CN112484958A - 一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，包括地表水流动驱动装置以及地下水底流驱动装置；所述地表水流动驱动装置包括地表水箱，离心泵，入水口以及水管连接部分；所述地下水底流驱动装置包括砂箱，地下水箱，离心泵，入水口、出水口以及水管连接部分。所述地表水箱中的地表水、地下水箱中的地下水均由离心泵驱动，模拟天然河流中的河水以及地下水底流流动过程。优点：本发明不仅可以自行改变地表水及地下水底流流速，且可根据需要安装温度、压力传感器或者电导率仪。地表水、地下水底流流速调节简单，实验过程易于操作，装置经济实惠，满足多种不同的实验场景需求，对潜流带溶质运移过程研究具有重要意义。

Description

一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型

技术领域

本发明涉及地表水与地下水交换技术领域，具体涉及一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，可以自行设置地表水流速及地下水底流流速，配有温度、压力传感器或者电导率仪安装螺孔，且设有可移除的示踪剂混合区域。

背景技术

潜流带是地表水和地下水之间的相互作用带和过渡带，在水文循环过程中具有重要作用。水流通过潜流带时，微生物与化学过程通过营养转化、有机物分解和耗氧等作用改变着水体性质。深入研究潜流带的物理机制对于地表水和地下水溶质迁移转化的机理研究、河流与地下水水质污染研究，以及指导相关水利工程项目的修建和制定合理的区域水资源环境保护措施等都具有重要的科学意义和实践价值。

潜流带溶质运移过程的影响因素很多，例如河流形态、河床渗透系数、沙丘形态、地下水底流等。其中，地下水底流的存在会抑制沙丘驱动下的潜流交换过程，从而对潜流带溶质运移过程具有重要影响。然而，已有的潜流带砂槽模型没有考虑地下水底流的影响。

因此，建立一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型意义重大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，用以解决现有潜流带溶质运移研究实验装置没有考虑地下水底流影响的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种：

可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，包括上部的地表水流动驱动装置以及下部的地下水底流驱动装置；所述地表水流动驱动装置包括地表水箱，离心泵，入水口以及水管连接部分；所述地下水底流驱动装置包括砂箱，地下水箱，离心泵，入水口、出水口以及水管连接部分。

优选的，所述地表水箱为上表面开口、下表面中部开口的长方体，砂箱为上表面中部开口的长方体，地下水箱为封闭的长方体，均由可视化的有机玻璃板制作而成。

进一步的，所述地表水箱与地下水箱由有机玻璃板分隔开，无直接水力联系；所述地表水箱下表面的左右两侧与砂箱上表面的左右两侧由有机玻璃板分隔开，无直接水力联系，地表水箱下表面中部与砂箱上表面中部连通；所述砂箱侧面与地下水箱侧面由带滤孔的有机玻璃板分隔开，存在直接水力联系。

进一步的，所述砂箱内装满石英砂，且在砂箱上表面中部与地表水箱下表面中部连通的部位，石英砂堆砌为起伏的沙丘形状，用于模拟天然河流的河床。

进一步的，所述砂箱侧面与地下水箱侧面由布满均匀滤孔的有机玻璃板分隔开，且该布满均匀滤孔的有机玻璃板上贴有一层细纱布，保证地下水箱中的地下水可以自由进出砂箱的同时防止砂箱内的石英砂流入地下水箱。

优选的，所述地表水箱中的地表水、地下水箱中的地下水均由离心泵驱动自左向右流动，分别模拟天然河流中的河水以及地下水底流流动过程，且流速可根据调节离心泵的功率自行调节。

优选的，所述地表水箱、地下水箱的左右两端与水管连接部分均由三个垂向均匀分布的水管接口连接，垂向均匀分布的三个接口可以保证水流在垂向不同深度处流入或者流出的速率均等。

优选的，所述地表水箱的左右两侧与砂箱中部的石英砂无直接接触，左右两侧为水流缓冲区域，自水管连接部分进入地表水箱中的水流在地表水箱的左侧得到缓冲，可以保证该水流流至地表水箱中部，即沙丘表面时为均匀的稳定流。

