專利名稱：基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬裝置，主要用于模擬地下水流系統(tǒng)溶質(zhì)運移，屬于水文地質(zhì)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著地下水過度開采，人類活動日益加劇，海水入侵、垃圾滲出液下滲、上層咸水體入侵下層淡水、污水回灌等因素所引發(fā)的地下水污染問題日益嚴(yán)重，地下水污染的預(yù)測和防治顯得尤為重要。作為此類問題的重要研究方法，室內(nèi)物理模擬儀具有很多優(yōu)點，做為物理模擬的主要工具，地下水模擬裝置影響著物理模擬研究領(lǐng)域的發(fā)展，近年來，國內(nèi)外涌現(xiàn)了一大批這類的裝置。例如，由前人研制的二維水動力彌散槽，它可以模擬污染物在含水層中的對流彌散情況，能測定彌散系數(shù)，但是該儀器只能模擬單個含水層；又如由前人研制的地下水污染模擬槽，該裝置可以模擬多個含水層，但是不能單獨的調(diào)節(jié)各個含水層的水動力條件。從前人的研究中反映出目前的地下水污染模擬儀存在如下幾個缺陷其一在模擬野外含水層方面，現(xiàn)階段所使用的物理模擬裝置只能調(diào)節(jié)一個含水層或者不能單獨控制水動力條件的多含水層，而野外情況大多為多層含水層系統(tǒng)，以致實驗結(jié)果很難與野外情況吻合；其二現(xiàn)階段所有砂槽模型都是類似海水入侵的平面模型，而缺少能研究垂向入滲的模擬裝置。近年來，各個領(lǐng)域都嘗試運用系統(tǒng)理論分析解決實際問題。而地下水系統(tǒng)理論是研究和解決水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)問題的核心理論基礎(chǔ)，運用地下水系統(tǒng)理論分析地下水污染問題，構(gòu)建更接近野外真實水文地質(zhì)條件的復(fù)雜物理模型是地下水污染物理模擬發(fā)展的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，不僅解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而且其測定方便，誤差小。實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為一種基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，至少包括模擬槽、測壓裝置、水頭調(diào)節(jié)裝置以及降雨裝置，所述的模擬槽包括滲流槽和位于滲流槽兩側(cè)的上游水箱和下游水箱，三者的高度一致，上游水箱和下游水箱與滲流槽之間均由固定有致密紗網(wǎng)的多孔板隔開，上游水箱和下游水箱內(nèi)分別設(shè)有對應(yīng)的3 7個能夠獨立調(diào)節(jié)滲流槽中的含水層厚度的隔層，上游水箱的各隔層均設(shè)有進(jìn)水孔，下游水箱的各隔層均設(shè)有出水孔，進(jìn)水孔和出水孔均與水頭調(diào)節(jié)裝置連接；滲流槽的正反兩面分別設(shè)有均勻分布的取樣孔和測壓孔，測壓孔與測壓裝置連接，測壓裝置包括測壓器和與測壓孔連通的水管；水頭調(diào)節(jié)裝置設(shè)有兩個，分別與上游水箱和下游水箱對應(yīng)，水頭調(diào)節(jié)裝置包括支架、溢水盒、水管以及升降桿，溢水盒安裝于升降桿上并能夠沿著升降桿上下滑動，溢水盒的數(shù)量與隔層相對應(yīng)為3 7個，溢水盒的底部設(shè)有通過水管與各隔層的進(jìn)水孔相連通的進(jìn)水口 ；降雨裝置位于滲流槽的上方，降雨裝置的管道上均勻分布有降雨孔，管道的一端封閉，另一端與水源連接。上游水箱和下游水箱內(nèi)的隔層設(shè)有5個；所述的水頭調(diào)節(jié)裝置上還設(shè)有蠕動泵， 蠕動泵通過水管與溢水盒連通，溢水盒的底部還設(shè)有排水口。降雨裝置的管道呈柵欄狀，管道的一端通過橡膠塞封閉，管道的另一端通過水管和玻璃轉(zhuǎn)子流量計與水源連接，呈柵欄狀的管道由2根直徑為20mm的管道和5根直徑為 IOmm的管道構(gòu)成，降雨孔的直徑為0. 5mm，均勻分布在直徑為IOmm的管道上。所述的取樣孔的數(shù)量為60個，呈6X10矩陣分布，取樣孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭， 外側(cè)連接有外絲直通，外絲直通上安裝有帶有硅膠墊圈的堵頭，寶塔接頭上通過硅膠管連接有玻璃管，寶塔接頭與玻璃管之間用不銹鋼卡箍和鋁皮固定，玻璃管的另一端通過固定有雙層紗網(wǎng)。所述的測壓孔的數(shù)量為30個，呈6)(5矩陣分布。