CN105203720B - 风沙地下水相互作用试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种风沙地下水相互作用试验装置及试验方法，所述装置包括鼓风系统、加沙系统、加水系统、升降温系统、地下水系统、飘沙收集系统和监测控制系统，以及风沙启动区、风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区，其中，鼓风系统位于风沙启动区风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区的前端，加沙系统和加水系统分别位于风沙启动区之上，升降温系统位于风沙淤积粘接区之上，风沙淤积粘接区位于地下水渗流区的上方，地下水渗流区中有地下水系统。利用本发明的风沙地下水相互作用试验装置及试验方法，能够用于分析风沙水三者之间的相互作用。

Description

风沙地下水相互作用试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及本发明属于地下水测试技术领域，特别涉及一种风沙地下水试验系统。

背景技术

现在中国乃至世界上其他很多地区空气污染严重，雾霾天气盛行，空气中灰尘含量大，对人们的衣食住行用产生不良影响、破坏工业设备试验仪器的正常运行，解决空气污染是当前一段时间的重大课题，空气中的降尘除沙是解决这一重大课题的重要途径。同时，风沙对地面的破坏作用显著，分析探索风沙在水作用下的沉积机理和规律，对减少风沙破坏作用具有重大的理论和工程价值。还有，风沙成丘并冷凝空气中水进而聚水，这一过程及机理的分析将在沙漠中找水取水具有重要的现实意义。

雾霾中有大量的粉尘颗粒、水、同时含带所附着的污染物。发明人曾近年在美国威斯康星州访问一段时间，发现此州的空气污染不重，印象最为深刻的直观表现是衣服鞋子很长一段时间内不脏、路边花草树木上没有落尘。分析雾霾粉尘的运动路径：产生——进入空气中——随风飘走、降落地面、植物水流吸附，并可能再次进入空气循环。

对比当前我国大城市的情况，例如北京雾霾严重、路面、路边积灰严重。相对于美国来说，北京及周边的粉尘排放大，工业、汽车甚至是农业、家庭生活等所排放的烟尘粉尘量巨大；人口密度大，人们在地面的活动量大，搅动地面已经沉积的烟尘粉尘，降落地面的粉尘就会再次被扰动进入空气，同时在近地面的空气被搅动大，也就不容易降落到地面。

我们当前治理雾霾的重点在于减少排放，以此为基础的治理当然很重要，但是不容忽视的一个治理角度是，捕捉空气中的雾霾颗粒，减少已经降落到地面粉尘的再次扰动后进入空气中的量，也将是治理雾霾的重要方法和途径。

沉积沙受到三个方面的作用：1是风的吹拂推动力；2是地表淤积沙的摩擦力；3是水的吸附粘接力。加强这三个方面、尤其是水的吸附粘接力，是降尘除霾的一个重要分析方向，和不可逾越的科学问题。

风沙对地面的破坏主要有两种：风(沙)蚀和风(沙)积。风(沙)蚀是风以及与所携带的沙共同对地面进行剥蚀破坏作用；风(沙)积是风所携带的沙沉积下来，堆积覆盖森林草原等植被、人工建筑构筑物等。在沙漠区以及沙漠的边界处都受到影响。当近地面处的空气中含有水时，细小颗粒将会吸附粘接在一块，这种胶结作用将会大大削弱这种风蚀破坏，并将风中的沙进行一定程度的捕捉，保护地面。

沙漠中的日夜温差很大，白天温度高，水蒸发进入空气；夜间温度降低，空气中的水冷凝进入沙中，这一过程是一个周期循环的过程，好像沙漠中永远没有水；但是沙漠中的沙丘处，使这一周期循环成为非可逆的循环，即可能出现沙丘聚水；同样这一作用，也会出现相互的促进作用，即沙丘聚水与水成沙丘两大作用相互促进。这一过程及机理的分析将在沙漠中找水取水具有重要的现实意义，对丘水作用的认识将会起到积极的作用。

