CN217638806U - 一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，包括砂槽、水流控制机构、水位温度监测机构和温度控制机构；所述砂槽为采用有机玻璃制成的长方形槽状体，砂槽的左右侧面板上均设有地下水进出水口，其特征在于：所述砂槽内填充有用于模拟湖泊底部地下含水介质的模拟沉积物，砂槽的顶部为面状的模拟湖泊。本实用新型的结构简单，制作成本低，可以实现近天然条件的湖水渗漏补给地下水温度示踪试验模拟，用于实验室开展湖水与地下水交互作用的温度示踪研究，其结果可为野外研究提供指导。

Description

一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及基于温度示踪的地表水与地下水相互作用的模拟实验装置技术领域，具体涉及一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置。

背景技术

温度是水体和含水介质的固有属性。温度示踪具有成本低、无污染、易操作、可连续动态监测等优势，使得温度示踪被用于研究地表水与地下水相互作用、地下水流速流向探测以及水库堤坝渗漏等工程领域。

在我国华北地区，湖泊地表水渗漏补给地下水较为常见，然而湖水对地下水渗漏补给量精细评价问题目前尚未得到解决。野外湖水与地下水相互作用交互带水文地质条件复杂，使得野外温度示踪试验开展存在一定困难。

目前国内有关于河水与地下水温度示踪实验模拟相关装置，如中国实用新型专利，公开号CN203148652U公开的一种河水与地下水相互作用温度示踪实验装置，包括砂槽、水流控制机构、水位监测机构和边界温控机构。砂槽为长方体，前侧面板上设测压孔、河水进出水口、边界地下水及河水水位监测孔，后侧面板上有溶质示踪孔，左、右侧面板上均设地下水进出水口和校正刻度表，左右侧面板之间安装有机玻璃滤板，砂槽的上部安装有模拟河床；水流控制机构用小型水泵给地下水及河水稳定供水箱供水；水位监测机构由校正刻度表、测压板组成；边界温控机构用于控制砂槽底部边界温度，使砂槽内垂向温度梯度接近天然地温梯度。可用于高校进行地下水温度示踪方面的实验教学，及室内展开河水与地下水相互作用的温度示踪研究，为野外研究提供指导。

然而河流为线状，而湖泊为面状，地表水入渗补给过程存在差异。因此，能根据湖泊地表水与地下水相互作用情况，建立室内物理模型，简化湖水与地下水相互作用影响因素，开展温度示踪用于湖水与地下水相互作用精细研究，从而为开展野外试验评估湖泊地表水渗漏提供依据，是现阶段本技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，可根据湖泊地表水与地下水相互作用情况，建立室内物理模型，简化湖水与地下水相互作用影响因素，开展温度示踪用于湖水与地下水相互作用精细研究，从而为开展野外试验评估湖泊地表水渗漏提供依据。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，包括砂槽、水流控制机构、水位温度监测机构和温度控制机构；所述砂槽为采用有机玻璃制成的长方形槽状体，砂槽的左右侧面板上均设有地下水进出水口，其特征在于：所述砂槽内填充有用于模拟湖泊底部地下含水介质的模拟沉积物，砂槽的顶部为面状的模拟湖泊，砂槽的右侧面板上部开设有湖水溢流口，砂槽的右侧面板上设置有水位校正刻度尺，砂槽的前侧面板上均匀开设有水位温度监测孔，砂槽的前侧面板底部两侧对称开设有边界地下水水位温度监测孔；

所述水流控制机构包括湖水稳定供水箱、溢流箱和地下水溢流箱；所述湖水稳定供水箱的出水口连接有补水管，补水管横设在砂槽的顶口上，补水管上面向砂槽的底面上等间隔开设有用于向砂槽内模拟湖泊以均匀淋洒的方式来补水的补水口；所述溢流箱与湖水溢流口连接；所述地下水溢流箱与地下水进出水口连接；

所述水位温度监测机构包括穿设在水位温度监测孔和边界地下水水位温度监测孔中的水位温度自动监测传感器以及与水位温度自动监测传感器的输出端连接、用于实时显示各监测点水位和温度的电脑；

所述温度控制机构包括地下水温控箱、地下水温控板、地下水温度传感器、湖水温控箱、湖水温控板和湖水温度传感器；所述地下水温控板和地下水温度传感器设置在模拟沉积物的底部，地下水温度传感器的输出端与地下水温控箱的输入端连接，地下水温控箱的输出端与地下水温控板的受控端连接；所述湖水温控板和湖水温度传感器设置在模拟湖泊的中部，湖水温度传感器的输出端与湖水温控箱的输入端连接，湖水温控箱的输出端与湖水温控板的受控端连接。

