[發明專利]地表水水位變化下多孔介質飽和非飽和測量系統及方法

有效

• 申請號: 201610557125.3
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN105973314B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 徐晶;金光球;唐洪武;楊文海;姜啟豪;莫玉銘;李凌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉靜

1.一種地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：包括水槽（1）、自動水位控制系統、架設在水槽（1）上方的若干安裝有豎直方向探桿（15）的探頭固定架（10）和數據采集系統，所述水槽（1）沿長度方向依次劃分為地下水區域（101）、多孔介質區域（102）和地表水區域（103），水槽（1）中多孔介質區域（102）的上方架設有探頭固定架（10），所述探桿（15）伸入多孔介質區域（102）內，所述自動水位控制系統和地表水區域（103）連接，所述探桿（15）上設置有分別與數據采集系統相連接的張力計（11）、壓力傳感器（12）和含水率探頭（13）。

2.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述自動水位控制系統包括水位探頭（5）、水箱（6）、雙向泵（2）、直流電機（3）和工業控制計算機（4），與工業控制計算機（4）連接的水位探頭（5）設置在所述地表水區域（103）內，所述雙向泵（2）與直流電機（3）電連接且與工業控制計算機（4）連接，雙向泵（2）還分別與地表水區域（103）和水箱（6）連接。

3.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述多孔介質區域（102）兩側設置有與水槽（1）等寬的攔沙架（7），其上焊接有攔紗網（71）的攔沙架（7）底部焊接有形成三角形的支撐桿（72），攔沙架（7）和水槽（1）內壁間的縫隙處塞上橡皮泥，攔沙架（7）和多孔介質之間設置尼龍攔紗網和土工織物。

4.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述探頭固定架（10）為木桿，木桿下方垂直固定兩段相對設置的短木桿（14），探桿（15）綁于兩個短木桿（14）之間，探桿（15）桿底端焊接有鐵塊（16）。

5.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述探頭固定架（10）越靠近地表水區域（103）布置越密集。

6.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述探桿（15）上均勻分布有若干組通過尼龍扎帶分別固定在探桿（15）同一水平位置上的張力計（11）、壓力傳感器（12）和含水率探頭（13）。

7.根據權利要求1所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統，其特征在于：所述水槽（1）的地下水區域（101）設置高度可調整的溢流擋板（8）。

8.一種如權利要求1至7中任一項所述的地表水水位變化情況下多孔介質飽和非飽和測量系統的使用方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：將張力計（11）、壓力傳感器（12）、含水率探頭（13）與數據采集系統相連并用尼龍扎帶固定在探桿（15）上，探桿（15）固定在短木塊（14）之間，并按越靠近地表水區域（103）布置越密集的原則在多孔介質區域（102）的水槽（1）上方架設探頭固定架（10）；

步驟二：向水槽（1）中加入去離子水至事先設定好的地下水高度，并調整溢流擋板（8）至該高度；

步驟三：在多孔介質區域（102）兩側放置攔沙架（7），在攔沙架（7）和多孔介質區域（102）之間放置200目的尼龍攔紗網和土工織物，在攔沙架（7）與水槽（1）內壁的縫隙處塞橡皮泥堵上，再緩慢加入經去離子水洗凈的石英砂，加砂過程應緩慢均勻，如有石英砂黏在邊壁上應輕拍水槽（1），在砂露出液面之前應注意排氣保證砂體的飽和，在砂體露出水面后需保證加砂的均勻，在加沙完畢后用有機玻璃板輕輕整平沙坡；

步驟四：連接雙向泵（2）、水箱（6）、直流電機（3）、水位探頭（5）和工業控制計算機（4）形成自動水位控制系統；

步驟五：開啟自動水位控制系統，將目標水位變化數據導入工業控制計算機（4），打開水槽（1）進出水閥門，打開數據采集系統，此時可以記錄多孔介質區域（102）各采樣點處多孔介質含水率、張力和壓力的實時變化；

步驟六：實驗結束后先關閉進水閥門再關閉自動水位控制系統，導出數據采集系統記錄的實時數據。