CN111443021B - 一种浅滩渗流水量收集装置及测定渗流流量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅滩渗流水量收集装置及测定渗流流量的方法，该装置包括圆柱箱、第一流量计、收集袋、导水水管，所述圆柱箱的上方通过弯头和导水水管的一端连接，导水水管的另一端连接第一流量计；第一流量计再由通水接头和水管连接收集袋，所述收集袋放置于安全箱内，安全箱装满水后全封闭；安全箱的出口处通过水管与第二流量计连接。收集圆柱箱覆盖面积内渗流水量于收集袋中，并利用双向流量计自动记录水量；指定时间内根据收集袋中得到的水体重量，根据质量守恒公示即可计算出渗流流量。本发明不但能原位捕捉渗流流量，还能根据不同双向流量计判别上升流和下降流，对正确认识地表水和地下水水量交换机理，进一步研究溶质交换具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，涉及到水文观测，具体涉及一种浅滩渗流水量收集装置及测定渗流流量的方法。
背景技术
潜流带是指位于溪流或河流河床之下并延伸至河溪边岸带的水分饱和的沉积物层，包括侧向潜流带和垂向潜流带。由于地表水和地下水在此相互混合和作用，河床和河流在此发生物质和能量交换，潜流带也被称为地表水-地下水交换带。
潜流带内物理、化学和生物作用活动强烈，成为河流中水量交换、溶质迁移、新陈代谢和污染物质储存的主要场所，被誉为河流的肝脏；同时潜流带还是多数河流生物的栖息地，在实现河流功能上起到了重要作用。
地表水、地下水在潜流带内发生的入渗、混合、涌出等过程即是潜流带水体交换。潜流带水体交换是由不同水力学机理引起的。目前认为，河床沉积物渗透性、河床地形、地下水水力梯度等是影响潜流带水体交换的重要因素，河流弯曲度、河床沉积物内生物扰动也能够影响潜流带水体交换。因而，潜流带内地表水、地下水之间因渗流发生的水体交换具有强烈的时空异质性。
现有技术中存在的主要问题包括：如何能够在野外监测过程中直接测量潜流带水体交换的渗流量并计算渗流系数，是研究潜流带水量交换、溶质迁移的基础工作，是为进一步研究潜流带生态功能的关键难题。目前还未见这方面的研究成果。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种浅滩渗流水量收集装置及测定渗流流量的方法，不但能原位捕捉渗流流量，还能根据不同双向流量计判别上升流和下降流，对正确认识地表水和地下水水量交换机理，进一步研究溶质交换具有重要意义。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种浅滩渗流水量收集装置，包括圆柱箱、第一流量计、收集袋、导水水管，所述圆柱箱的上方通过弯头和导水水管的一端连接，导水水管的另一端连接第一流量计；第一流量计再由通水接头和水管连接收集袋，所述收集袋放置于安全箱内，安全箱装满水后全封闭；安全箱的出口处通过水管与第二流量计连接。
优选地，圆柱箱内由于压力差产生的渗流水体经过导水水管进入第一流量计再进入收集袋，收集袋因为水体进出体积膨胀或收缩造成安全箱内水体由另一侧水管进出、其流量由安全箱外侧的第二流量计记录。
优选地，所述圆柱箱采用亚克力制成，包括一个空心圆柱和盖板；盖板的中心设有带螺纹的孔洞，孔洞上安装外螺纹不锈钢弯头。
优选地，所述第一流量计和第二流量计均为自动记录的高精度双向流流量计；第一流量计的一端由通水接头和水管与圆柱箱相连，另一端与收集袋相连。。
优选地，所述收集袋为高压平口PE塑料袋，开口一侧收口后通过水管与第一流量计相连接。
优选地，所述导水水管为PVC塑料管，设有带阀门的ABS塑料通水接头。
优选地，所述安全箱为亚克力封闭箱，包括盖板和箱体，盖板与箱体间通过橡胶垫、螺钉密封；安全箱的两侧中心开孔，分别让两侧的水管穿过，水管与安全箱之间通过玻璃橡胶密封。
一种测定渗流流量的方法，利用上述的浅滩渗流水量收集装置测定渗流流量，收集圆柱箱覆盖面积内的渗流水量于收集袋中，利用第一流量计、第二流量计自动记录水量，指定时间内根据质量守恒公式计算出渗流流量。
进一步地，具体包括以下步骤：
步骤一，将圆柱箱放置于接近河岸的浅滩区或心坝，使圆柱箱底部插入河床沉积物至少10cm，顶部盖板和连接的水管完全沉没于水中；
