一通孔(6-311)，所述阀芯(6-32)螺纹连接在阀桩(6-31)内部，所述阀芯(6-32)上开有气流通道(6-321)，所述阀盖(6-33)以螺纹连接方式紧扣在阀桩(6-31)顶部且其几何中心位置处设置有用于供阀芯(6-32)穿过的第二通孔(6-331)。

6.按照权利要求1或2所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器(6)的数量为35～50个，多个所述负压传感器(6)按非等距网格布设在巨型渗流槽(1)的正面。

7.按照权利要求6所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述负压传感器(6)的数量为42个。

8.按照权利要求1或2所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述测压管(7)的数量为35～50个，多个所述测压管(7)按非等距网格布设在巨型渗流槽(1)的背面。

9.按照权利要求8所述的河流入渗模拟装置，其特征在于：所述测压管(7)的数量为42个。

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