CN112309219A - 裘布依潜水井流的模拟装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裘布依潜水井流的模拟装置，包括渗流槽、模拟河槽、供水装置和测压装置，所述渗流槽为扇形结构。本发明还提供一种裘布依潜水井流的模拟方法，包括以下步骤：在扇形渗流槽中装好均匀砂；打开潜水泵和供水阀门，采取反复饱水的方式排除渗流槽和测压装置内存在的空气；关闭潜水泵和供水阀门，通过测压管板读取各测压计观测孔的测压水头值。本发明的模拟装置成本低，直观效果好，方便掌握裘布依型潜水井流的运动过程和利用水位资料求取水文地质参数。

Description

裘布依潜水井流的模拟装置及其模拟方法

技术领域

本发明涉及物理模拟实验装置技术领域。更具体地说，本发明涉及一种裘布依潜水井流的模拟装置及其模拟方法。

背景技术

地下水有两种不同的埋藏类型，即埋藏在第一个稳定隔水层之上的潜水和埋藏在上下两个稳定隔水层之间的承压水。潜水的补给主要是当地的大气降水和部分河湖水，潜水受重力影响，具有一个自由水面(即随潜水量的多少上下浮动)，一般由高处向低处渗流。潜水埋藏较浅，受气候特别是降水的影响较大，流量不稳定，容易受污染，水质较差；承压水埋藏较深，直接受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质比较好。钻到潜水中的井是潜水井，潜水井的水位一般应该是和当地的潜水位一致的。

利用抽水试验求参是水文地质、工程地质调查的重要工作内容之一。抽水试验工作需要在潜水井周围打一系列观测孔，利用水位数据间接确定地下水流状态和含水层介质特征，研究成本高，直观性不好。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种裘布依潜水井流的模拟装置，还提供一种裘布依潜水井流的模拟方法。本发明为水文地质专业潜水井抽水时模拟地下水渗流的演示仪，成本低，直观效果好，方便掌握裘布依型潜水井流的运动过程和利用水位资料求取水文地质参数。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种裘布依潜水井流的模拟装置，包括渗流槽、模拟河槽、供水装置和测压装置，所述渗流槽为扇形结构。

优选的是，所述渗流槽为圆心角为30～45°的扇形结构；

所述渗流槽为圆心角为30°的扇形结构。

优选的是，所述供水装置包括：蓄水箱，其设置在所述渗流槽的正下方；

潜水泵，其设置在所述蓄水箱的内部；

连通管，其与所述潜水泵连接，用于为所述河水模拟装置供水，所述连通管上设有供水阀门。

优选的是，所述抽水井分布在所述渗流槽的圆心角处，所述模拟河槽分布在所述渗流槽的外侧。

优选的是，还包括：框架，所述模拟河槽和所述渗流槽固定在所述框架内。

优选的是，所述模拟河槽的一侧连接有溢水装置，所述溢水装置包括升降丝杆、溢水盒、隔水板、溢水管、排水管、量筒，所述升降丝杆固定在所述框架上，所述溢水盒连接在所述升降丝杆上，所述隔水板固定在所述溢水盒内，所述隔水板的上端低于所述溢水盒的上端，所述溢水管一端连接所述模拟河槽的底部或所述抽水井的底部、另一端连接所述溢水盒的底部，所述排水管一端连接所述溢水盒的底部、另一端对准所述量筒；

