CN111947883A - 地表水与地下水交互作用的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地表水与地下水交互作用的实验装置，由蓄水箱、地表水水槽、介质槽、地下水水槽、供水系统及抽水井组成；通过控制两边水槽水位高低和抽水井抽水强度，通过测量流量、测压管水头和污染物浓度等数据，结合解析解和数值模拟的方法研究地表水和地下水的相互作用规律，为地表水与地下水交互作用机制研究提供实验装置；本发明模型体积小，易于搬动，可在室内进行实验，装置设置灵活，可控制和改变多个条件，进行单变量研究和多变量组合研究。

Description

地表水与地下水交互作用的实验装置

技术领域

本发明涉及研究地表水与地下水循环的实验装置，特别涉及一种地表水与地下水交互作用的实验装置。

背景技术

自20世纪40年代以来，国内外对地表水与地下水的交互关系做了大量的研究，并取得了很大的进展。主要的研究方法包括解析法和数值法，在数值法出现以前，以解析法为主。到目前为止，国内外在利用数值法研究地表水与地下水相互作用关系时基本上仍以理想算例与解析解对比分析为主，极少见到实际应用。

随着经济发展，地表水和地下水污染严重，关于受污染地表水对地下水影响方面的研究相对较多。地表水与地下水交互过程中污染物在其间的运移存在着复杂的转化关系，是迫切需要进行研究的重点。但现阶段的水文地质模型大多只能单方面研究地下水的运移规律，对于地表水与地下水交互作用的物理模型比较少，特别是傍河抽(灌)水驱动下研究地表水与地下水交互作用的室内实验装置，并且大多模型更加偏向于理论模型下的规律研究，而对实际情况下地表水与地下水交互规律的实验研究较少。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种体积小并可进行单变量及多变量地表水与地下水交互实验的装置。

技术方案：本发明所述的一种地表水与地下水交互作用的实验装置依次由蓄水箱、地表水水槽、介质槽、地下水水槽、供水系统及抽水井组成；介质槽一侧为地表水水槽，另一侧为地下水水槽，分别使用透水板分隔，介质槽内铺设不同的介质模拟河流岸坡，地表水水槽一侧设有卡槽，将透水板插入卡槽后，形成可渗透反应墙，位于地表水水槽与介质槽之间；抽水井位于介质槽中间，贯穿整个含水层，其下部位于含水层段打孔。

优选的，所述的供水系统包括进水口阀门、河流水进水口、河流水出水口、抽水井出水口、大阀门。

优选的，所述的蓄水箱位于地表水水槽一侧，并设有进水口阀门。

优选的，所述的地表水水槽一侧上端设有多个河流水进水口，另一侧设有多个河流出水口，当所述的进水口与出水口全部打开时用于模拟河流水，当其全部关闭时用于模拟湖泊水。

优选的，所述的可渗透反应墙内有零价铁或活性炭等修复物质和吸附材料。

优选的，所述的介质槽内设有多个横向观测点、多个纵向观测点及抽水井观测点，均设置于含水层中，位于同一高度，介质槽一侧设有多个横向测压管连接口/取样口、多个纵向测压管连接口/取样口及抽水井出水口，各个观测点通过软管分别与对应的测压管连接口/取样口连接；所述的抽水井观测点通过软管与抽水井出水口相连；各个测压管连接口/取样口、抽水井出水口均设置有球形阀门，根据连通器原理，当球形阀门开关拧向右边时，用作测压管；当开关拧向左边时，用作取样口。

优选的，所述的大阀门用于排泄/补给地下水，并通过控制水位调节管高度控制地下水位维持在一定高度。

有益效果：与现有技术相比，本发明有以下显著效果：1、通过改变两边水位高低、含水层类型、地表水类型、抽水井抽水强度、污染物的种类和浓度及可渗透反应墙中修复物质的种类进行多方面分析地表水与地下水的交互作用。2、体积小，易于搬动，可在室内进行实验，可作为科研及教学的实验装置。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为介质槽俯视图；

图3为抽水井结构示意图；

图4为透水板结构示意图；

图5为水位调节板结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明主体外壳由有机玻璃构成，长200cm，宽60cm，高80cm，介质槽9中含水层厚度为55cm，多个横向观测点18、多个纵向观测点20及抽水井观测点19均设置于介质槽9含水层中25cm高度处，抽水井21内径2cm，长70cm，下部55cm长度段打孔。将球形阀门开关拧向右边，河流水进水口4和河流水出水口17的阀门关闭，向介质槽9分层装填砂样，装砂样大约每次4-6cm，然后从槽底充水，砂样表层出现水膜为止，继续按每次4-6cm填装砂样，填装好以后重复完全排水-完全充水，直至砂层介质充分密实，在上面覆盖一层塑料膜后在上部均匀填充15cm厚的黏土层用于模拟承压含水层。将水位调节板1向下推至最低高度处，打开进水口阀门2，水存于蓄水箱3中，通过小型抽水机将蓄水箱3中的水抽到地表水水槽5中；研究潜水时，地表水水槽5与地下水水槽11的水位均需低于砂层顶部高度；研究承压水时，两侧水槽的水位均需高于砂层顶部高度。当水量足够时，关闭进水口阀门2，通过调节水位调节板1的高度调节地表水水槽3的水位高低，通过调节水位调节管12的角度调节地下水水槽11的水位高低，以此来控制两端的水头及总水头差。

