[發明專利]地下水中高水壓作用下溶質遷移轉化的一維模擬裝置

有效

• 申請號: 201610014746.7
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105547962B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 趙麗;王世東;楊建;楊志斌;甄曉歌;孟紅旗;夏大平;王心義;羅紹河;田云飛
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于水文地質、地球科學、環境科學與工程研究技術領域，提供了一種在室溫條件下，模擬地下水中高水壓作用下溶質遷移轉化的一維模擬裝置，安全性高。所述地下水中高水壓作用下溶質遷移轉化的一維模擬裝置，包括依次串聯連接的水箱、增壓泵、單向閥、安全閥、具有特殊法蘭結構的含水層介質柱、針形閥以及取樣裝置，增壓泵和含水層介質柱采用高壓橡膠軟管連接，含水層介質柱、法蘭、法蘭進（出）樣支管均為耐高壓防腐不銹鋼材料。使用本裝置具有如下效果：實驗裝置設計簡單、易操作和方便維護，水壓控制精確、方便調節，裝置能模擬的最大水壓為10MPa，適用于pH6.5~9的實驗環境，可有效模擬深層地下水的高水壓環境，并可長期穩定操作，滿足室內模擬研究的需要。

技術領域

本發明屬于水文地質、地球科學、環境科學與工程研究技術領域，特別涉及一種在高水壓作用下，溶質在地下水中遷移轉化的一維模擬裝置。

背景技術

地下水是我國工業、農業、生活用水的重要水源，不合理的開發利用引起的地下水位不斷下降以及地下水賦存環境的改變，使得地下水水質問題正在由淺層向深層轉移。溶質的室內土柱模擬實驗是研究地下水中污染物遷移轉化機理的重要研究手段，目前已有的一維土柱模擬實驗裝置多局限于淺層地下水和低水壓條件的模擬。例如，李輝等人設計的“地下水中揮發性有機污染物遷移轉化模擬裝置及應用”，采用室溫22℃，通過調節水箱和柱體間的水頭差來模擬地下10m范圍內的水力條件來研究有機污染物的運移規律；和樹莊等人設計的“地下水滲流模擬試驗裝置及模擬試驗方法”，適用于常壓的試驗環境。

從前人的研究中反映出目前的地下水中溶質的一維模擬裝置存在如下缺陷：其一現階段所使用的土柱裝置，例如馬傳明等人設計的“溫控-壓控地下水越流污染模擬系統”，雖然帶有壓控裝置可方便調節水壓，但是因為設計土柱材料為有機玻璃管，而局限于低承壓的水力條件，所模擬的多為包氣帶、埋深小于200m的地下水環境系統，不能承受高水壓如2MPa的壓力；其二現階段所使用的土柱裝置，柱體法蘭多為平面設計，法蘭間的內襯密封墊為純橡膠材質，耐受不了高水壓的作用，易漏水和損壞。

發明內容

本發明的目的是提供一種地下水中最大水壓達到10MPa時溶質遷移轉化的模擬系統，該系統解決了上述背景技術中的不足，以克服現有技術存在的上述缺陷，能夠實現地下水中高水壓條件的模擬，設計含水層介質柱也可用于模擬包氣帶、低水壓的環境條件。實驗裝置設計簡單，易操作，壓力控制精確，安全性高，從而滿足了室內模擬深層地下水中溶質遷移轉化所需的高水壓條件。

所述的地下水中高水壓作用下溶質遷移轉化的一維模擬裝置，包括依次串聯連接的水箱、增壓泵、單向閥、安全閥、含水層介質柱、針型閥以及取樣裝置，所述含水層介質柱中裝填有含水介質、在柱體兩端裝填有石英砂，含水層介質柱柱體內兩端裝有一定厚度的濾氈。

所述柱體法蘭設置有凹槽，法蘭蓋設置有凸槽，法蘭蓋的凸槽應能緊密嵌入法蘭凹槽內，法蘭凹槽底部裝有金屬纏繞墊圈，法蘭凹槽、法蘭蓋凸槽應與所在法蘭或法蘭蓋一次成型。柱體法蘭和法蘭蓋采用螺栓連接，柱體、法蘭、法蘭蓋、法蘭蓋進樣、出樣支管均為耐高壓防腐不銹鋼材料，可有效防止高壓水作用下在法蘭、螺栓連接處的漏水及法蘭變形、開裂。

增壓泵出口安裝單向閥，防止高壓液體回流至增壓泵內，含水層介質柱法蘭蓋中心的進樣支管上安裝有安全閥和壓力表，含水層介質柱法蘭蓋中心的出樣支管上安裝有壓力表和針型閥，增壓泵和含水層介質柱進樣支管間的連接管道、含水層介質柱法蘭出樣支管與取樣裝置間的連接管道均為耐高壓橡膠軟管，含水層介質柱中水流的達西流速小于1cm/h。

所述含水介質為研究區地下含水層的巖土，通過壓控裝置，保證近似模擬研究含水層的高水壓環境。

所述的模擬裝置提供了一種研究地下水中高水壓作用下水溶性無機、有機溶質或污染物遷移轉化機理研究的新裝置，該裝置也可做為研究污染物在包氣帶、淺層地下水中遷移轉化的模擬裝置。