所述升降丝杆上标记有刻度。

优选的是，所述蓄水箱底部均匀分布有若干承重脚垫；

所述蓄水箱内距离顶部第一预设距离处设置有防溢水阀。

优选的是，所述渗流槽的一侧壁上设有若干第一测压计观测孔；

所述渗流槽的底部间隔设有若干第二测压计观测孔；

所述渗流槽内分别布设有若干完整井观测孔和若干非完整井观测孔。

本发明还提供一种裘布依潜水井流的模拟方法，包括以下步骤：

在扇形渗流槽中装好均匀砂；

打开潜水泵和供水阀门，采取反复饱水的方式排除渗流槽和测压装置内存在的空气；

关闭潜水泵和供水阀门，通过降低抽水井水位，在水头差驱动下，模拟地下水发生渗流，通过测压管板可以读取各测压计观测孔的测压水头值。

本发明至少包括以下有益效果：

该模拟装置成本低，直观效果好，方便掌握裘布依型潜水井流的运动过程和利用水位资料求取水文地质参数；

渗流槽为扇形结构，可以重现圆形定水头的裘布依井流结构；

设置了三种类型的观测孔：测压计式观测孔、完整井观测孔和非完整井观测孔，利于观测介质场不同深度的水位或平均水位，观察水位的垂向变化；

设置蓄水箱，可重复利用蓄水箱的蓄水；

在蓄水箱底部设置承重脚垫，便于移动蓄水箱；

设置溢流装置，可精确控制水位。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的裘布依型井流装置的整体布局示意图；

图2为本发明其中一个实施例的扇形渗流槽的俯视图；

图3为本发明其中一个实施例的扇形渗流槽的后视图；

图4为本发明其中一个实施例的渗流槽底板的测点布置示意图；

图5为本发明其中一个实施例的渗流槽后侧壁板的测点布置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“正下方”、“内部”、“内侧”、“外侧”、“一侧”、“一端”、“另一端”、“底部”、“顶部”、“后侧壁”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了直观的再现潜水井抽水时地下水的渗流特点，精准的监测地下水位变化。参照图1和图2所示，本发明提供一种裘布依潜水井流的模拟装置的实施例，包括渗流槽1、模拟河槽6、供水装置和测压装置，所述渗流槽1为扇形结构。

在上述实施例中，模拟河槽6位于渗流槽1的外侧，供水装置位于渗流槽1下方，用于为渗流槽1供水，形成定水头边界，测压装置用于测量和读取渗流槽1中各观测点的测压水头值。渗流槽1呈扇形结构，在渗流槽1内侧中心部位设有抽水井15。渗流槽1侧壁采用10mm后的钢化玻璃，渗流槽1底板和后侧壁采用不锈钢后钢板焊制，观测孔采用钢板丝攻，安装宝塔头观测孔。

在本实施例中，所述渗流槽1为圆心角为30～45°的扇形结构，原始的裘布依井流是圆形边界，现在用30～45°的扇形是模拟的1/12～1/8的流域，可以重现圆形定水头的裘布依井流结构。

在本实施例中，所述供水装置包括：蓄水箱2，其设置在所述渗流槽1的正下方；

潜水泵3，其设置在所述蓄水箱2的内部；

连通管4，其与所述潜水泵3连接，用于为所述河水模拟装置供水，所述连通管4上设有供水阀门5。

在上述实施例中，蓄水箱2设置在渗流槽1的正下方，为河水模拟装置和渗流槽1提供水，潜水泵3给与蓄水箱2中的水向上输送的动力，连通管4分别连接河水模拟装置的底部，连通管4将水输送至河水模拟装置。打开潜水泵3和连通管4上的供水阀门5，蓄水箱2将其中的水送至河水模拟装置中。

在本实施例中，所述抽水井15分布在所述渗流槽1的圆心角处，所述模拟河槽6分布在所述渗流槽1的外侧。

需要说明的是，连通管4为模拟河槽6供水，抽水井15中不注入水，通过降低抽水井15的水位，在水头差驱动下，让水分发生渗流。

还需要说明的是，模拟河槽6外侧弧形板采用6mm厚304不锈钢钢板弯圆机压弯，模拟河槽6内测弧形板采用4mm不锈钢板冲孔并弯圆机压弯。

在本实施例中，还包括：框架7，所述模拟河槽6和所述渗流槽1固定在所述框架7内。框架7外框用L40*60mm角钢焊制，框架7底部横梁采用100*50mm槽钢焊制，框架7的布置位置依据观测孔布局布置。