滲流槽上還設(shè)有監(jiān)測孔，所述的監(jiān)測孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭，外側(cè)連接有外絲直通，寶塔接頭上連接有玻璃管，玻璃管的一端通過硅膠管固定有用來采集信息的電極，電極的導(dǎo)線穿過玻璃管、寶塔接頭以及外絲直通與外部的儀器連接，玻璃管、寶塔接頭以及外絲直通內(nèi)均通過玻璃膠或者硅橡膠密封。所述的滲流槽上還設(shè)有流場觀察孔，流場觀察孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭，外側(cè)連接有外絲直通，外絲直通上固定有盛裝有紅墨水的橡膠套。所述的模擬槽、多孔板以及管道的材質(zhì)均采用有機玻璃，所述的水管為硅膠管。本發(fā)明提供的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀有以下優(yōu)點1、 它可以模擬多個含水層和弱透水層系統(tǒng)，并且可靈活設(shè)置各含水層和弱透水層厚度，可獨立控制各含水層和弱透水層的水動力條件。2、滲流槽上設(shè)有的取樣孔和監(jiān)測孔，能夠同時采用取樣監(jiān)測和在線監(jiān)測。3、該裝置既可以模擬橫向污染，又可以模擬垂向越流污染，既可用于水質(zhì)演化機理探討，又可以用于彌散系數(shù)等參數(shù)測定，具有廣泛的應(yīng)用價值和繼續(xù)開發(fā)的功能。


圖1為本發(fā)明提供的地下水污染模擬儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為降雨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為水頭調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為取樣孔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為監(jiān)測孔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為觀察孔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-上游水箱，2-下游水箱，3-滲流槽，4-多孔板，5-降雨管道，6_測壓器， 7-橡膠塞，8-玻璃轉(zhuǎn)子流量計，9-角鋼架，10-升降桿，11-溢水盒，12-蠕動泵，13-進(jìn)水口， 14-排水口，15-進(jìn)水孔，16-測壓孔，17-寶塔接頭，18-外絲直通，19-堵頭，20-有機玻璃管，21-電極，22-橡膠套。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明。
本發(fā)明提供的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包括模擬槽、測壓裝置、水頭調(diào)節(jié)裝置以及降雨裝置，模擬槽由滲流槽3和位于滲流槽3兩側(cè)的上游水箱1和下游水箱2組成，三者的高度一致，上游水箱1和下游水箱2與滲流槽3之間均由固定有致密紗網(wǎng)的多孔板4隔開，所述的模擬槽和多孔板4的材質(zhì)均為有機玻璃。上游水箱1和下游水箱2內(nèi)分別設(shè)有對應(yīng)的3 7個能夠獨立調(diào)節(jié)滲流槽中的含水層厚度的隔層，在本實施例中，隔層設(shè)有5個。上游水箱1的各隔層均設(shè)有進(jìn)水孔15，下游水箱2的各隔層均設(shè)有出水孔，進(jìn)水孔15和出水孔均與水頭調(diào)節(jié)裝置連接。滲流槽3的正反兩面分別設(shè)有均勻分布的取樣孔和測壓孔16，其中取樣孔位于滲流槽3的反面，數(shù)量為60個，呈6X10矩陣分布，且其橫向間距是縱向間距的2倍。取樣孔的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭17，外側(cè)連接有外絲直通18，外絲直通18上安裝有帶有硅膠墊圈的堵頭19，寶塔接頭17上通過硅膠管連接有玻璃管，本實施例中所述的玻璃管均為有機玻璃管。各取樣孔上的有機玻璃管20的長度為10 20cm不等，寶塔接頭 17與有機玻璃管20之間用不銹鋼卡箍和鋁皮固定，有機玻璃管20的另一端通過硅膠管和氯仿固定有雙層紗網(wǎng)。滲流槽3的反面還設(shè)有在線監(jiān)測孔，監(jiān)測孔的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭17，外側(cè)連接有外絲直通18，寶塔接頭17上連接有機玻璃管20，有機玻璃管20的一端通過硅膠管固定有用來采集信息的電極21，電極21的導(dǎo)線穿過有機玻璃管20、寶塔接頭17 以及外絲直通18與外部的儀器連接，電極21的導(dǎo)線與玻璃管、寶塔接頭和外絲直通之間均通過玻璃膠或者硅橡膠密封。測壓孔16均勻分布于滲流槽3的正面，數(shù)量為30個，呈6)(5矩陣分布。測壓孔16 與測壓裝置連接，測壓裝置包括測壓器6和與測壓孔16連通的水管，本實施例中所用的水管均為硅膠管。