CN115655981B - 潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法，涉及地下水中污染物迁移领域。潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统包括：地质模拟箱、模拟水文地质体、稳定供水结构、溶质投放口、溶质监测结构和蓄水箱。该潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统结构合理，可观测到模拟的潜水流及潜水湖形成过程，监测污染指标浓度，绘制不同时刻的污染物浓度等值线图，通过监测点采集的初始以及后期不同时间段的污染物浓度分布，可以推断出潜水湖各区域的渗流强度，并据此将潜水湖分成强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区，帮助研究地下水污染物的迁移机理。

Description

潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法

技术领域

本申请涉及地下水中污染物迁移技术领域，具体而言，涉及潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法。

背景技术

潜水是一种按照埋藏条件划分的地下水类型，是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，具有自由水面的地下水。作为自然界中最为重要的地下水类型，一般多赋存于地表的第四纪松散沉积物中，也可以形成于基岩的裂隙、溶穴中。潜水通常埋藏较浅，补给来源充沛，水量丰富，分布较广，开采方便，常作为民用水源及工农业供水水源，但因其顶部没有连续隔水层且埋藏一般较浅，也更容易受到污染。随着社会经济的快速发展，受人类工程活动的影响，导致潜水资源污染程度不断加剧，从而对人类的用水安全产生了严重威胁。为防治地下水污染，合理开发利用潜水资源提供理论指导和科学依据，研究污染物在地下水中的迁移过程并分析其的迁移机理尤为重要。

潜水多半是无压力的重力水，所以它具有统一的自由水面，潜水的自由水面称为潜水面。潜水面至地面的铅直距离称为潜水的埋藏深度。潜水面上任一点的标高称该点的潜水位。潜水面至隔水底板的铅直距离称潜水含水层的厚度，它是随着潜水面的变化而变化的。潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关，表现出明显的季节性、地区性。雨季含水层获得补给，水位上升，含水层变厚，埋深变浅，水量增大，水质变淡；旱季排泄量大于补给量，水位下降，含水层变薄，埋深加大。地形切割强烈时，潜水埋藏深度也要比低平地形时大。

水力坡度是沿渗透途径的水头损失与相应渗透途径长度的比值。由于潜水面受到地形坡度、含水层岩性及隔水底板坡度的影响，潜水面一般都具有倾斜的坡度。潜水在重力作用下由高处向低处缓缓流动，形成潜水流。在陡峻的山区，潜水面坡度较大，可以达百分之几，在地形平坦的平原区，仍然会有万分之几到千分之几的潜水面坡度。而在古凹地中埋藏的潜水，潜水面可以是水平的，当潜水面处于静止状态，潜水无法溢出古凹地时就形成了潜水湖，潜水湖的形成往往受到盆地构造的控制，这样的构造就是潜水盆地。潜水湖和潜水流无法同时存在，但潜水湖和潜水流失可以相互转化的，在干旱季节时，地下水没有充满潜水盆地，潜水面静止，就形成了潜水湖，在雨季补给充沛时，地下水充满潜水盆地，潜水面波动，潜水湖溢出就形成了潜水流。

由于潜水流及潜水湖水流水力交替作用具有特殊性并受地形、构造、气象等因素的影响，给污染物在潜水中的迁移机理研究带来了很大的难度，以往的研究大多是基于数值模拟的方法，但由于含水层介质非均质性、各向异性、水动力场等因素的影响，建立的数学模型往往不能直观地反映复杂的污染物的迁移机理。因此，地下水污染物迁移过程的实时监测与可视化至关重要。本发明根据相似模拟的原理，以野外潜水湖作为模拟对象，提供一种潜水流-潜水湖水力交替下污染物的测试方法，包括测试过程、测试结果分析（以Cl^-为例，Cl^-浓度过高会导致地下水苦咸、土壤盐碱化以及地下管道腐蚀），清晰直观的呈现污染物在潜水流-潜水湖交替作用下污染物的迁移过程，丰富了污染物在地下水迁移机理的研究，为研究地下水的污染物迁移提供了一种有效的技术手段。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法，所述潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法的结构合理、能够直观了解污染物在潜水湖-潜水流水力交替作用下的迁移过程，达到检测污染物在地下水迁移的目的。