但是迄今为止，有关这涉及到风沙水三者之间的相互作用，以及解决上面所涉及到的三个方面的问题的技术方案还没有出现。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种考虑风沙水三者之间的相互作用，探究空气中雾霾的沙尘沉积规律，解决空气污染，寻找基于地下水角度的降尘除沙技术方法。具有一定粘性的液体，通过沙体向上持续渗透，粘接空气中的沙尘，减少沙的流失和空气中的沙尘，以此进行降尘除沙，分析获得最佳的降尘除沙技术方法。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。

一种风沙地下水相互作用试验装置，所述装置包括鼓风系统、加沙系统、加水系统、升降温系统、地下水系统、飘沙收集系统和监测控制系统，以及风沙启动区、风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区，其中，

鼓风系统位于风沙启动区风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区的前端，加沙系统和加水系统分别位于风沙启动区之上，升降温系统位于风沙淤积粘接区之上，风沙淤积粘接区位于地下水渗流区的上方，地下水渗流区中有地下水系统。

其中所述装置包括前面板、后面板、上面板、下面板和端面板，形成水平向的通道；

前面板中部开有透明窗，利用螺栓将透明材料固定在透明窗上；

下面板中部有开口，通往地下水渗漏箱，后部也有开口，通往风沙收集区；

端面板由前板、后板、上板、下板和端板焊接组成。

另外在下面板中部开孔周边有翼片，在翼片和开孔周围布置螺孔；在下面板后端开孔周边也有翼片，翼片与下面板是一体的，在翼片和开孔周围布置螺孔。

地下水渗流箱包括渗流箱前面板、渗流箱后面板、渗流箱侧面板、渗流箱下面板、渗流箱上面板、渗流箱内隔板和活动底板；

这些面板除了活动底板外，其他的各板相接触位置处彼此进行焊接，渗流箱内隔板在距离渗流箱下面板一定距离以上部分布置有透水孔；

活动底板底部与液压机相连，在液压机的带动下，可以在内部的空腔内上下移动，同时与渗流箱内隔板和渗流箱前、后面板所接触处严密接触；

地下水渗流箱的渗流箱上面板周围有平面翼片，在翼片上的周围均匀布置螺孔；

在地下水渗流箱的周围渗流箱侧面板上布置有一个或者多个进出水口。

地下水渗流箱的上部镶嵌一个泥沙粘接板，粘接板上布置有空洞，所述空洞是圆形空洞、多个圆形空洞、多个矩形空洞、椭圆形空洞中的一种，所述空洞与面板的过渡为光滑过渡；

所述泥沙粘接板与渗流箱前面板或渗流箱后面板的镶嵌方式为，泥沙粘接板两侧有圆凸点，渗流箱前面板或渗流箱后面板面板上有圆凹坑，圆凸点对准圆凹坑进行镶嵌固定。

所述上面板设置有喷水口、加沙口、冷凝管和热辐射灯；其中，

喷水口与外部的水管连接，采用直接喷水或采用超声波喷雾方式加水，通过控制发生装置的电流或者电压的大小，来控制水雾的添加量和添加速度；

加沙口上部设有加沙传送皮带，通过控制皮带机的传送速度来控制加沙速度；

冷凝管与外部的加热和制冷管相连，内部充有冷凝剂通过压缩机进行制冷或者加热；

热辐射灯对泥沙和风沙加热，通过调节电压电流来控制加热灯的加热速度。

所述鼓风系统采用鼓风机，在入口截面上布置有间隔的多层格栅；

所述加沙系统在加沙区进行加沙，加沙系统设置在在风沙启动区的顶部，分别设置有几道撒沙窗口，通过电机皮带传送机构，将沙输送到撒沙窗口进行撒沙；

所述加水系统根据所加的沙根据需要提前加入一定量的水，以满足一定含水量要求或者采用超声波喷雾方式在加水系统的顶部向下加水雾，整个加水系统与加沙装置一块密封在一个大的透明罩体内；