优选的，所述砂槽中在靠近两侧地下水进出水口处各安装有一块有机玻璃滤板，有机玻璃滤板上均匀开设有滤水孔。

优选的，所述温度控制机构还包括电源，电源与地下水温控箱、地下水温控板、湖水温控箱和湖水温控板分别电性连接。

优选的，所述地下水温控板和湖水温控板均为矩形铝板，且均水平设置。

优选的，所述湖水温控箱设置在砂槽的右侧面板上部，砂槽的底部设置有底座，地下水温控箱设置在底座上。

优选的，所述水位温度监测孔为横向五行、竖向六列。

优选的，所述水位温度自动监测传感器深入模拟沉积物内部5cm。

优选的，所述砂槽的后侧面板上开设有示踪孔。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型的结构简单，制作成本低，可以实现近天然条件的湖水渗漏补给地下水温度示踪试验模拟，用于实验室开展湖水与地下水交互作用的温度示踪研究，其结果可为野外研究提供指导。

本实用新型通过设置的温度控制机构，可以实现湖水温度人工调节，用于开展不同季节不同温度湖水与地下水交互作用温度示踪模拟，根据试验结果确定开展野外温度示踪试验的最适宜时间；并且可以根据野外实际情况更换含水介质，模拟不同水文地质条件下湖水与地下水交互作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的砂槽的主视图；

图3为本实用新型的砂槽的右视图。

其中：1.砂槽、2.模拟沉积物、3.地下水进出水口、4.水位温度监测孔、5.边界地下水水位温度监测孔、6.湖水溢流口、7.水位校正刻度尺、8.有机玻璃滤板、9.湖水稳定供水箱、10.溢流箱、11.地下水溢流箱、12.补水管、13.地下水温控箱、14.地下水温控板、15.湖水温控箱、16.湖水温控板、17.底座。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步详细说明。

一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，结合图1至图3所示，包括砂槽1、水流控制机构、水位温度监测机构和温度控制机构。

砂槽1为采用有机玻璃制成的长方形槽状体，砂槽1内填充有模拟沉积物2，模拟沉积物2具有不同水文地质参数特征，用于模拟湖泊底部地下含水介质；砂槽1的顶部为模拟湖泊，模拟湖泊为面状且均匀开设有滤水孔，形态可为水平，也可根据需要设为倾斜或起伏。

砂槽1的左右侧面板上均设有地下水进出水口3，砂槽1中在靠近两侧地下水进出水口3处各安装有一块有机玻璃滤板8，有机玻璃滤板8上均匀开设有滤水孔。砂槽1的右侧面板上部开设有湖水溢流口6，砂槽1的右侧面板上设置有水位校正刻度尺7。砂槽1的前侧面板上均匀开设有水位温度监测孔4，水位温度监测孔4为横向五行、竖向六列；砂槽1的前侧面板底部两侧对称开设有边界地下水水位温度监测孔5。砂槽1的后侧面板上开设有示踪孔。砂槽1的底部设置有底座17。

水流控制机构包括湖水稳定供水箱9、溢流箱10和地下水溢流箱11，其中，湖水稳定供水箱9的出水口连接有补水管12，补水管12横设在砂槽1的顶口上，补水管12上面向砂槽1的底面上等间隔开设有补水口，补水口以均匀淋洒的方式来向砂槽1内的模拟湖泊补水，从而可减少补水对湖水温度的扰动。溢流箱10与湖水溢流口6连接，从而保证湖水能达到的最高水位始终维持稳定。地下水溢流箱11与地下水进出水口3连接，通过观测地下水溢流箱11的液面量变化可计算湖水渗漏补给量。

水位温度监测机构包括水位温度自动监测传感器和电脑，其中，水位温度自动监测传感器穿设在各水位温度监测孔4和边界地下水水位温度监测孔5中且穿设在各水位温度监测孔4中的水位温度自动监测传感器深入模拟沉积物2内部5cm，水位温度自动监测传感器的输出端连接有总控制器；电脑的输入端与总控制器的输出端连接，电脑可实时显示各监测点的水位和温度。

温度控制机构包括地下水温控箱13、地下水温控板14、地下水温度传感器、湖水温控箱15、湖水温控板16、湖水温度传感器和电源，其中，地下水温控板14和地下水温度传感器设置在模拟沉积物2的底部，用于模拟深部地下水相对恒定的温度；湖水温控板16和湖水温度传感器设置在模拟湖泊的中部，用于模拟湖水相对恒定的温度；地下水温控板14和湖水温控板16均为矩形铝板，且水平放置，保证同一深度不同深度地下水和湖水温度均一。

地下水温控箱13设置在底座17上，地下水温控箱13的输入端与地下水温度传感器的输出端连接，地下水温控箱13的输出端与地下水温控板14的受控端连接；湖水温控箱15设置在砂槽1的右侧面板上部，湖水温控箱15的输入端与湖水温度传感器的输出端连接，湖水温控箱15的输出端与湖水温控板16的受控端连接。地下水温控箱13和湖水温控箱15的内部均设置有温度调节器，从而可调控湖水和地下水底部温度，试验模拟不同温度湖水与地下水相互作用过程。