第一方面，根据本申请实施例提供的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，包括：地质模拟箱、模拟水文地质体、稳定供水结构、溶质投放口、溶质监测结构和蓄水箱。

所述地质模拟箱为透明箱，所述模拟水文地质体包括砂层和粘土层，所述粘土层设置于所述砂层顶部和底部，所述砂层和所述粘土层均设置于所述地质模拟箱内，所述砂层与下层所述粘土层的接触处形成上宽下窄逐渐收敛的所述砂层，下层所述粘土层与所述砂层接触处的两端存在高低位差，所述稳定供水结构设置于所述砂层和所述粘土层两侧，下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处得到供水并且由低处流出，水流在所述砂层内水位稳定形成潜水面，所述潜水面以下形成潜水湖，所述溶质投放口顶端伸出所述地质模拟箱，所述溶质投放口底端低于所述潜水面，所述溶质监测结构等间隔设置于所述潜水面以下和所述潜水湖底部以上的位置，所述蓄水箱设置于所述地质模拟箱内部，所述蓄水箱通过供水管和供水阀连通于所述稳定供水结构。

根据本申请的一些实施例，所述稳定供水结构包括长隔板和短隔板，所述长隔板分别设置于所述砂层和所述粘土层两侧，所述长隔板外侧形成第一水槽和第二水槽，所述短隔板垂直设置于所述第一水槽和所述第二水槽内，并将所述第一水槽和所述第二水槽均分为两个分水槽，所述第一水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处位置，所述第二水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的低处位置，所述第一水槽的最高水位高于所述第二水槽的最高水位，所述长隔板与所述砂层相接触部位能够透水，其余部分不透水。

根据本申请的一些实施例，所述长隔板与所述砂层相接触部位设置有透水孔，所述长隔板与所述砂层相接触部位通过所述透水孔进行透水。

根据本申请的一些实施例，所述地质模拟箱包括第一箱体，所述第一箱体底端设置有排水阀，所述排水阀位于所述第一水槽和所述第二水槽中外侧的所述分水槽，高于所述短隔板的溢流通过所述排水阀排出。

根据本申请的一些实施例，所述溶质监测结构包括注射式取样器，所述地质模拟箱侧壁低于所述第一水槽的最高水位且高于所述砂层和下层所述粘土层的位置等间隔呈行列设置取样孔，所述取样孔设置有密封橡胶塞，所述注射式取样器逐层预埋于所述砂层内。

根据本申请的一些实施例，所述溶质投放口设置为投放管，所述投放管能够投放特定氯离子浓度的溶液。

根据本申请的一些实施例，所述粘土层采用粒径小于0.075mm，渗透系数10^-7m/d的粘土，并将粘土压实，所述砂层采用粒径0.1~1mm的石英砂填充。

第二方面，根据本申请实施例提供的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，利用所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统进行模拟，包括以下步骤：

第一箱体底端的排水阀打开，同时将供水管上的供水阀关闭，通过外接水泵抽水向蓄水箱中供水，直至蓄水箱中水位稳定在最高水位；

打开供水阀，让蓄水箱中的水经供水管缓缓注入稳定供水结构中的第一水槽中，第一水槽右侧分水槽水位逐渐上升，当右侧分水槽水位到达粘土层与砂层接触面时（即透水孔的下界面时），分水槽中的水能够进入砂层中，模拟地下水；

随着模拟的地下水注入，砂层中水位逐渐上升，直至水位处于右侧的第二水槽左侧分水槽最高水位，地下水模拟水流向第二水槽右侧排泄，蓄水箱对第一水槽的右侧分水槽持续供水，分水槽中水位逐渐上升，并最终稳定在最高水位；

在左右分水槽的稳定水头差作用下，在砂层中存在稳定的潜水面，能够清晰地观察到潜水含水层中的地下水稳定渗流；

采用体积法在地质模拟箱右侧底部的排水阀处测定流量Q，即采用达西公式计算砂层的渗透系数，公式为K=QL/(h1-h2)Mb，式中，Q为流量（m³/s），M为潜水湖静止水面至潜水流稳定水面的平均垂直距离(m)，b为地质模拟箱净宽（m），L为渗透途径（m），h1为左侧分水槽最高水位，h2为右侧分水槽最高水位，K为砂层渗透系数（m/s），待潜水流稳定时，通过溶质投放口向砂层中潜水面以下的水中以1L/h的泄露速率投入含特定浓度氯离子的溶液模拟污染物，此时，能够观察到污染物在潜水流中的迁移过程；