步骤二，在与圆柱箱直线距离至少1m外挖坑放置安全箱，空的收集袋放置于安全箱内，安全箱在水下全封闭；安全箱完全沉没于水中，且安全箱放置海拔高度与圆柱箱放置地方沉积物海拔高度一致；
步骤三，圆柱箱通过导水水管与第一流量计连接，第一流量计和收集袋连接，此时收集袋的阀门为关闭状态；安全箱的另一侧与流量计连接；
步骤四，待圆柱箱安装完毕1h后，启动第一流量计、第二流量计，打开收集袋阀门开始测量；
步骤五，测量一段时间t后，称量收集袋内增加的水体重量m，计算渗流流量q＝m/(ρ·t)；其中，ρ为水的密度，q为渗流流量；
步骤六，分别读取第一流量计、第二流量计记录的流量，参考流量计双向流量记录和计算渗流流量，得出双向渗流流量，流量计正向累计流量-流量计负向累计流量＝收集袋计算渗流流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明不但能原位捕捉渗流流量，还能根据不同双向流量计判别上升流和下降流，对正确认识地表水和地下水水量交换机理，进一步研究溶质交换具有重要意义。
(2)能够在野外监测过程中直接测量潜流带水体交换的渗流量并计算渗流系数，为进一步研究潜流带生态功能奠定了基础。
(3)结构简单，使用方便，成本低廉，经济效益和社会效益明显。
附图说明
图1是本发明所提供的一种浅滩渗流水量收集装置的结构示意图。
图2是本发明所提供的一种浅滩渗流水量收集装置的安装地点示意图。
附图标记说明：1、圆柱箱；2、第一流量计；3、收集袋；4、导水水管；5、安全箱；6、第二流量计；1-1、弯头；2-1、通水接头；4-1、带阀门的ABS塑料通水接头；5-1、橡胶垫；5-2、螺钉。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例
一种浅滩渗流水量收集装置，如图1所示，包括圆柱箱1、第一流量计2、收集袋3；圆柱箱1上方用弯头和导水水管4连接第一流量计2，第一流量计2再由通水接头和水管连接放置于安全箱5内的收集袋3，安全箱5装满水后全封闭，安全箱5另一侧开口处接第二流量计6。圆柱箱1内由于压力差产生的渗流水体经过导水水管4进入流量计2，再进入收集袋3，收集袋3因为水体进出体积膨胀或收缩造成安全箱5内水体由另一侧水管进出、其流量由安全箱5外侧的第二流量计6记录。
所述圆柱箱1采用亚克力制成，由一空心圆柱和盖板组成。亚克力空心圆柱，直径为1000mm，高度为200mm，厚度20mm；盖板，直径为1000mm，厚度为20mm，中心带螺纹孔洞直径为25mm，安装25mm外螺纹不锈钢弯头1-1。
所述第一流量计2、第二流量计6均为自动记录的高精度双向流流量计，第一流量计2的一边由通水接头2-1和水管与圆柱箱1相连，另一边与收集袋3相连。
所述收集袋3为高压平口PE塑料袋，500mm(长)*400mm(宽)，开口一侧由通水接头收口后与水管连接。
所述导水水管4为1寸PVC塑料管，内径为25mm，外径为30mm；带阀门的ABS塑料通水接头4-1，内径25mm。
所述安全箱5为亚克力封闭箱，600mm(长)*500mm(宽)*300mm(高)，厚40mm，盖板与箱体间由橡胶垫5-1、螺钉5-2(直径10mm)密封。安全箱5的两侧中心开孔，圆孔直径32mm，导水水管从圆孔中穿过，导水水管与亚克力安全箱5之间的缝隙用玻璃橡胶枪密封。
一种利用渗流水量收集装置测定渗流流量的方法，待圆柱箱1安装后1h后与安全箱5两侧的第一流量计2、第二流量计6和收集袋3连接，打开收集袋3阀门，等待一定时间后，关闭收集袋3阀门称量渗流水体质量。第一流量计2、第二流量计6也同时记录了渗流流量，流量计记录的正向流量即为圆柱箱1内上升流造成的水流流入，流量计记录的负向流量即为圆柱箱1内下降流造成的水流流出。此三者流量可同时作为该点渗流流量的估计。
具体操作步骤如下：
1.将圆柱箱1放置于接近河岸的浅滩区或心坝(如图2所示)，使圆柱箱1的底部插入河床沉积物至少10cm，顶部盖板和连接的水管完全沉没于水中；
2.在与圆柱箱1直线距离至少1m外挖坑放置安全箱5，空的收集袋3放置于安全箱5，安全箱5在水下盖盖封闭；安全箱5应完全沉没于水中，且安全箱5放置海拔高度与圆柱箱1放置地方沉积物海拔高度一致；
3.圆柱箱1连接的导水水管4与第一流量计2连接，第一流量计2和收集袋3连接，此时收集袋3阀门为关闭状态；安全箱5的另一侧与第二流量计6连接；
