CN214251459U - 一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，属于潜流带研究技术领域，包括存放箱体，所述存放箱体的内部胶黏有海绵块，所述海绵块上开设有两个放置槽，一个所述放置槽的内部放置有地下水位监测管；本实用新型测量装置由地下水位监测管和地表水位监测管构成，先由地下水位监测管中的水位计按照一定时间间隔连续采集潜流带地下水位变化，地表水位监测管中的水位计按照一定时间间隔连续采集地表水水位变化，再根据采集到的数据计算河流潜流带的地表水与地下水的交换速率，结构简单，操作简便，加工成本低，具有较强的适用性，而且可以更高效、精细、准确的测量潜流交换通量。
Description
技术领域
本实用新型属于潜流带研究技术领域，具体涉及一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置。
背景技术
潜流带是指地表水与地下水相互作用的区域，被誉为河流的肝脏，不仅影响两种水体的水量交换，还通过发生其中的生物地球化学过程影响水质，是地表水-地下水生态环境系统的重要组成部分，近年来随着潜流交换研究的深入，定量研究的重要性开始凸显。
潜流交换作用的定量化研究方法众多，例如化学示踪法、温度示踪法、数值模拟法、水动力学法。化学示踪法由于需要在研究地点投放化学示踪剂因此会造成一定的污染；温度示踪法相比于化学示踪法虽然不会造成水体污染，但是其在实验过程中容易受人为活动影响，且对于传感器的布设要求较高；数值模拟法是在确定研究区水文地质特点和参数的基础上，概化作用过程，构建潜流交换作用模型，计算潜流交换速率，边界条件和相关参数的确定可能影响数值模拟法的准确性。
国内外利用水动力学法探究流域潜流交换的研究很多，水动力学方法也已经基本发展成熟，基于达西定律的计算方法被广泛用于计算潜流交换速率，但是其也有研究尺度小，不能连续监测等缺点，导致水动力学方法对交换过程的刻画不具有连续性，一定程度上限制了其在实际研究中的应用。
实用新型内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型提供了一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，具有更高效、精细、准确的测量潜流交换通量的特点。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，包括存放箱体，所述存放箱体的内部胶黏有海绵块，所述海绵块上开设有两个放置槽，一个所述放置槽的内部放置有地下水位监测管，另一个所述放置槽的内部放置有地表水位监测管，所述地下水位监测管和地表水位监测管的底端均连接有底座，所述地下水位监测管上且位于底座的上方五厘米位置对向开设有四个第一通孔，所述地表水位监测管的靠上方开设有若干个第二通孔，相邻所述第二通孔间间隔五厘米，所述地下水位监测管和地表水位监测管的顶端内部均转动连接有转动把手，所述转动把手与地下水位监测管和地表水位监测管间均通过限位螺栓连接，两个所述转动把手上均缠绕有连接绳，两个所述连接绳远离对应转动把手的一端均连接有移动座，两个所述移动座上均安装有水位计，所述地下水位监测管和地表水位监测管的顶端均螺纹连接有顶盖，两个所述顶盖的侧面均开设有开口，所述存放箱体的上方设置有箱盖，所述箱盖的后侧与存放箱体的后侧通过转动轴转动连接，所述箱盖的前侧与存放箱体的前侧通过锁扣限位连接。
优选的，所述地下水位监测管的外壁且位于四个第一通孔的位置以及地表水位监测管的外壁且位于若干个第二通孔的位置均套设有尼龙网。
优选的，所述移动座的外侧壁圆周均布有六个滚珠架，六个所述滚珠架上均滚动连接有滚珠。
优选的，所述底座为锥形结构设置。
优选的，所述箱盖的外壁中间位置设置有内陷式提手。
优选的，还包括地下水位线、地表水位线、河床表面线和潜流带区，所述地下水位线的上方设置有河床表面线，所述地下水位线与河床表面线间形成潜流带区，所述河床表面线的上方设置有地表水位线，地下水位监测管和地表水位监测管插接在地下水位线的下方，地表水位监测管中水位计的位置正好位于管中河床表面线的位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型测量装置由地下水位监测管和地表水位监测管构成，先由地下水位监测管中的水位计按照一定时间间隔连续采集潜流带地下水位变化，地表水位监测管中的水位计按照一定时间间隔连续采集地表水水位变化，再根据采集到的数据计算河流潜流带的地表水与地下水的交换速率，结构简单，操作简便，加工成本低，具有较强的适用性，而且可以更高效、精细、准确的测量潜流交换通量。
2、本实用新型设置滚珠架和滚珠，能够使移动座在地下水位监测管和地表水位监测管内滚动移动，减小移动摩擦，同时能够保持水位计在地下水位监测管和地表水位监测管内的平衡，避免水流冲击造成水位计晃动，提高水位计的数据测量精准性。