所述升降温系统包含三部分：一部分是对整个装置进行整体的温度控制，这部分主要是通过试验室内的空调和暖气对试验室内的温度的大致粗略控制，基本满足试验系统的整体温度控制，可以调整设备的温度调控范围；另一部分是对进入设备的空气、水雾温度精确控制；第三部分是试验区顶部的热量辐射吸收控制带所进行的温度辐射的精确控制。

所述装置的监测控制系统包括温度、速度、湿度、力传感器，可以实现温度、风速、加雾量、加沙量、沉积沙量、回收沙量、地下水流速、水压力、沉积堆积沙丘含水量的实时监测、控制和记录，并可以监测记录沙水作用体的位移，沙水作用体的推拉力。

一种风沙地下水相互作用试验方法，包括以下步骤：

A1、风沙淤积粘接区底板固定，表面平整，堆积或撒沙均匀一层；

B1、将地下水系统中通水，并保持一定的渗流，并一直持续；待水向上渗流达到稳定后，鼓风系统开始吹风，加沙系统加沙，试验开始；

C1、经过一定时间的试验，在风沙淤积粘接区底板上水渗流到表面，在风沙淤积粘接区底板上就会出现沙丘，根据风沙淤积粘接区底板暴露孔的不同形状，沙丘也将表现不同的形态；

D1、沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。

一种风沙地下水相互作用试验方法，包括以下步骤：

A2、在风沙淤积粘接区撒出或堆积一定坡度的沙丘，渗流系统中不通水，关闭所有的进出水口；

B2、在加水区域，对鼓风系统吹出的风进行加水，使风中达到试验要求的含水量；

B3、升降温系统可以对风进行温度控制；在风沙淤积粘接区的上部布设热量辐射控制带，此带可以升降温，对沙丘进行辐射加温或是通过此带对周围的沙体进行吸热；

B4、沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。

通过采用本发明的风沙地下水相互作用试验装置及试验方法，能够带来以下有益效果。

一、本发明利用空气中雾霾的沙尘沉积规律，解决空气污染，寻找基于地下水角度的降尘除沙技术方法。具有一定粘性的液体，通过沙体向上持续渗透，粘接空气中的沙尘，减少沙的流失和空气中的沙尘，以此进行降尘除沙，分析获得最佳的降尘除沙技术方法。

二、本发明利用风沙在水作用下的沉积机理和规律，对减少风沙破坏作用具有技术效果。

三、本发明利用水成沙丘与沙丘聚水的相互关系，风沙成丘并冷凝空气中水进而聚水，这一技术将在沙漠中找水取水具有重要的现实意义。

四、本发明中利用水对沙的粘接作用形成沙丘，利用渗流水对沙的粘接关系及沙丘的演化特性，能够有助于更好地认识理解沙丘的形态。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的整体结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的部分结构的透视图。

图3为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的后面板的示意图。

图4为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的前面板的示意图。

图5为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的下面板的示意图。

图6为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的上面板的示意图。

图7为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的端面板的示意图。

图8-0为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的地下水渗透箱的立体示意图。

图8-1为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的地下水渗透箱的上面板示意图。

图8-2为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的地下水渗透箱的下面板示意图。

图9为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板的示意图。

图10为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板的一种空洞的示意图。

图11为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板的另一种空洞的示意图。

图12为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板的另一种空洞的示意图。

图13为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板的过渡面的示意图。

图14为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的泥沙粘接板与面板的连接方式示意图。

图15为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的飘沙收集系统的示意图。

图16为本发明具体实施方式中风沙地下水相互作用试验装置的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。

如图1所示，本发明的风沙地下水相互作用试验装置包括7大系统，4大区域，7大系统为11鼓风系统、12加沙系统、13加水系统、14升降温系统、15地下水系统、16飘沙收集系统、、17监测控制系统；4大区域为21风沙启动区、22风沙淤积粘接区、23风沙收集区，24地下水渗流区。风沙地下水相互作用试验装置的立体结构示意图如图2所示。