在本实施例中，所述模拟河槽6和所述抽水井15的一侧连接有溢水装置，所述溢水装置包括升降丝杆8、溢水盒9、隔水板10、溢水管11、排水管12、量筒13，所述升降丝杆8固定在所述框架7上，所述溢水盒9连接在所述升降丝杆8上，所述隔水板10固定在所述溢水盒9内，所述隔水板10的上端低于所述溢水盒9的上端，所述溢水管11一端连接所述模拟河槽6的底部或所述抽水井15的底部、另一端连接所述溢水盒9的底部，所述排水管12一端连接所述溢水盒9的底部、另一端对准所述量筒13；

所述升降丝杆8上标记有刻度，可直观的指示溢水盒9需要调节到的位置。

在上述实施例中，溢水盒9采用有机玻璃制作，溢水管11连接的溢水盒9位于隔水板10的一侧，当溢水盒9中水位过高时，水在溢水盒9内从隔板的一侧溢至隔板的另一侧，位于隔板的另一侧的溢水盒9底部设置有通孔，可通过连接在通孔上的管体将溢出的水排出溢水盒9，排至设置在管体下方的量筒13内。溢水盒9可通过升降丝杆8调节高度，要求模拟河槽6内的水位较高时，可通过升降丝杆8调高溢水盒9的高度，要求模拟河槽6内的水位较低时，可通过升降丝杆8调低溢水盒9的高度。调节溢水盒9高度的目的，在于使溢水盒9的高度与模拟河槽6内水位高度相匹配，溢水盒9内的水位用于指示模拟河槽6内水位的高度。

在本实施例中，所述蓄水箱2底部均匀分布有若干承重脚垫14，增强稳定性，便于移动；

在本实施例中，所述蓄水箱2内距离顶部第一预设距离处设置有防溢水阀，所述蓄水箱2内距离顶部第一预设距离处设置有防溢水阀，蓄水位达到此高度后自动停止加水。

在本实施例中，所述渗流槽1的后侧壁上设有若干第一测压计观测孔；

所述渗流槽1的底部间隔设有若干第二测压计观测孔；

所述渗流槽1内分别布设有若干完整井观测孔和若干非完整井观测孔。

在上述实施例中，依据观测孔测点数量，采用钢结构制作，刻度板采用双色板雕刻，测压管孔采用8*1cm石英管，连接软管采用硅胶管。观测孔测点布置，如图3和图4所示。

基于以上说明的实施例，本实施例提供一种具体的优选的模拟装置的结构。

该模拟装置包括扇形渗流槽1、测压板和蓄水箱2，采用自循环供水结构。渗流槽1的后壁面按一定间距设有第一测压计观测孔，内部设有完整井(完整井揭穿含水层)和非完整井(非完整井未揭穿含水层)，底部设有一排第二测压计观测孔。扇形渗流槽1内侧也就是扇形渗流槽1中心为一抽水井15，通过降低抽水井15水位，在水头差驱动下，模拟地下水发生渗流。通过测压管板读取空间上各观测孔测点的水位，来分析地下水渗流过程和反算水文地质参数。

该模拟装置的框架7外尺寸：长248cm，宽0～132cm，高130cm。

该模拟装置的渗流槽1：长236cm，宽40～120cm，高120cm，渗流槽1内装有均匀砂，扇形渗流槽1的圆心角为30°(圆的1/12)，补给半径R＝215cm，抽水井15为半径r_w＝12cm，高度120cm。渗流槽1底板上设有三排，包括完整井、非完整井及第二测压计观测孔，分别用F、P和Z表示(其中非完整井观测孔P的下部40cm段不进水，完整井观测孔F从潜水面到底板之间全部进水，Z为设在底板上的第二测压计观测孔)。通过测压管板可以读取各观测孔测点的测压水头值。

改模拟装置的蓄水箱2尺寸(内净宽)：长236cm，宽40～121cm，高45cm。

该模拟装置的测压管板：依据观测孔的测点数量，采用钢结构制作，刻度板采用双色板雕刻，测管采用8*1cm石英管，连接软管采用硅胶管。测点布置：如图3和图4所示。

抽水井15中水位和模拟河槽6均用软管连接测压管板。在测压管板上可以同时测定渗流场中所有测压式观测孔(13*6+2＝80个，含抽水井15和模拟河槽6)、完整井观测孔10个(整个深度段均进水，记为F)和非完整井观测孔10个(非完整井观测孔P的下部40cm段不进水，记为P)的测压水头，相邻测压式观测孔的距离可根据实际模拟实验确定。