关闭供水管上的供水阀后，第一水槽右侧分水槽中水位将逐渐下降，而第二水槽中左侧分水槽水位保持不变，此时，潜水面将发生变化，当第一水槽右侧分水槽中水位下降至粘土层与砂层接触面时，第二水槽的水位保持在最高水位且无排泄现象为止，潜水面保持水平；

砂层中的静止水面就是潜水湖静止的潜水面，处于该静止水面以下的砂层处于饱和状态，潜水湖形成，投入的溶质也完成了一次潜水流及潜水湖水流水力交替下的迁移，模拟潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移过程；

打开供水阀持续侧向补给指定的时间，然后关闭供水阀指定的时间，即指定的时间模拟潜水流，指定的时间模拟潜水湖，每个时间段内从取样孔的注射式取样器进行取样，通过滴定法测定氯离子浓度，监测潜水湖各区域的污染物浓度，据此绘制各个时刻的浓度等值图，通过对比不同时刻的浓度变化，推断出潜水湖的渗流情况，根据渗流强度将潜水湖分为强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区。

根据本申请的一些实施例，所述滴定法测定氯离子浓度使用的溶液为：硝酸银溶液。

根据本申请的一些实施例，所述供水阀关闭的指定时间为：2h，该时间段也为模拟潜水流和模拟潜水湖的时间，取样的时间为：5h。

本申请的有益效果是：该潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统结构合理，可观测到模拟的潜水流及潜水湖形成过程，在潜水流及潜水湖水流水力交替作用下，潜水湖中会出现渗流强度不同的区域，污染物的溶度也会随之变化。每隔一段时间，从取样口注射器抽取进行取样，监测污染指标浓度，绘制不同时刻的污染物浓度等值线图，通过监测点采集的初始以及后期不同时间段的污染物浓度分布，可以推断出潜水湖各区域的渗流强度，并据此将潜水湖分成强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区，帮助研究地下水污染物的迁移机理，为污染物分析评价提供依据。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本申请实施例的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的稳定供水结构在有供水时形成潜水流及潜水湖的结构示意图。

图标：1-地质模拟箱；11-第一箱体；12-排水阀；2-模拟水文地质体；21-砂层；22-粘土层；3-潜水湖；4-潜水面；5-稳定供水结构；51-长隔板；52-短隔板；53-第一水槽；54-第二水槽；6-溶质投放口；7-溶质监测结构；8-蓄水箱。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

下面参考附图描述根据本申请实施例的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法。

请参阅图1至图2，本申请实施例提供潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，包括：地质模拟箱1、模拟水文地质体2、稳定供水结构5、溶质投放口6、溶质监测结构7和蓄水箱8。

地质模拟箱1：地质模拟箱1包括第一箱体11，第一箱体11底端设置有排水阀12。

模拟水文地质体2：在透明的地质模拟箱1中，在砂槽的顶部和底部设置粘土层22（粘土采用粒径小于0.075mm，渗透系数10^-7m/d的粘土，并压实）作为隔水层，在顶部和底部的粘土层中间采用石英砂（粒径0.1~1mm）填充砂层21模拟潜水含水层，即潜水在地质体中赋存、渗流和排泄的空间。顶、底部模拟隔水层的粘土层22与中间模拟含水层的砂层21组成模拟水文地质体2。

模拟潜水湖3：在地质模拟箱1中的砂层21中，通过改变砂层21与下层粘土层22的接触部位，模拟两层之间的接触关系，形成上宽下窄，自上而下逐渐收敛的砂层21，由于下层粘土层22隔水，当砂层21受到侧向补给后，一定时间能充满潜水面以下的砂层21，从而形成潜水湖3，水位稳定在潜水湖3静止水面。模拟的潜水湖3为静止水面以下，砂层21与下层粘土层22接触面围成的区域。