风沙地下水相互作用试验装置的由后面板B'C'D'E'(如图3所示)，前面板BCDE(如图4所示)，下面板BCC'B'(如图5所示)，上面板EDD'E'(如图6所示)，端面板CC'D'D—C1C1'D1'D1(如图7所示)组成，构成一个水平向的通道。

其中端面板CC'D'D—C1C1'D1'D1(如图7所示)由5个板，即前板CDD1C1，后板C'D'D1'C1'，上板DD'D1'D1，下板CC'C1'C1，端板C1C1'D1'D1焊接组成；在端板C1C1'D1'D1上分布有大量平头螺钉封口的螺孔，根据试验需要可以全部或部分开启平头螺钉；在前板CDD1C1，后板C'D'D1'C1'，上板DD'D1'D1上布置有均匀分布的螺孔d5，在下板CC'C1'C1上布置有均匀分布的螺孔d4。

在本发明的具体实施方式中，在后面板B'C'D'E'(如图3所示)的端部布置有均匀分布的螺孔d5。

在前面板BCDE(如图4所示)后端部布置有均匀分布的螺孔d5；在中部开窗：W1W2W3W4，在此开口处外围周边布置有螺孔d1，用平头螺钉将透明板与前面板BCDE固定。

下面板BCC'B'(如图5所示)的中部有开孔Y1Y2Y3Y4，在开孔周边有翼片，在翼片和开孔周围均匀布置螺孔d2；在下面板BCC'B'的后端部有开孔F'G'H'I'，在开孔周边有翼片，翼片与板BCC'B'是一体的；在翼片和开孔周围均匀布置螺孔，在HGC'C上设置螺孔d4，在其他翼片上设置螺孔d3；

其中，在开孔Y1Y2Y3Y4的下部有一个地下水渗流箱Z1Z2Z3Z4—Z1'Z2'Z3'Z4'，(如图8-0,8-1,8-2所示)；地下水渗流箱由前面板Z1Z2Z3Z4，后面板Z1'Z2'Z3'Z4'，侧面板Z1Z1'Z4Z4'和Z2Z3Z3'Z2'，下面板Z1X1X1'Z1'和X2Z2Z2'X2'，上面Z4X4X4'Z4'和X3Z3Z3'X3'，内隔板X1X1'X4'X4和X2X2'X3'X3及活动底板X1X2X2'X1'组成；这些面板除了活动底板X1X2X2'X1'外，其他的各板相接触位置处彼此进行焊接；内隔板X1X1'X4'X4和X2X2'X3'X3在距离下面板Z1X1X1'Z1'和X2Z2Z2'X2'一定距离以上部分均匀布置有透水孔；活动底板X1X2X2'X1'底部与液压机相连，在液压机的带动下，可以在内部的空腔内上下移动，同时与内隔板和前后面板所接触处，严密接触，防止漏水漏气；地下水渗流箱的上板周围有平面翼片，在翼片上的周围均匀布置螺孔d2；在地下水渗流箱的周围侧板上布置有一个或者多个进出水口；试验时，空间X1X2X3X4-X1'X2'X3'X4'与活动底板形成一个空腔，空腔内可以填筑土泥沙等颗粒材料，进出水口开启相应开关，进行地下水的渗流。

另外，所述的螺孔d2用平头螺钉，穿入d2将地下水渗流箱和下面板BCC'B'进行紧固，这样不漏水也不漏气。

所述地下水渗流箱的上部矩形窗口处，根据试验需要，也可以镶嵌一个泥沙粘接板，如图9所示，粘接板上布置有空洞，可以是一个圆形空洞(如图10所示)，多个圆形空洞(如图11所示)，多个矩形空洞(如图12所示)，椭圆形等；这些空洞与面板的过渡为光滑过渡，如图13所示。