研究傍河抽(灌)水条件下地表水与地下水的交互作用在水量方面的规律时，通过测量一段时间内水位调节管12的出水流量，利用达西公式计算介质槽中孔隙介质的渗透系数K，将抽水井出水口16的球形阀门拧到左边进行抽水，通过球形阀门控制出水流量来模拟抽水井21的不同抽水强度，通过各个横向测压管连接口14及纵向测压管连接口15记录各观测点的水位变化，得出抽水情况下形成的“降落漏斗”，利用标准曲线法和直线图解法计算此含水层的水文地质参数。

研究在傍河抽(灌)水条件下流动河流水附近地表水与地下水的交互作用在水量方面的规律时，同时打开河流水进水口4，河流水出水口17，使得地表水水槽5中的水能沿着水槽发生流动，模拟流动的河流水，进行一定时间内流量的测定和是否抽(灌)水情况下各观测点水位高低的测定。

研究地表水与地下水在有的交互作用在水质方面的规律时，当含水层介质饱和后迅速将地表水水槽5中的水由普通淡水改为一定浓度的污水，定时进行各个取样口取样，检测样品中污染物的浓度；研究傍河抽(灌)水条件下的规律时，操作相同，额外进行抽水井抽水。

研究流动河流水附近地表水与地下水的交互作用在水质方面的规律时，同时打开河流水进水口4，河流水出水口17，使得地表水水槽5中的水能沿着水槽发生流动，模拟流动的河流水，定时进行各个取样口取样，检测样品中污染物的浓度；研究傍河抽(灌)水条件下的规律时，操作相同，额外进行抽水井抽水。

研究地下水污染物在PRB技术下的修复特点和效果时，将透水板23插入卡槽6中，在可渗透反应墙7中充填包含零价铁或者活性炭的地下水修复物质和吸附材料，通过各个取样口取样，检测样品中污染物的浓度。研究傍河抽(灌)水条件下的修复特点和效果时，操作相同，额外进行抽水井抽水。

研究流动河流水附近地下水污染物在PRB技术下的修复特点和效果时，同时打开河流水进水口4，河流水出水口17，使得地表水水槽5中的水能沿着水槽发生流动，模拟流动的河流水，通过各个取样口取样，检测样品中污染物的浓度。研究傍河抽(灌)水条件下的修复特点和效果时，操作相同，额外进行抽水井抽水。

Claims (8)

1.一种地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：由蓄水箱(3)、地表水水槽(5)、介质槽(9)、地下水水槽(11)、供水系统及抽水井(21)组成；介质槽(9)一侧为地表水水槽(5)，另一侧为地下水水槽(11)，分别使用透水板(8)、透水板(10)隔开，介质槽(9)内铺设不同的介质，地表水水槽(5)一侧设有卡槽(6)，将透水板(23)插入卡槽(6)后，形成可渗透反应墙(7)，位于地表水水槽(5)与介质槽(9)之间；抽水井(21)位于介质槽(9)中间，贯穿整个含水层，其下部位于含水层段打孔。

2.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的供水系统包括进水口阀门(2)、河流水进水口(4)、河流水出水口(17)、抽水井出水口(16)、大阀门(13)。

3.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的蓄水箱(3)位于地表水水槽(5)一侧，使用水位调节板(1)隔开，并设有进水口阀门(2)。

4.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的地表水水槽(5)一侧上端设有多个河流水进水口(4)，另一侧设有多个河流水出水口(17)。

5.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的透水板(8)、透水板(10)、透水板(23)表层均由致密铁丝网覆盖。

6.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的介质槽(9)内设有多个横向观测点(18)、多个纵向观测点(20)及抽水井观测点(19)，均设置于含水层中，位于同一高度，介质槽(9)一侧设有多个横向测压管连接口/取样口(14)、多个纵向测压管连接口/取样口(15)及抽水井出口(16)，各个观测点通过软管分别与对应的测压管连接口/取样口连接；所述的抽水井观测点(19)通过软管与抽水井出水口(16)相连。

7.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的多个横向测压管连接口/取样口(14)、多个纵向测压管连接口/取样口(15)及抽水井出水口(16)，其外均设置有球形阀门。

8.根据权利要求1所述的地表水与地下水交互作用的实验装置，其特征在于：所述的大阀门(13)排泄/补给地下水，并通过控制水位调节管(12)高度控制地下水位维持在一定高度。

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