模拟潜水流：根据潜水湖3的水动力条件，选用粒径为0.1~1mm的标准砂用于模拟自然界中砂层21，第一水槽53的最高水位高于第二水槽54的最高水位，当给水系统中第一水槽53水位处于最高水位时，由于第一水槽53水位高于排水系统的第二水槽54，水在重力作用下由高处向低处缓缓流动，则能形成潜水流，进而形成潜水面4，这时即模拟潜水流动状态。

稳定供水结构5：稳定供水结构5包括长隔板51和短隔板52，模拟水文地质体2左侧设置宽0.2~0.4m的第一水槽53，模拟水文地质体2左侧设置第二水槽53，长隔板51将模拟水文地质体2与第一水槽53和第二水槽53隔开，第一水槽53和第二水槽53中间被一垂直设置的短隔板52分为两个分水槽，短隔板52顶部可形成溢流，排水阀12位于第一水槽53和第二水槽54中外侧的分水槽，高于短隔板52的溢流通过排水阀12排出，并通过排水阀12排泄。长隔板51与模拟水文地质体2的粘土层22相接触部位不透水，长隔板51与模拟水文地质体2的砂层21相接触部位可透水，通过在长隔板51上设置0.5mm的透水孔来实现。

溶质投放口6：溶质投放口6设置为管径5mm的溶质投放管，顶端要超过地质模拟箱1的顶板，底端要低于潜水面4，用于投放一定氯离子浓度的溶液，可选用1000-4000mg/L的氯离子溶液，模拟污染物。

溶质监测结构7：在地质模拟箱1的侧壁，低于第一水槽53的最高水位且高于砂层21和下部粘土层22，也就是潜水位以下潜水湖底部以上的位置，以相同间隔呈行列设置取样孔，取样孔上下相距8cm，左右相距10cm。在测试前，要密封取样孔，将取样孔用橡胶塞堵住，用水胶带缠绕橡胶塞，并且在装填水位地质模拟箱1前要逐层预埋注射式取样器，注射式取样器为针头包裹好纱布的注射器，以防砂土进入针头造成堵塞。每间隔一段时间可通过取样口注射器抽取进行取样，采样后进行抽滤，用硝酸银滴定法测定样品中氯离子浓度，从而监测潜水湖各区域的污染指标浓度并据此绘制污染物浓度等值图。

蓄水箱8：在第一水槽53的左侧设置蓄水箱8，蓄水箱8底部设置了供水管（管径200mm~300mm），供水管一端与蓄水箱8底部相连，另一端与第一水槽53右侧底部相连，并在供水管上设置了供水阀。蓄水箱位于矩形箱左侧，尺寸：0.5m×0.5m×1.0m，厚10mm的有机玻璃板材料制作，用厚50mm的角钢包边。该潜水流及潜水湖水流交替下污染物迁移测试系统，可以观测到：供水前后地质模拟箱1中的模拟水文地质体2中地下水的补给、径流和排泄过程，通过蓄水箱8供水后，侧向水补给进入砂层21中，充填砂层中的孔隙，从而使得潜水面4以下的砂层21处于饱水状态（气相+固相转换为固相+液相），由于两端存在水位差，持续供水作用下，能形成稳定的潜水面4，当停止供水后，第一水槽53中的水位逐渐降低，直至水位处于砂层与下粘土层相接触的部位，这样，当砂层中多余水位排出后，即形成了静止水面，可清晰观察到潜水湖3的形成，当再次打开供水阀开始对模拟水文地质体2进行侧向补给就又形成了潜水流，这样就模拟潜水流及潜水湖水流水力交替作用。待潜水流稳定，潜水面4不再变化时，通过溶质投放口6以一定速率持续向水中投放溶质，即可模拟潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移。在潜水流及潜水湖水流水力交替作用下，潜水湖3中会出现渗流强度不同的区域，污染物的溶度也会随之变化。每隔一段时间，从取样口注射器抽取进行取样，监测污染指标浓度，绘制不同时刻的污染物浓度等值线图，通过监测点采集的初始以及后期不同时间段的污染物浓度分布，可以推断出潜水湖各区域的渗流强度，并据此将潜水湖分成强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区，帮助研究地下水污染物的迁移机理，为污染物分析评价提供依据。