泥沙粘接板与面板X1X2X3X4和X1'X2'X3'X4'的镶嵌方式为：所述泥沙粘接板两侧有圆凸点，面板上有圆凹坑，如图14截面图所示，圆凸点对准圆凹坑进行镶嵌固定。

飘沙收集系统，LMCN-L'M'C'N'(如图15所示)由侧板LMCN，MM'C'C，M'L'N'C'，L'LNN'构成，在四个侧板的上部有翼片，四个侧板和翼片在相接触处焊接，翼片上有螺钉孔d3和d4。

试验装置通过螺钉中间加一垫片，将前面板BCDE，下面板BCC'B',后面板B'C'D'E'，端面板CC'D'D—C1C1'D1'D1和飘沙收集系统进行紧固，中间有垫片，不漏水不漏气。

另一方面，上面板EDD'E'(如图6所述)，设置有喷水口32、加沙口33、冷凝管34、和热辐射灯35；喷水口与外部的水管，可以直接喷水，也可以采用超声波喷雾方式加水，通过控制发生装置的电流或者电压的大小，来控制水雾的添加量和添加速度；加沙口上部设有加沙传送皮带，通过控制皮带机的传送速度来控制加沙速度；冷凝管与外部的加热和制冷管相连，内部充有冷凝剂通过压缩机进行制冷或者加热；热辐射灯对泥沙和风沙加热，通过调节电压电流来控制加热灯的加热速度；

其中，在风沙启动区，可以对风进行加水和加沙。

风沙淤积粘接区内，风沙可以降落沉积，在地下水的作用下，被粘接，并逐渐形成一定形态的沉积沙丘。

试验前，如果需要可以在风沙淤积粘接区铺设或者播撒一定厚度、一定形态的沙。

风沙飘落后沉积在风沙收集区，试验结束后，对其收集，进行分析测试。

地下水渗流区内，地下水进行渗流。

以下分别介绍各系统的结构与功能。

鼓风系统

采用鼓风机，向试验区内送风，为了使风平稳顺畅，需要在入口截面上布置有间隔的多层格栅。

加沙系统

利用吹来的风，在加沙区进行加沙；加沙的方式为两种：一种是在加沙区的顶部进行直接撒沙，

在风沙启动区的顶部，分别设置有几道撒沙窗口，通过电机皮带传送机构，将沙输送到撒沙窗口进行撒沙；撒沙的时间，根据试验需要为试验前的准备阶段或者是试验的过程中。另一种是试验前直接在底部铺沙；可以铺设试验所需的形态。

加沙系统中所加的沙，可以添加水以满足试验所需的含水量。

整个加沙传输装置密封在一个大的罩体内，保证气压的稳定。

加水系统

加水系统分为两种方式进行加水，一种是所加的沙根据需要提前加入一定量的水，以满足一定含水量要求；如果试验需要干燥的沙，则不需要添加水；另一种是采用超声波喷雾方式在加水系统的顶部向下加水雾，经过试验前的多次尝试，最终来确定超声波的电流或者电压的大小，进而通过调整电流或电压来控制水雾的添加量和添加速度；两种加水方式可以单独采用，也可以同时使用。整个加水系统与加沙装置一块密封在一个大的透明罩体内，保证气压的稳定。

地下水渗透系统

地下水渗流系统中，有一个空腔，内盛同样的泥沙颗粒，堆积填筑形成沙土体；此空腔为圆柱体或者是长方体；空腔体的上表面镶嵌并紧固有风沙淤积吸附粘接板；在腔体除上表面的其他的5个表面上设置有多个进出水口；在相互垂直的两个方向上有进出水口，通过调整进出水口连接的水管的高度，形成3维6个方向上的水的渗流，分别为前后左右上下3维、正反6个方向；同时在腔体的底部设置有单独的多个进出水口，用于进水或者是出水，可以进行几个水口的开、关、进水、出水的组合；能够营造饱和、非饱和渗流区域，能够形成各种复杂的渗水路径，比如直线、环形、垂直等路径，。

