[發明專利]一種地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201710059339.2
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106644385B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 任杰;趙彪;程嘉強;王秀平;劉豪杰;張文兵
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅磊

本發明公開的一種地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置，包括水槽，水槽內從上至下依次有過水層、沉積層和濾砂層，水槽兩端分別固定有上游水箱和下游水箱，上下游水箱與過水層的連通處分別設置有消能孔板和尾門裝置，上下游水箱的底部之間連通有自循環管道，水槽的下方固定連通有若干地下水箱，地下水箱、上游水箱、下游水箱和過水層的內部均設置有溶質測量裝置，地下水箱的底部通過地下水管道通至上游水箱，地下水管道上設置有蠕動泵。使用方法為：向沉積層加入清水至飽和；向供水箱加入溶質；向地表水單元供水至目標水位；打開地表水自循環系統；打開蠕動泵，待地表水單元和地下水單元的溶質濃度恒定；計算水槽的潛流交換量。

技術領域

本發明屬于水利工程試驗設備技術領域，具體涉及一種地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置，本發明還涉及該地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置的使用方法。

背景技術

水槽試驗在水力機械、水力學模擬、海洋工程等多種流體力學和滲流問題的研究中廣泛應用。潛流帶是河流河床內水分飽和的沉積物層，連接著河流水體、沉積物和地下水，潛流帶中存在上覆水體與地下水之間物質和能量的交換與過渡，是河流生態系統的重要組成部分。潛流交換是影響河流生態健康的重要物理過程，直接關聯著河床區地表水與地下水系統內的營養物質輸移、氧補充或碳釋放等生物化學反應，對河流的生態健康和理化過程起著關鍵的調控作用。現有水槽裝置多用于地表水入滲與地下水出滲方面的研究，具體分為以下兩種情況：地表水自循環水槽，缺點是無法進行地下水模擬試驗；地下水出滲試驗，缺點是無法形成自循環系統，其溶質、總水量均發生變化，不能真正模擬地表水與地下水潛流交換的瞬態過程。由于潛流交換過程中沉積物孔隙水的各向異性和溶質分布非均一性，導致采用粒子示蹤法無法準確溶質濃度，如何進行地表水與地下水自循環耦合研究是目前水槽試驗的一個尚未解決的難點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置，能夠同時模擬地表水與地下水潛流交換自循環。

本發明的另一個目的是提供上述地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置的使用方法。

本發明所采用的第一種技術方案是：一種地表水與地下水潛流交換自循環試驗裝置，包括長方體的水槽，水槽的底壁均勻開設有若干滲水孔，水槽的下方設置有地下水單元，水槽的內部由底壁向上依次設置有濾砂層和沉積層，濾砂層為400目不銹鋼篩網，沉積層為沙礫，沉積層與水槽的頂部形成有過水層，水槽沿長度方向的兩端分別固定有上游水箱和下游水箱，上游水箱和下游水箱分別與過水層的兩端連通，上游水箱與過水層的連通處設置有消能孔板，下游水箱與過水層的連通處設置有尾門裝置，過水層、上游水箱和下游水箱的內部均設置有溶質測量裝置，上游水箱的底部連通有自循環管道，自循環管道的另一端連通至下游水箱的底部，自循環管道上依次設置有自循環閥門、水泵和電磁流量計，自循環閥門靠近下游水箱，自循環閥門和水泵之間的自循環管道上連通有供水單元。

本發明第一種技術方案的特點還在于，

地下水單元包括固定在水槽的下方的若干地下水箱，地下水箱的內部均設置有溶質測量裝置，地下水箱的底部共同連通有地下水管道，地下水管道的另一端連通至上游水箱，地下水管道上設置有蠕動泵。

供水單元包括供水箱，供水箱上連通有供水管道，供水管道的另一端連通至自循環管道，供水管道上設置有供水閥門。

下游水箱與水槽連接的側壁還設置有沉砂槽，沉砂槽位于過水層的下方。

水槽的底壁還設置有卸砂漏斗。

尾門裝置為帆板門葉片，帆板門葉片的上方設置有帆板門導桿。

溶質測量裝置為電導率電極，電導率電極通過導線連接有電導率主機。