请参阅图1至图2，本申请实施例还提供潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，利用所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统进行模拟，包括以下步骤：

第一箱体11底端的排水阀12打开，同时将供水管上的供水阀关闭，通过外接水泵抽水向蓄水箱8中供水，直至蓄水箱8中水位稳定在最高水位；

打开供水阀，让蓄水箱8中的水经供水管缓缓注入稳定供水结构5中的第一水槽53中，第一水槽53右侧分水槽水位逐渐上升，当右侧分水槽水位到达粘土层与砂层接触面时（即透水孔的下界面时），分水槽中的水能够进入砂层中，模拟地下水；

随着模拟的地下水注入，砂层21中水位逐渐上升，直至水位处于右侧的第二水槽54左侧分水槽最高水位，地下水模拟水流向第二水槽54右侧排泄，蓄水箱8对第一水槽53的右侧分水槽持续供水，分水槽中水位逐渐上升，并最终稳定在最高水位；

在左右分水槽的稳定水头差作用下，在砂层中存在稳定的潜水面，能够清晰地观察到潜水含水层中的地下水稳定渗流；

采用体积法在地质模拟箱1右侧底部的排水阀处测定流量Q，即采用达西公式计算砂层的渗透系数，公式为K=QL/(h1-h2)Mb，式中，Q为流量（m³/s），M为潜水湖静止水面至潜水流稳定水面的平均垂直距离(m)，b为地质模拟箱净宽（m），L为渗透途径（m），h1为左侧分水槽最高水位，h2为右侧分水槽最高水位，K为砂层渗透系数（m/s），待潜水流稳定时，通过溶质投放口向砂层21中潜水面4以下的水中以1L/h的泄露速率投入含特定浓度氯离子的溶液模拟污染物，此时，能够观察到污染物在潜水流中的迁移过程；

关闭供水管上的供水阀后，第一水槽53右侧分水槽中水位将逐渐下降，而第二水槽54中左侧分水槽水位保持不变，此时，潜水面将发生变化，当第一水槽53右侧分水槽中水位下降至粘土层22与砂层21接触面时，第二水槽54的水位保持在最高水位且无排泄现象为止，潜水面4保持水平；

砂层21中的静止水面就是潜水湖3静止的潜水面4，处于该静止水面以下的砂层21处于饱和状态，潜水湖3形成，投入的溶质也完成了一次潜水流及潜水湖水流水力交替下的迁移，模拟了潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移过程；

打开供水阀持续侧向补给指定的时间，然后关闭供水阀指定的时间，即指定的时间模拟潜水流，指定的时间模拟潜水湖，每个时间段内从取样孔的注射式取样器进行取样，通过滴定法测定氯离子浓度，监测潜水湖3各区域的污染物浓度，据此绘制各个时刻的浓度等值图，通过对比不同时刻的浓度变化，推断出潜水湖的渗流情况，根据渗流强度将潜水湖分为强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区。

所述滴定法测定氯离子浓度使用的溶液为：硝酸银溶液。关闭供水阀的指定时间为：2h，该时间段也为模拟潜水流和模拟潜水湖的时间，取样的时间为：5h。该潜水流及潜水湖水流水力交替下污染物迁移方法可清晰、直观展现受侧向补给后，潜水面的形成和变化，潜水流和潜水湖相互转化的过程，有助于了解潜水流及潜水湖的水力交替过程和特征。通过试验，可以测定砂层的渗透系数等相关的水文地质参数，同时，还可以监测不同时刻潜水湖不同区域的污染物浓度，为污染物在地下水中的渗流特征及迁移机理研究提供重要依据，从而更直观了解污染物在潜水流-潜水湖水力交替下在潜水含水层中的迁移规律。通过本发明，不仅能熟悉地下水位变动下潜水流和潜水湖的相互转化过程和相关的基础概念，还能观测潜水流-潜水湖水力交替下污染物的迁移过程，为地下水污染防治提供了理论基础，为地下水资源的开发和合理利用提供了技术支撑。