优选的，所述地表水箱、砂箱背面有机玻璃板上开有均匀分布的螺孔，可以根据实验需求连接温度传感器、压力传感器或者电导率仪，螺孔不使用时可拧上有机玻璃螺盖封住。

优选的，所述地表水箱左侧设有卡槽，可在需要投放示踪剂时插入一块有机玻璃隔板，在地表水箱左侧形成一个示踪剂混合区域，待示踪剂在该区域充分混合以后抽出隔板，保证溶质运移实验结果更加准确。

优选的，所述地下水箱左上端外接地下水进水阀门进水，实验开始前将地下水箱与砂箱充满水后关闭进水阀门。

优选的，所述地表水箱左上端外接地表水进水阀门进水，待地表水箱水位达到一定深度后关闭进水阀门。

优选的，所述砂箱、地下水箱底部均设有出水阀门，实验结束后打开出水阀门出水。

本发明实施例具有如下优点：

可以自行改变地表水及地下水底流流速；配有温度传感器、压力传感器以及电导率仪安装螺孔，可根据需要安装温度、压力传感器或者电导率仪；通过卡槽上插入有机玻璃隔板形成示踪剂混合区域，保证溶质运移实验结果更加准确。地表水、地下水底流流速调节简单，实验过程易于操作，装置经济实惠，满足多种不同的实验场景需求。对潜流带溶质运移过程研究具有重要意义，也对潜流交换物理模型设置提供了良好的思路

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型的主视图。

图2是图1所示实施例的左视图。

图3是图1所示实施例的俯视图。

图中附图标记的含义：1.地表水箱；2.砂箱；3.地下水箱；4.离心泵；5.水管连接部分；6.布满均匀滤孔的有机玻璃板；7.螺孔；8.卡槽；9.地表水进水阀门；10.地下水进水阀门；11.出水阀门。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

参见图1，一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，包括上部的地表水流动驱动装置以及下部的地下水底流驱动装置；所述地表水流动驱动装置包括地表水箱1、离心泵4、入水口9以及水管连接部分5；所述地下水底流驱动装置包括砂箱2、地下水箱3、离心泵4、入水口10、出水口11以及水管连接部分5。

所述地表水箱1为上表面开口、下表面中部开口的长方体，砂箱2为上表面中部开口的长方体，地下水箱3为封闭的长方体，均由可视化的有机玻璃板制作而成。地表水箱1与地下水箱3由有机玻璃板分隔开；地表水箱1下表面的左右两侧与砂箱2上表面的左右两侧由有机玻璃板分隔开，地表水箱1下表面中部与砂箱2上表面中部连通；砂箱2侧面与地下水箱3侧面由带滤孔的有机玻璃板6分隔开。

参见图1，所述砂箱2内装满石英砂，且在砂箱2上表面中部与地表水箱1下表面中部连通的部位，石英砂堆砌为起伏的沙丘形状，用于模拟天然河流的河床。

参见图2、图3，所述砂箱2侧面与地下水箱3侧面由布满均匀滤孔的有机玻璃板6分隔开，且该布满均匀滤孔的有机玻璃板6上贴有一层细纱布，保证地下水箱3中的地下水可以自由进出砂箱2的同时防止砂箱2内的石英砂流入地下水箱。

本发明不仅可以模拟地表水与地下水之间全部的三种补排关系，还可以通过定量控制地表水与地下水之间的补给或者排泄速率，满足多种不同的实验场景需求，操作简单、经济实惠，接下来对该一种可改变地表水与地下水补排关系的潜流交换实验装置中涉及人工操作的地方进行简要介绍：