另外，风沙淤积吸附粘接板是镶嵌、可拆卸式的，外形可以为矩形(如图2所示)板、方形板、圆形板(如图3所示)、椭圆形等形状，表层用胶水粘接一定厚度同样的试验用沙；同时在板上开有方形孔、圆形孔(如图4所示)、椭圆形孔、长条形孔(如图5所示)的裸露面，数量为一个或者多个；在裸露面处的板表层与底层的交界位置处，采用流线面进行过渡，如图5中的截面A-A在图6中所示；

沙水作用体

沉积区腔体与地下水腔体，整体固定在一块组成试验的核心结构：沙水作用体，在与前部的起沙区之间有竖直向小导轨，在底部有液压传力装置，可以将沙水作用体整体向上、向下推拉。

飘沙收集系统

在设备的出口末端，对出口中的风沙进行收集，可以对沙进行后续的颗粒分析。

升降温系统

升降温系统包含三部分：一部分是对整个装置进行整体的温度控制，这部分主要是通过试验室内的空调和暖气对试验室内的温度的大致粗略控制，基本满足试验系统的整体温度控制，可以调整设备的温度调控范围；另一部分是对进入设备的空气、水雾温度精确控制；第三部分是试验区顶部的热量辐射吸收控制带所进行的温度辐射的精确控制。

热量辐射吸收控制带

此带上铺设有细管,内灌注R600a，细管的下部铺设有导热性能好的金属板，用压缩机进行循环压缩，可以实现升温和降温的控制；升温可以对风沙沉积区进行热量的辐射加热，降温可以吸收来自风沙沉积区的热量。

监测控制系统

可以实现温度、风速、加雾量、加沙量、沉积沙量、回收沙量、地下水流速、水压力、沉积堆积沙丘含水量的实时监测、控制和记录。

可以监测记录沙水作用体的位移，沙水作用体的推拉力。

整个试验装置用垫块、夹板、螺柱、螺母进行固定(如图16所示)，固定装置在空腔通道范围内可以整体安装也可以部分安装，可以使装置具有较好的整体稳定性，并可以很好的固定在试验支架上。

在本发明的具体实施方式中，地下水可以由无粘性或粘性液体替代，如胶水，盐水等。

而本专利文件中所述的沙，包括风中的沙和渗流系统中的沙，包括常规的沙和砾石碎石；沙和渗流系统中的沙和砾石碎石可以是相同的，也可以是不同的，也可以是两种以及多种的组合。

为了使用本发明的风沙地下水相互作用试验装置，试验方法包括步骤：

第1种试验步骤：

1.将装置进行组装：组装顺序是，先将地下水渗流箱安装完毕，渗流箱的活动底板安装在液压机上，并固定好；在渗流箱活动底板上部空腔中填筑试验用土、碎石等多孔材料；将粘接板表面粘接颗粒；将下面板BCC'B'与粘接板、地下水渗流箱、飘沙收集系统固定在一起；将后面板B'C'D'E'、前面板BCDE、上面板EDD'E'固定好，四个面板的固定采用钢箍进行紧固(如图16所示)；将进出水管37，36接通进水阀门，通水。

2.按照一定的试验要求，调整试验参数：温度、风速、加雾量速、加沙量速、沉积沙量、回收沙量、地下水流速大小和方向、水压力，进行试验；

3.试验结束后，对飘沙收集系统中收集的沙进行称量获得其重量；将面板拆除，将地下水渗流箱整体拆下，进出水管对地下水渗流腔体内的孔隙度进行测量，最终得到其孔隙度分布。