电源与地下水温控箱13、地下水温控板14、湖水温控箱15和湖水温控板16分别电性连接，从而为地下水温控箱13、地下水温控板14、湖水温控箱15和湖水温控板16供电。

本实用新型在使用时，首先，将地下水温控板14和地下水温度传感器安装在砂槽1内底部，并与地下水温控箱13连接；根据实验设计的地质条件来选取模拟沉积物2的大小及空间分布结构，在砂槽1中填模拟沉积物2，在填模拟沉积物2的过程中根据需要埋设水位温度自动监测传感器进行水位和温度测量，将水位温度自动监测传感器与总控制器连接，总控制器与电脑连接，可以进行水位和温度的监测；将湖水温控板16和湖水温度传感器安装在模拟湖泊的中部，并与湖水温控箱15连接。

其次，向砂槽1内注入适量的水，使其饱水，饱水后再排完气泡；通过地下水温控箱13和湖水温控箱15设置温度，使地下水温控板14和湖水温控板16分别对地下水和湖水进行加热。

然后，将左右两侧的地下水进出水口3分别与地下水溢流箱11连接，补水管12与湖水稳定供水箱9连接，湖水溢流口6与溢流箱10连接。

最后，关闭地下水溢流箱11供水，控制湖水稳定供水箱9供水，则控制水流模式为湖水补给地下水；反之则为地下水补给湖水；通过升降地下水溢流箱11和湖水稳定供水箱9的高度来控制湖水和地下水水位；水位值和温度值均可在电脑上读取，水位校正刻度尺7上可以读取地下水水位值，与电脑上读取的水位值对比，可进行水位值的校正，到同一基准面标准。

将溶质用注射器注入示踪孔，则可进行溶质示踪实验。

Claims (8)

1.一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，包括砂槽(1)、水流控制机构、水位温度监测机构和温度控制机构；所述砂槽(1)为采用有机玻璃制成的长方形槽状体，砂槽(1)的左右侧面板上均设有地下水进出水口(3)，其特征在于：所述砂槽(1)内填充有用于模拟湖泊底部地下含水介质的模拟沉积物(2)，砂槽(1)的顶部为面状的模拟湖泊，砂槽(1)的右侧面板上部开设有湖水溢流口(6)，砂槽(1)的右侧面板上设置有水位校正刻度尺(7)，砂槽(1)的前侧面板上均匀开设有水位温度监测孔(4)，砂槽(1)的前侧面板底部两侧对称开设有边界地下水水位温度监测孔(5)；

所述水流控制机构包括湖水稳定供水箱(9)、溢流箱(10)和地下水溢流箱(11)；所述湖水稳定供水箱(9)的出水口连接有补水管(12)，补水管(12)横设在砂槽(1)的顶口上，补水管(12)上面向砂槽(1)的底面上等间隔开设有用于向砂槽(1)内模拟湖泊以均匀淋洒的方式来补水的补水口；所述溢流箱(10)与湖水溢流口(6)连接；所述地下水溢流箱(11)与地下水进出水口(3)连接；

所述水位温度监测机构包括穿设在水位温度监测孔(4)和边界地下水水位温度监测孔(5)中的水位温度自动监测传感器以及与水位温度自动监测传感器的输出端连接、用于实时显示各监测点水位和温度的电脑；

所述温度控制机构包括地下水温控箱(13)、地下水温控板(14)、地下水温度传感器、湖水温控箱(15)、湖水温控板(16)和湖水温度传感器；所述地下水温控板(14)和地下水温度传感器设置在模拟沉积物(2)的底部，地下水温度传感器的输出端与地下水温控箱(13)的输入端连接，地下水温控箱(13)的输出端与地下水温控板(14)的受控端连接；所述湖水温控板(16)和湖水温度传感器设置在模拟湖泊的中部，湖水温度传感器的输出端与湖水温控箱(15)的输入端连接，湖水温控箱(15)的输出端与湖水温控板(16)的受控端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述砂槽(1)中在靠近两侧地下水进出水口(3)处各安装有一块有机玻璃滤板(8)，有机玻璃滤板(8)上均匀开设有滤水孔。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述温度控制机构还包括电源，电源与地下水温控箱(13)、地下水温控板(14)、湖水温控箱(15)和湖水温控板(16)分别电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述地下水温控板(14)和湖水温控板(16)均为矩形铝板，且均水平设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述湖水温控箱(15)设置在砂槽(1)的右侧面板上部，砂槽(1)的底部设置有底座(17)，地下水温控箱(13)设置在底座(17)上。

6.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述水位温度监测孔(4)为横向五行、竖向六列。

7.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述水位温度自动监测传感器深入模拟沉积物(2)内部5cm。

8.根据权利要求1所述的一种基于温度示踪的湖水渗漏补给地下水模拟实验装置，其特征在于：所述砂槽(1)的后侧面板上开设有示踪孔。

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