(1)根据实验需要，在砂箱2内装满石英砂，且在砂箱2上表面中部与地表水箱1下表面中部连通的部位，石英砂堆砌为起伏的沙丘形状，用于模拟天然河流的河床。

(2)根据实验需求在螺孔7上连接温度传感器、压力传感器或者电导率仪，不使用的螺孔用有机玻璃螺盖封住。

(3)堵住出水阀门11，开启地下水进水阀门10进水，待地下水箱3与砂箱2充满水后关闭进水阀门10。

(4)开启地表水进水阀9进水，待地表水箱水位达到一定深度后关闭进水阀门9。

(5)根据实验需要，确定不同的地表水流速以及地下水底流流速，调整离心泵4功率。

(6)需要进行溶质运移实验时，在卡槽8上插入一块有机玻璃隔板，在地表水箱1左侧形成一个示踪剂混合区域，该区域内投放示踪剂，搅拌示踪剂使其充分混合。

(7)抽出有机玻璃隔板，打开离心泵4进行实验。

(8)实验完成后，关闭所有水泵，开启出水阀门11排水。

综上，本发明不仅可以自行改变地表水及地下水底流流速，且配有温度传感器、压力传感器以及电导率仪安装螺孔，可根据需要安装温度、压力传感器或者电导率仪。此外，通过卡槽上插入有机玻璃隔板形成示踪剂混合区域，保证溶质运移实验结果更加准确。地表水、地下水底流流速调节简单，实验过程易于操作，装置经济实惠，满足多种不同的实验场景需求。对潜流带溶质运移过程研究具有重要意义，也对潜流交换物理模型设置提供了良好的思路。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，包括上部的地表水流动驱动装置以及下部的地下水底流驱动装置；所述地表水流动驱动装置包括地表水箱(1)，离心泵(4)，入水口(9)以及水管连接部分(5)；所述地下水底流驱动装置包括砂箱(2)，地下水箱(3)，离心泵(4)，入水口(10)、出水口(11)以及水管连接部分(5)。

2.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)为上表面开口、下表面中部开口的长方体，砂箱(2)为上表面中部开口的长方体，地下水箱(3)为封闭的长方体，均由可视化的有机玻璃板制作而成；。

3.根据权利要求2所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)与地下水箱(3)由有机玻璃板分隔开，无直接水力联系；所述地表水箱(1)下表面的左右两侧与砂箱(2)上表面的左右两侧由有机玻璃板分隔开，无直接水力联系，地表水箱(1)下表面中部与砂箱(2)上表面中部连通；所述砂箱(2)侧面与地下水箱(3)侧面由带滤孔的有机玻璃板(6)分隔开，存在直接水力联系。

4.根据权利要求3所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述砂箱(2)内装满石英砂，且在砂箱(2)上表面中部与地表水箱(1)下表面中部连通的部位，石英砂堆砌为起伏的沙丘形状，用于模拟天然河流的河床。

5.根据权利要求3所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述砂箱(2)侧面与地下水箱(3)侧面由布满均匀滤孔的有机玻璃板(6)分隔开，且该布满均匀滤孔的有机玻璃板(6)上贴有一层细纱布，保证地下水箱(3)中的地下水可以自由进出砂箱(2)的同时防止砂箱(2)内的石英砂流入地下水箱。

6.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)中的地表水、地下水箱(3)中的地下水均由离心泵(4)驱动自左向右流动，分别模拟天然河流中的河水以及地下水底流流动过程，且流速可根据调节离心泵(4)的功率自行调节。

7.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)、地下水箱(3)的左右两端与水管连接部分(5)均由三个垂向均匀分布的水管接口连接，垂向均匀分布的三个接口可以保证水流在垂向不同深度处流入或者流出的速率均等。

8.根据权利要求3所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)的左右两侧与砂箱(2)中部的石英砂无直接接触，左右两侧为水流缓冲区域，由水管连接部分(5)进入地表水箱(1)中的水流在地表水箱(1)的左侧得到缓冲，可以保证该水流流至地表水箱(1)中部，即沙丘表面时为均匀的稳定流。

9.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱(1)、砂箱(2)背面有机玻璃板上开有均匀分布的螺孔(7)，可以根据实验需求连接温度传感器、压力传感器或者电导率仪，螺孔不使用时可拧上有机玻璃螺盖封住。

10.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地表水箱左侧设有卡槽(8)，可在需要投放示踪剂时插入一块有机玻璃隔板，在地表水箱(1)左侧形成一个示踪剂混合区域，待示踪剂在该区域充分混合以后抽出隔板，保证溶质运移实验结果更加准确。

11.根据权利要求1所述的一种可改变地下水底流的潜流带溶质运移研究砂槽模型，其特征在于，所述地下水箱左上端外接地下水进水阀门(10)进水，实验开始前将地下水箱(3)与砂箱(2)充满水后关闭进水阀门(10)；所述地表水箱左上端外接地表水进水阀门(9)进水，待地表水箱水位达到一定深度后关闭进水阀门(9)；所述砂箱(2)、地下水箱(3)底部均设有出水阀门(11)，实验结束后打开出水阀门(11)出水。

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