第2种试验步骤：

与第一种试验步骤相同，只是泥沙粘接板去除；活动板的下部液压机的顶力下，墙体内的土壤上下运动，得到相关试验参数和结果；

本发明还公开了两种风沙地下水相互作用试验方法。

试验方法一：分析水成沙丘与沙丘聚水的机理关系。

水成沙丘试验

沉积区嵌板固定，表面平整，堆积或撒沙均匀一层；

地下水系统中通水，并保持一定的渗流，并一直持续；待水向上渗流达到稳定后，鼓风系统开始吹风，加沙系统加沙，试验开始。

经过一定时间的试验，在嵌板上水渗流到表面，在嵌板上就会出现沙丘，根据嵌板暴露孔的不同形状，沙丘也将表现不同的形态。

沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。

分析获得沙丘几何形状、沙丘含水量分布、嵌板暴露孔形态、渗流水大小方向组合特征、风力、加沙量、沙和沙颗粒的物理特性、渗流沙体的物理特性之间的相互关系。

进一步获得水成沙丘的机理。

沙丘聚水试验(冷凝水试验)

在沉积区撒出或堆积一定坡度的沙丘，渗流系统中不通水，关闭所有的进出水口；

在加水区域，对鼓风系统吹出的风进行加水，使风中达到试验要求的含水量。

升降温系统可以对风进行温度控制；在沙体的上部，也就是沉积区的上部布设有热量辐射控制带，此带可以升降温，对沙丘进行辐射加温或是通过此带对周围的沙体进行吸热(使试验沙体进行辐射放热)，即可以模拟日夜辐射温度变化。

沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。

根据日夜温差变化进行试验，试验过程中，获取沉积区冷凝水的重量、沙丘中含水量分布随时间的变化规律。

进一步获得沙丘聚水机理及特性。

因此，本发明具体实施方式公开了寻找最佳的降尘除沙技术方法：在一定水的渗流作用下，进行试验，试验中实时测量记录：试验中的温度调整，风中所加的沙量(质量m1)，回风中回收沙量(质量m2)，沉积试验区的沉积沙量(质量m3)；以此进行试验沉积沙量的误差估计，并获得m1、m2、m3的试验演化，寻找最佳的降尘除沙技术方法。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风沙地下水相互作用试验装置，所述装置包括鼓风系统、加沙系统、加水系统、升降温系统、地下水系统、飘沙收集系统和监测控制系统，以及风沙启动区、风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区，其中，

鼓风系统位于风沙启动区、风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区的前端，加沙系统和加水系统分别位于风沙启动区之上，升降温系统位于风沙淤积粘接区之上，风沙淤积粘接区位于地下水渗流区的上方，地下水渗流区中有地下水系统；

所述装置包括前面板、后面板、上面板、下面板和端面板，形成水平向的通道；

前面板中部开有透明窗，利用螺栓将透明材料固定在透明窗上；

下面板中部有开孔，通往地下水渗流箱，后部也有开孔，通往风沙收集区；

端面板由前板、后板、上板、下板和端板焊接组成；

下面板中部开孔周边有翼片，在翼片和开孔周围布置螺孔；在下面板后部开孔周边也有翼片，翼片与下面板是一体的，在翼片和开孔周围布置螺孔；

地下水渗流箱包括渗流箱前面板、渗流箱后面板、渗流箱侧面板、渗流箱下面板、渗流箱上面板、渗流箱内隔板和活动底板；

组成地下水渗流箱的上述各板除了活动底板外，其它的各板相接触位置处彼此进行焊接，渗流箱内隔板在距离渗流箱下面板一定距离以上部分布置有透水孔；

活动底板底部与液压机相连，在液压机的带动下，可以在内部的空腔内上下移动，同时与渗流箱内隔板和渗流箱前、后面板所接触处严密接触；

地下水渗流箱的渗流箱上面板周围有平面翼片，在翼片上的周围均匀布置螺孔；

在地下水渗流箱的渗流箱侧面板上布置有一个或者多个进出水口。

2.根据权利要求1中所述的风沙地下水相互作用试验装置，其特征在于，地下水渗流箱的上部镶嵌一个泥沙粘接板，泥沙粘接板上布置有空洞，所述空洞是一个圆形空洞、多个圆形空洞、多个矩形空洞、椭圆形空洞中的一种，所述空洞与泥沙粘接板的过渡为光滑过渡；