3、本实用新型设置存放箱体、海绵块、放置槽、箱盖、转动轴、锁扣和内陷式把手，能够很好的对不使用时的地下水位监测管和地表水位监测管进行存放，避免外界碰撞损坏地下水位监测管和地表水位监测管，延长地下水位监测管和地表水位监测管的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型箱盖关闭状态俯视的结构示意图；
图2为本实用新型箱盖打开状态俯视的结构示意图；
图3为本实用新型地下水位监测管剖视的结构示意图；
图4为本实用新型地表水位监测管剖视的结构示意图；
图5为本实用新型移动座俯视的结构示意图；
图6为本实用新型装置测量状态的结构示意图；
图中：1、箱盖；2、内陷式提手；3、存放箱体；4、海绵块；5、转动轴；6、锁扣；7、放置槽；8、地下水位监测管；9、地表水位监测管；10、底座；11、第一通孔；12、水位计；13、移动座；14、尼龙网；15、连接绳；16、转动把手；17、开口；18、顶盖；19、限位螺栓；20、第二通孔；21、滚珠；22、滚珠架；23、地下水位线；24、地表水位线；25、河床表面线；26、潜流带区。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-6，本实用新型提供以下技术方案：一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，包括存放箱体3，存放箱体3的内部胶黏有海绵块4，海绵块4上开设有两个放置槽7，一个放置槽7的内部放置有地下水位监测管8，另一个放置槽7的内部放置有地表水位监测管9，地下水位监测管8和地表水位监测管9的底端均连接有底座10，地下水位监测管8上且位于底座10的上方五厘米位置对向开设有四个第一通孔11，地表水位监测管9的靠上方开设有若干个第二通孔20，相邻第二通孔20间间隔五厘米，地下水位监测管8和地表水位监测管9的顶端内部均转动连接有转动把手16，转动把手16与地下水位监测管8和地表水位监测管9间均通过限位螺栓19连接，两个转动把手16上均缠绕有连接绳15，两个连接绳15远离对应转动把手16的一端均连接有移动座13，两个移动座13上均安装有水位计12，地下水位监测管8和地表水位监测管9的顶端均螺纹连接有顶盖18，两个顶盖18的侧面均开设有开口17，存放箱体3的上方设置有箱盖1，箱盖1的后侧与存放箱体3的后侧通过转动轴5转动连接，箱盖1的前侧与存放箱体3的前侧通过锁扣6限位连接。
具体的，地下水位监测管8的外壁且位于四个第一通孔11的位置以及地表水位监测管9的外壁且位于若干个第二通孔20的位置均套设有尼龙网14，
通过采用上述技术方案，防止泥沙进入地下水位监测管8和地表水位监测管9中。
具体的，移动座13的外侧壁圆周均布有六个滚珠架22，六个滚珠架22上均滚动连接有滚珠21，
通过采用上述技术方案，滚珠21和滚珠架22配合，能够使移动座13在地下水位监测管8和地表水位监测管9内滚动移动，减小移动摩擦，同时能够保持水位计12在地下水位监测管8和地表水位监测管9内的平衡，避免水流冲击造成水位计12晃动，提高水位计12的数据测量精准性。
具体的，底座10为锥形结构设置，
通过采用上述技术方案，能够方便地下水位监测管8和地表水位监测管9砸入河床。
具体的，箱盖1的外壁中间位置设置有内陷式提手2，
通过采用上述技术方案，方便移动存放箱体3，同时占地面积小。
具体的，还包括地下水位线23、地表水位线24、河床表面线25和潜流带区26，地下水位线23的上方设置有河床表面线25，地下水位线23与河床表面线25间形成潜流带区26，河床表面线25的上方设置有地表水位线24，地下水位监测管8和地表水位监测管9插接在地下水位线23的下方，地表水位监测管9中水位计12的位置正好位于管中河床表面线25的位置，
通过采用上述技术方案，能够更高效、精细、准确的测量潜流交换通量。
本实用新型的工作原理及使用流程：测量前，选取试验位置，打开箱盖1，从海绵块4的两个放置槽7中分别取出地下水位监测管8和地表水位监测管9；
测量时，将地下水位监测管8和地表水位监测管9用胶皮锤砸入河床沉积物中，根据所需研究潜流交换的深度确定地下水位监测管8所需砸入河床沉积物的深度，深度记为L，地表水位监测管9河床以下部分仅起到固定作用，所以为了避免干扰，地表水位监测管9砸入河床的深度应小于地下水位监测管8砸入的深度，地下水位监测管8和地表水位监测管9布置完成后，拆卸地下水位监测管8上的限位螺栓19，通过转动把手16收放连接绳15，连接绳15收放过程中带动移动座13移动，移动座13带动水位计12移动，直至水位计12位于第一通孔11的位置时，停止转动转动把手16，通过限位螺栓19固定转动把手16，此时水位计12可监测潜流带地下水位变化，再拆卸地表水位监测管9上的限位螺栓19，通过转动把手16收放连接绳15，连接绳15收放过程中带动移动座13移动，移动座13带动水位计12移动，直至水位计12位于管中河床表面线25的位置时，停止转动转动把手16，通过限位螺栓19固定转动把手16，此时水位计12可监测地表水水位变化，两个水位计12按照一定时间间隔连续采集地表水位与地下水位数据，将采集到的地表水位与地下水位数据核算为高程数据，地表水高程记为hswn，地下水高程记为hgwn，n＝1，....，n.n表示不同时间的水位数据编号，根据达西定律