滲流槽3的正面還設(shè)有流場觀察孔，觀察孔的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭17，外側(cè)連接有外絲直通18，外絲直通18上固定有盛裝有紅墨水的橡膠套22。將橡膠套22內(nèi)的紅墨水通過寶塔接頭擠進(jìn)滲流槽內(nèi)即可觀察裝置內(nèi)的流場狀況。水頭調(diào)節(jié)裝置設(shè)有兩個，分別與上游水箱1和下游水箱2對應(yīng)，水頭調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括支架、蠕動泵12、溢水盒11、水管以及升降桿10，所述的支架為角鋼架 9，升降桿10焊接固定在角鋼架9上。溢水盒11通過螺絲扭桿安裝于升降桿10上并能夠沿著升降桿10上下滑動，溢水盒11的數(shù)量與隔層相對應(yīng)為3 7個，在本實施例中與隔層對應(yīng)設(shè)有5個。溢水盒11的底部設(shè)有兩個進(jìn)水口 13，進(jìn)水口 13通過水管與各隔層的進(jìn)水孔15或出水孔相連通，溢水盒11的底部還設(shè)有排水口 13。蠕動泵12通過水管與溢水盒 11連通。降雨裝置位于滲流槽的上方，降雨裝置的降雨管道5上均勻分布有降雨孔，降雨管道5的一端封閉，另一端與水源連接。降雨裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，降雨管道5呈柵欄狀， 管道的一端通過橡膠塞7封閉，管道的另一端通過水管和玻璃轉(zhuǎn)子流量計8與水源連接。呈柵欄狀的管道由2根直徑為20mm的管道和5根直徑為IOmm的管道構(gòu)成，降雨孔的直徑為 0. 5mm，均勻分布在直徑為IOmm的管道上，本實施例中所述的管道均為有機玻璃管。本發(fā)明所提供的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀的工作原理如下，現(xiàn)舉例說明。
地下水的流動系統(tǒng)并不是由單一的含水層組成的，而是由復(fù)雜的多個含水層并存的，本例中模擬華北平原咸水入侵深層淡水。選擇滄州地質(zhì)剖面，將含水層概化為三層，由下而上依次是細(xì)沙粉砂層、黏性土層、細(xì)沙層，取相應(yīng)土樣一層一層的均勻裝入滲流槽。為了更符合野外實際情況，本發(fā)明將上游水箱和下游水箱內(nèi)分別設(shè)置有5個隔層，每個隔層與對應(yīng)的溢水盒相連，通過蠕動泵可以靈活多變的控制每個含水層的流量，以及獨立控制水動力條件。將下層含水層對應(yīng)的三個溢水盒高度調(diào)節(jié)為一致，通過蠕動泵控制溢水盒的進(jìn)水量，由下往上緩慢通入淡水，并逐漸調(diào)節(jié)三個溢水盒的高度，使下游水箱對應(yīng)的溢水盒的高度略低上游的溢水盒高度，待黏土層全部飽水后，將上層咸水所對應(yīng)的溢水盒的高度調(diào)節(jié)一致，按照同樣的方法對滲流槽的上含水層通入咸水，待飽水完后保持水頭穩(wěn)定。本發(fā)明可以模擬多層含水層系統(tǒng)的地下水污染情況，通過水頭調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)上下游水頭高度，兩水頭存在一定的水頭差，從下往上使細(xì)沙粉砂層、黏土層、粉砂層飽水，黏土層作為弱透水層將滲流槽內(nèi)部分成三層，分別有三個水頭對應(yīng)控制三層含水層厚度，從而模擬多層地下水系統(tǒng)水污染情況。在本例中設(shè)下層為淡水，上層為咸水，從而模擬咸淡水入侵的狀況。實驗開始后， 每隔5個小時選取一定數(shù)量的取樣孔，從中取少量溶液于試管中，通過電導(dǎo)率儀測其電導(dǎo)率并記錄；同時每隔2小時記錄與監(jiān)測孔中的電極所連接的電導(dǎo)率儀上的數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)變化不明顯為止，根據(jù)以上數(shù)據(jù)即可繪制出等濃度線圖。同時每隔2小時記錄測壓器上的數(shù)據(jù)。從以上得出的數(shù)據(jù)以及根據(jù)數(shù)據(jù)所繪制出得圖形中即可分析出實驗結(jié)果。本發(fā)明提供的裝置不僅能夠進(jìn)行彌散系數(shù)、滲透系數(shù)等參數(shù)測定，同時能夠模擬在水巖相互作用、人為大量抽取地下水等條件對水質(zhì)演化的影響，其測定方便、誤差小。
權(quán)利要求