所述泥沙粘接板与渗流箱前面板或渗流箱后面板的镶嵌方式为，泥沙粘接板两侧有圆凸点，渗流箱前面板或渗流箱后面板上有圆凹坑，圆凸点对准圆凹坑进行镶嵌固定。

3.根据权利要求1中所述的风沙地下水相互作用试验装置，其特征在于，所述上面板设置有喷水口、加沙口、冷凝管和热辐射灯；其中，

喷水口与外部的水管连接，采用直接喷水或采用超声波喷雾方式加水，通过控制发生装置的电流或者电压的大小，来控制水雾的添加量和添加速度；

加沙口上部设有加沙传送皮带，通过控制皮带机的传送速度来控制加沙速度；

冷凝管与外部的加热和制冷管相连，内部充有冷凝剂通过压缩机进行制冷或者加热；

热辐射灯对泥沙和风沙加热，通过调节电压电流来控制加热灯的加热速度。

4.根据权利要求1中所述的风沙地下水相互作用试验装置，其特征在于，所述鼓风系统采用鼓风机，在入口截面上布置有间隔的多层格栅；

所述加沙系统在加沙区进行加沙，加沙系统设置在在风沙启动区的顶部，分别设置有几道撒沙窗口，通过电机皮带传送机构，将沙输送到撒沙窗口进行撒沙；

所述加水系统根据所加的沙根据需要提前加入一定量的水，以满足一定含水量要求或者采用超声波喷雾方式在加水系统的顶部向下加水雾，整个加水系统与加沙系统一块密封在一个大的透明罩体内；

所述升降温系统包含三部分：一部分是对整个装置进行整体的温度控制，这部分主要是通过试验室内的空调和暖气对试验室内的温度的大致粗略控制，基本满足试验系统的整体温度控制，可以调整设备的温度调控范围；另一部分是对进入设备的空气、水雾温度精确控制；第三部分是试验区顶部的热量辐射控制带所进行的温度辐射的精确控制。

5.根据权利要求1中所述的风沙地下水相互作用试验装置，其特征在于，所述装置的监测控制系统包括温度传感器、速度传感器、湿度传感器、力传感器，可以实现温度、风速、加雾量、加沙量、沉积沙量、回收沙量、地下水流速、水压力、沉积堆积沙丘含水量的实时监测、控制和记录，并可以监测记录沙水作用体的位移，沙水作用体的推拉力。

6.基于权利要求1所述的一种风沙地下水相互作用试验装置的试验方法，包括以下步骤：

A1、风沙淤积粘接区底板固定，表面平整，堆积或撒沙均匀一层；

B1、将地下水系统中通水，并保持一定的渗流，并一直持续；待水向上渗流达到稳定后，鼓风系统开始吹风，加沙系统加沙，试验开始；

C1、经过一定时间的试验，在风沙淤积粘接区底板上水渗流到表面，在风沙淤积粘接区底板上就会出现沙丘，根据风沙淤积粘接区底板暴露孔的不同形状，沙丘也将表现不同的形态；

D1、沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。

7.基于权利要求1所述的一种风沙地下水相互作用试验装置的试验方法，包括以下步骤：

A2、在风沙淤积粘接区撒出或堆积一定坡度的沙丘，地下水渗流区中不通水，关闭所有的进出水口；

B2、在加水区域，对鼓风系统吹出的风进行加水，使风中达到试验要求的含水量；

B3、升降温系统可以对风进行温度控制；在风沙淤积粘接区的上部布设热量辐射控制带，此带可以升降温，对沙丘进行辐射加温或是通过此带对周围的沙体进行吸热；

B4、沙丘中埋置含水量探头，以获得不同深度处含水量。