该潜水流及潜水湖水流水力交替下污染物迁移方法为地下水污染物迁移机理研究提供了一种全新的有效手段。同时，本发明将为环境水文地质领域研究人员研究地下水污染机制和迁移特征，合理、有效地开发利用地下水资源提供科学依据，对实现地下水资源的保护和社会经济的可持续发展具有重要意义。

具体的，该潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法的工作原理：该潜水流及潜水湖水流交替下污染物迁移测试系统，可以观测到：供水前后地质模拟箱1中的模拟水文地质体2中地下水的补给、径流和排泄过程，通过蓄水箱8供水后，侧向水补给进入砂层21中，充填砂层中的孔隙，从而使得潜水面4以下的砂层21处于饱水状态（气相+固相转换为固相+液相），由于两端存在水位差，持续供水作用下，能形成稳定的潜水面4，当停止供水后，第一水槽53中的水位逐渐降低，直至水位处于砂层与下粘土层相接触的部位，这样，当砂层中多余水位排出后，即形成了静止水面，可清晰观察到潜水湖3的形成，当再次打开供水阀开始对模拟水文地质体2进行侧向补给就又形成了潜水流，这样就模拟潜水流及潜水湖水流水力交替作用。待潜水流稳定，潜水面4不再变化时，通过溶质投放口6以一定速率持续向水中投放溶质，即可模拟潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移。在潜水流及潜水湖水流水力交替作用下，潜水湖3中会出现渗流强度不同的区域，污染物的溶度也会随之变化。每隔一段时间，从取样口注射器抽取进行取样，监测污染指标浓度，绘制不同时刻的污染物浓度等值线图，通过监测点采集的初始以及后期不同时间段的污染物浓度分布，可以推断出潜水湖各区域的渗流强度，并据此将潜水湖分成强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区，帮助研究地下水污染物的迁移机理，为污染物分析评价提供依据。

该潜水流及潜水湖水流水力交替下污染物迁移方法可清晰、直观展现受侧向补给后，潜水面的形成和变化，潜水流和潜水湖相互转化的过程，有助于了解潜水流及潜水湖的水力交替过程和特征。通过试验，可以测定砂层的渗透系数等相关的水文地质参数，同时，还可以监测不同时刻潜水湖不同区域的污染物浓度，为污染物在地下水中的渗流特征及迁移机理研究提供重要依据，从而更直观了解污染物在潜水流-潜水湖水力交替下在潜水含水层中的迁移规律。通过本发明，不仅能熟悉地下水位变动下潜水流和潜水湖的相互转化过程和相关的基础概念，还能观测潜水流-潜水湖水力交替下污染物的迁移过程，为地下水污染防治提供了理论基础，为地下水资源的开发和合理利用提供技术支撑。

该潜水流及潜水湖水流水力交替下污染物迁移方法为地下水污染物迁移机理研究提供了一种全新的有效手段。同时，本发明将为环境水文地质领域研究人员研究地下水污染机制和迁移特征，合理、有效地开发利用地下水资源提供科学依据，对实现地下水资源的保护和社会经济的可持续发展具有重要意义。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (3)

1.潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，利用所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统进行模拟，所述潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统包括地质模拟箱，所述地质模拟箱为透明箱；

模拟水文地质体，所述模拟水文地质体包括砂层和粘土层，所述粘土层设置于所述砂层顶部和底部，所述砂层和所述粘土层均设置于所述地质模拟箱内，所述砂层与下层所述粘土层的接触处形成上宽下窄逐渐收敛的所述砂层，下层所述粘土层与所述砂层接触处的两端存在高低位差；

稳定供水结构，所述稳定供水结构设置于所述砂层和所述粘土层两侧，下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处得到供水并且由低处流出，水流在所述砂层内水位稳定形成潜水面，所述潜水面以下形成潜水湖，所述稳定供水结构包括长隔板和短隔板，所述长隔板分别设置于所述砂层和所述粘土层两侧，所述长隔板外侧形成第一水槽和第二水槽，所述短隔板垂直设置于所述第一水槽和所述第二水槽内，并将所述第一水槽和所述第二水槽均分为两个分水槽，所述第一水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处位置，所述第二水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的低处位置，所述第一水槽的最高水位高于所述第二水槽的最高水位，所述长隔板与所述砂层相接触部位能够透水，其余部分不透水，所述长隔板与所述砂层相接触部位设置有透水孔，所述长隔板与所述砂层相接触部位通过所述透水孔进行透水，所述地质模拟箱包括第一箱体，所述第一箱体底端设置有排水阀，所述排水阀位于所述第一水槽和所述第二水槽中外侧的所述分水槽，高于所述短隔板的溢流通过所述排水阀排出；