1.一種基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于至少包括模擬槽、測壓裝置、水頭調(diào)節(jié)裝置以及降雨裝置，所述的模擬槽包括滲流槽和位于滲流槽兩側(cè)的上游水箱和下游水箱，三者的高度一致，上游水箱和下游水箱與滲流槽之間均由固定有致密紗網(wǎng)的多孔板隔開，上游水箱和下游水箱內(nèi)分別設(shè)有對應(yīng)的3 7個能夠獨立調(diào)節(jié)滲流槽中的含水層厚度的隔層，上游水箱的各隔層均設(shè)有進(jìn)水孔，下游水箱的各隔層均設(shè)有出水孔，進(jìn)水孔和出水孔均與水頭調(diào)節(jié)裝置連接；滲流槽的正反兩面分別設(shè)有均勻分布的取樣孔和測壓孔，測壓孔與測壓裝置連接，測壓裝置包括測壓器和與測壓孔連通的水管；水頭調(diào)節(jié)裝置設(shè)有兩個，分別與上游水箱和下游水箱對應(yīng)，水頭調(diào)節(jié)裝置包括支架、溢水盒、 水管以及升降桿，溢水盒安裝于升降桿上并能夠沿著升降桿上下滑動，溢水盒的數(shù)量與隔層相對應(yīng)為3 7個，溢水盒的底部設(shè)有通過水管與各隔層的進(jìn)水孔相連通的進(jìn)水口 ；降雨裝置位于滲流槽的上方，降雨裝置的管道上均勻分布有降雨孔，管道的一端封閉，另一端與水源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于上游水箱和下游水箱內(nèi)的隔層設(shè)有5個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于所述的水頭調(diào)節(jié)裝置上還設(shè)有蠕動泵，蠕動泵通過水管與溢水盒連通，溢水盒的底部還設(shè)有排水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于降雨裝置的管道呈柵欄狀，管道的一端通過橡膠塞封閉，管道的另一端通過水管和玻璃轉(zhuǎn)子流量計與水源連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于呈柵欄狀的管道由2根直徑為20mm的管道和5根直徑為IOmm的管道構(gòu)成，降雨孔的直徑為0. 5mm，均勻分布在直徑為IOmm的管道上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于取樣孔的數(shù)量為60個，呈6X10矩陣分布，取樣孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭，外側(cè)連接有外絲直通，外絲直通上安裝有帶有硅膠墊圈的堵頭，寶塔接頭上通過硅膠管連接有玻璃管，寶塔接頭與玻璃管之間用不銹鋼卡箍和鋁皮固定，玻璃管的另一端通過固定有雙層紗網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于測壓孔的數(shù)量為30個，呈6)(5矩陣分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于滲流槽上還設(shè)有監(jiān)測孔，所述的監(jiān)測孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭，外側(cè)連接有外絲直通，寶塔接頭上連接有玻璃管，玻璃管的一端通過硅膠管固定有用來采集信息的電極，電極的導(dǎo)線穿過玻璃管、寶塔接頭以及外絲直通與外部的儀器連接，玻璃管、寶塔接頭以及外絲直通內(nèi)均通過玻璃膠或者硅橡膠密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于所述的滲流槽上還設(shè)有流場觀察孔，流場觀察孔的內(nèi)側(cè)連接有寶塔接頭，外側(cè)連接有外絲直通，外絲直通上固定有盛裝有紅墨水的橡膠套。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，其特征在于所述的模擬槽、多孔板以及管道的材質(zhì)均采用有機玻璃，所述的水管為硅膠管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀，包括模擬槽、測壓裝置、水頭調(diào)節(jié)裝置以及降雨裝置，所述的模擬槽包括滲流槽和位于滲流槽兩側(cè)的上游水箱和下游水箱；滲流槽的正反兩面分別設(shè)有均勻分布的取樣孔和測壓孔，測壓孔與測壓裝置連接；水頭調(diào)節(jié)裝置設(shè)有兩個，分別與上游水箱和下游水箱對應(yīng)，水頭調(diào)節(jié)裝置包括支架、溢水盒、水管以及升降桿；降雨裝置位于滲流槽的上方，降雨裝置的管道上均勻分布有降雨孔，管道的一端封閉，另一端與水源連接。本發(fā)明所提供的基于多層含水層地下水流系統(tǒng)的地下水污染模擬儀不僅可以模擬多個含水層和弱透水層的地下水流系統(tǒng)，而且其測定方便，誤差小。
文檔編號G01N13/00GK102520131SQ20111040646
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者和澤康, 張亞男, 張塏苡, 張長城, 彭浩, 成建梅, 李仲夏, 楊添程, 楊逸君, 沈丹萍, 潘歡迎, 王珺瑜, 粟燁, 魯濤濤 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)