基于以上公开的模拟装置的结构，一种裘布依潜水井流的模拟方法，包括以下步骤：

在扇形渗流槽1中装好均匀砂；

打开潜水泵3和供水阀门5，采取反复饱水的方式排除渗流槽1和测压装置内存在的空气；

关闭潜水泵3和供水阀门5，通过降低抽水井15水位，在水头差驱动下，模拟地下水发生渗流，通过测压管板可以读取各测压计观测孔的测压水头值。

本发明提供的模拟装置和模拟方法可清晰、直观地展现圆形定水头条件下，潜水井抽水时地下水运动的过程和特征，对研究地下水的井流运动提供了一种有效手段。通过本发明演示屏上显示的地下水水流迹线绘图制等水头线构成流网，可应用流网描述和分析地下水井流运动要素和反演水文地质参数，理解实测水位和利用裘布依公式计算水位的不同，观察井流附近的水跃现象，为进行野外实际抽水试验打下了良好基础。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种裘布依潜水井流的模拟装置，包括渗流槽(1)、模拟河槽(6)、供水装置和测压装置，其特征在于，所述渗流槽(1)为扇形结构。

2.如权利要求1所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述渗流槽(1)为圆心角为30～45°的扇形结构；

所述渗流槽(1)为圆心角为30°的扇形结构。

3.如权利要求1所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述供水装置包括：蓄水箱(2)，其设置在所述渗流槽(1)的正下方；

潜水泵(3)，其设置在所述蓄水箱(2)的内部；

连通管(4)，其与所述潜水泵(3)连接，用于为所述河水模拟装置供水，所述连通管(4)上设有供水阀门(5)。

4.如权利要求1所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述抽水井(15)分布在所述渗流槽(1)的圆心角处，所述模拟河槽(6)分布在所述渗流槽(1)的外侧。

5.如权利要求1所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，还包括：框架(7)，所述模拟河槽(6)和所述渗流槽(1)固定在所述框架(7)内。

6.如权利要求5所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述模拟河槽(6)和所述抽水井(15)的一侧均连接有溢水装置，所述溢水装置包括升降丝杆(8)、溢水盒(9)、隔水板(10)、溢水管(11)、排水管(12)、量筒(13)，所述升降丝杆(8)固定在所述框架(7)上，所述溢水盒(9)连接在所述升降丝杆(8)上，所述隔水板(10)固定在所述溢水盒(9)内，所述隔水板(10)的上端低于所述溢水盒(9)的上端，所述溢水管(11)一端连接所述模拟河槽(6)的底部或所述抽水井(15)的底部、另一端连接所述溢水盒(9)的底部，所述排水管(12)一端连接所述溢水盒(9)的底部、另一端对准所述量筒(13)；

所述升降丝杆(8)上标记有刻度。

7.如权利要求3所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述蓄水箱(2)底部均匀分布有若干承重脚垫(14)；

所述蓄水箱(2)内距离顶部第一预设距离处设置有防溢水阀。

8.如权利要求1～7任一项所述的裘布依潜水井流的模拟装置，其特征在于，所述渗流槽(1)的后侧壁上设有若干第一测压计观测孔；

所述渗流槽(1)的底部间隔设有若干第二测压计观测孔；

所述渗流槽(1)内分别布设有若干完整井观测孔和若干非完整井观测孔。

9.一种裘布依潜水井流的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

在扇形渗流槽(1)中装好均匀砂；

打开潜水泵(3)和供水阀门(5)，采取反复饱水的方式排除渗流槽(1)和测压装置内存在的空气；

关闭潜水泵(3)和供水阀门(5)，通过降低抽水井(15)水位，在水头差驱动下，模拟地下水发生渗流，通过测压管板可以读取各测压计观测孔的测压水头值。

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