溶质监测结构，所述溶质监测结构等间隔设置于所述潜水面以下和所述潜水湖底部以上的位置；

溶质投放口，所述溶质投放口顶端伸出所述地质模拟箱，所述溶质投放口底端低于所述潜水面，所述溶质监测结构包括注射式取样器，所述地质模拟箱侧壁低于所述第一水槽的最高水位且高于所述砂层和下层所述粘土层的位置等间隔呈行列设置取样孔，所述取样孔设置有密封橡胶塞，所述注射式取样器逐层预埋于所述砂层内；

蓄水箱，所述蓄水箱设置于所述地质模拟箱内部，所述蓄水箱通过供水管和供水阀连通于所述稳定供水结构；

其特征在于，包括以下步骤：

第一箱体底端的排水阀打开，同时将供水管上的供水阀关闭，通过外接水泵抽水向蓄水箱中供水，直至蓄水箱中水位稳定在最高水位；

打开供水阀，让蓄水箱中的水经供水管缓缓注入稳定供水结构中的第一水槽中，第一水槽右侧分水槽水位逐渐上升，当右侧分水槽水位到达粘土层与砂层接触面时，分水槽中的水能够进入砂层中，模拟地下水；

随着模拟的地下水注入，砂层中水位逐渐上升，直至水位处于右侧的第二水槽左侧分水槽最高水位，地下水模拟水流向第二水槽右侧排泄，蓄水箱对第一水槽的右侧分水槽持续供水，分水槽中水位逐渐上升，并最终稳定在最高水位；

在左右分水槽的稳定水头差作用下，在砂层中存在稳定的潜水面，能够清晰地观察到潜水含水层中的地下水稳定渗流；

采用体积法在地质模拟箱右侧底部的排水阀处测定流量Q，即采用达西公式计算砂层的渗透系数，公式为K=QL/(h1-h2)Mb，式中，Q为流量，单位为m³/s，M为潜水湖静止水面至潜水流稳定水面的平均垂直距离，单位为m，b为地质模拟箱净宽，单位为m，L为渗透途径，单位为m，h1为左侧分水槽最高水位，h2为右侧分水槽最高水位，K为砂层渗透系数，单位为m/s，待潜水流稳定时，通过溶质投放口向砂层中潜水面以下的水中以1L/h的泄露速率投入含特定浓度氯离子的溶液模拟污染物，此时，能够观察到污染物在潜水流中的迁移过程；

关闭供水管上的供水阀后，第一水槽右侧分水槽中水位将逐渐下降，而第二水槽中左侧分水槽水位保持不变，此时，潜水面将发生变化，当第一水槽右侧分水槽中水位下降至粘土层与砂层接触面时，第二水槽的水位保持在最高水位且无排泄现象为止，潜水面保持水平；

砂层中的静止水面就是潜水湖静止的潜水面，处于该静止水面以下的砂层处于饱和状态，潜水湖形成，投入的溶质也完成了一次潜水流及潜水湖水流水力交替下的迁移，模拟潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移过程；

打开供水阀持续侧向补给指定的时间，然后关闭供水阀指定的时间，即指定的时间模拟潜水流，指定的时间模拟潜水湖，每个时间段内从取样孔的注射式取样器进行取样，通过滴定法测定氯离子浓度，监测潜水湖各区域的污染物浓度，据此绘制各个时刻的浓度等值图，通过对比不同时刻的浓度变化，推断出潜水湖的渗流情况，根据渗流强度将潜水湖分为强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区。

2.根据权利要求1所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，其特征在于，所述滴定法测定氯离子浓度使用的溶液为硝酸银溶液。

3.根据权利要求1所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，其特征在于，所述供水阀关闭的指定时间为2h，该时间段也为模拟潜水流和模拟潜水湖的时间，取样的时间为5h。

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