4.待圆柱箱1安装完毕1h后，启动第一流量计2、第二流量计6，打开收集袋3阀门开始测量；
5.测量一段时间t后，称量收集袋3内增加的水体重量m，计算渗流流量q＝m/(ρ·t)；其中，ρ为水的密度，q为渗流流量；
6.读取第一流量计2、第二流量计6记录的流量，参考流量计双向流量记录和计算渗流流量，得出双向渗流流量，流量计正向累计流量-流量计负向累计流量＝收集袋计算渗流流量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种浅滩渗流水量收集装置，包括圆柱箱(1)、第一流量计(2)、收集袋(3)、导水水管(4)，其特征在于：所述圆柱箱(1)的上方通过弯头和导水水管(4)的一端连接，导水水管(4)的另一端连接第一流量计(2)；第一流量计(2)再由通水接头(2-1)和水管连接收集袋(3)，所述收集袋(3)放置于安全箱(5)内，安全箱(5)装满水后全封闭；安全箱(5)的出口处通过水管与第二流量计(6)连接；圆柱箱(1)内由于压力差产生的渗流水体经过导水水管(4)进入第一流量计(2)，再进入收集袋(3)，收集袋(3)因为水体进出体积膨胀或收缩造成安全箱(5)内水体由另一侧水管进出、其流量由安全箱(5)外侧的第二流量计(6)记录。
2.根据权利要求1所述的一种浅滩渗流水量收集装置，其特征在于：所述圆柱箱(1)采用亚克力制成，包括一个空心圆柱和盖板；盖板的中心设有带螺纹的孔洞，孔洞上安装外螺纹不锈钢弯头(1-1)。
3.根据权利要求1所述的一种浅滩渗流水量收集装置，其特征在于：所述第一流量计(2)和第二流量计(6)均为自动记录的高精度双向流流量计；第一流量计(2)的一端由通水接头(2-1)和水管与圆柱箱(1)相连，另一端与收集袋(3)相连。
4.根据权利要求1所述的一种浅滩渗流水量收集装置，其特征在于：所述收集袋(3)为高压平口PE塑料袋，开口一侧收口后通过水管与第一流量计(2)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种浅滩渗流水量收集装置，其特征在于：所述导水水管(4)为PVC塑料管，设有带阀门的ABS塑料通水接头(4-1)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种浅滩渗流水量收集装置，其特征在于：所述安全箱(5)为亚克力封闭箱，包括盖板和箱体，盖板与箱体间通过橡胶垫(5-1)、螺钉(5-2)密封；安全箱(5)的两侧中心开孔，分别让两侧的水管穿过，水管与安全箱(5)之间通过玻璃橡胶密封。
7.一种测定渗流流量的方法，其特征在于：利用如权利要求1-6中任一项所述的浅滩渗流水量收集装置测定渗流流量，收集圆柱箱(1)覆盖面积内的渗流水量于收集袋(3)中，利用第一流量计(2)、第二流量计(6)自动记录水量，指定时间内根据质量守恒公式计算出渗流流量。
8.根据权利要求7所述的一种测定渗流流量的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一，将圆柱箱(1)放置于接近河岸的浅滩区或心坝，使圆柱箱(1)底部插入河床沉积物至少10cm，顶部盖板和连接的水管完全沉没于水中；
步骤二，在与圆柱箱(1)直线距离至少1m外挖坑放置安全箱(5)，空的收集袋(3)放置于安全箱(5)内，安全箱(5)在水下全封闭；安全箱(5)完全沉没于水中，且安全箱(5)放置海拔高度与圆柱箱(1)放置地方沉积物海拔高度一致；
步骤三，圆柱箱(1)通过导水水管(4)与第一流量计(2)连接，第一流量计(2)和收集袋(3)连接，此时收集袋(3)的阀门为关闭状态；安全箱(5)的另一侧与第二 流量计(6)连接；
步骤四，待圆柱箱(1)安装完毕1h后，启动第一流量计(2)、第二流量计(6)，打开收集袋(3)阀门开始测量；
步骤五，测量一段时间t后，称量收集袋(3)内增加的水体重量m，计算渗流流量q＝m/(ρ·t)；其中，ρ为水的密度，q为渗流流量；
步骤六，分别读取第一流量计(2)、第二流量计(6)记录的流量，参考流量计双向流量记录和计算渗流流量，得出双向渗流流量，流量计正向累计流量-流量计负向累计流量＝收集袋计算渗流流量。
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