计算河流潜流带的地表水与地下水的交换速率，式中：q为垂向流速(m·d-1)，hsw为地表水高程(m)，hgw为地下水高程(m)，L为渗流路径长度(m)，I为水力梯度，K为沉积物渗透系数(m·d-1)，n为不同时间的数据编号；
底座10为锥形结构设置，能够方便地下水位监测管8和地表水位监测管9砸入河床；
尼龙网14是为了防止泥沙进入地下水位监测管8和地表水位监测管9中；
开口17为侧面开设，能够防止雨水灌入，同时能够保证地下水位监测管8和地表水位监测管9的气压强为大气压强；
滚珠21和滚珠架22配合，能够使移动座13在地下水位监测管8和地表水位监测管9内滚动移动，减小移动摩擦，同时能够保持水位计12在地下水位监测管8和地表水位监测管9内的平衡，避免水流冲击造成水位计12晃动，提高水位计12的数据测量精准性；
测量完成，取出地下水位监测管8和地表水位监测管9，将地下水位监测管8和地表水位监测管9分别放置进海绵块4的两个放置槽7中，关闭箱盖1，通过内陷式提手2提走。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，包括存放箱体(3)，其特征在于：所述存放箱体(3)的内部胶黏有海绵块(4)，所述海绵块(4)上开设有两个放置槽(7)，一个所述放置槽(7)的内部放置有地下水位监测管(8)，另一个所述放置槽(7)的内部放置有地表水位监测管(9)，所述地下水位监测管(8)和地表水位监测管(9)的底端均连接有底座(10)，所述地下水位监测管(8)上且位于底座(10)的上方五厘米位置对向开设有四个第一通孔(11)，所述地表水位监测管(9)的靠上方开设有若干个第二通孔(20)，相邻所述第二通孔(20)间间隔五厘米，所述地下水位监测管(8)和地表水位监测管(9)的顶端内部均转动连接有转动把手(16)，所述转动把手(16)与地下水位监测管(8)和地表水位监测管(9)间均通过限位螺栓(19)连接，两个所述转动把手(16)上均缠绕有连接绳(15)，两个所述连接绳(15)远离对应转动把手(16)的一端均连接有移动座(13)，两个所述移动座(13)上均安装有水位计(12)，所述地下水位监测管(8)和地表水位监测管(9)的顶端均螺纹连接有顶盖(18)，两个所述顶盖(18)的侧面均开设有开口(17)，所述存放箱体(3)的上方设置有箱盖(1)，所述箱盖(1)的后侧与存放箱体(3)的后侧通过转动轴(5)转动连接，所述箱盖(1)的前侧与存放箱体(3)的前侧通过锁扣(6)限位连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，其特征在于：所述地下水位监测管(8)的外壁且位于四个第一通孔(11)的位置以及地表水位监测管(9)的外壁且位于若干个第二通孔(20)的位置均套设有尼龙网(14)。
3.根据权利要求1所述的一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，其特征在于：所述移动座(13)的外侧壁圆周均布有六个滚珠架(22)，六个所述滚珠架(22)上均滚动连接有滚珠(21)。
4.根据权利要求1所述的一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，其特征在于：所述底座(10)为锥形结构设置。
5.根据权利要求1所述的一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，其特征在于：所述箱盖(1)的外壁中间位置设置有内陷式提手(2)。
6.根据权利要求1所述的一种基于水动力学的潜流交换通量测量装置，其特征在于：还包括地下水位线(23)、地表水位线(24)、河床表面线(25)和潜流带区(26)，所述地下水位线(23)的上方设置有河床表面线(25)，所述地下水位线(23)与河床表面线(25)间形成潜流带区(26)，所述河床表面线(25)的上方设置有地表水位线(24)，地下水位监测管(8)和地表水位监测管(9)插接在地下水位线(23)的下方，地表水位监测管(9)中水位计(12)的位置正好位于管中河床表面线(25)的位置。
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| CN115931644A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-07 | 河海大学 | 一种潜流交换通量测量方法及装置 |
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| CN115931644A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-07 | 河海大学 | 一种潜流交换通量测量方法及装置 |
| CN115931644B (zh) * | 2022-11-25 | 2023-09-15 | 河海大学 | 一种潜流交换通量测量方法及装置 |
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