一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置。包括：可循環(huán)、大小可調(diào)節(jié)的孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型，污染投放裝置，用于測量實驗裝置內(nèi)水流流動和溶質(zhì)運移特征的壓力傳感器與電導(dǎo)率傳感器，自動化讀取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？刹鹦秾嶒炑b置特征在于包括帶弧形軌道的亞克力板(前后兩側(cè))，以及有截斷裝置的左右側(cè)截板和底板。本裝置結(jié)構(gòu)合理，可操作性強，可以實現(xiàn)模擬介質(zhì)的更換，改變模型尺寸，調(diào)整介質(zhì)的表面坡度。模型裝置中的傳感器以及集成式巡檢儀系統(tǒng)可以高效自動讀取整個系統(tǒng)的水頭和溶質(zhì)濃度信息，并且自動化讀取數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的可拆卸，并可自行調(diào)節(jié)模型大小的實驗裝置，屬于地下水模擬技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]地下水溶質(zhì)運移的研究，在處理簡單問題的理論上已十分成熟，研究重心已移向復(fù)雜或特殊條件下的問題。實際工程遇到的地基條件與地下透水條件時常是復(fù)雜多變的， 即使在簡單條件下已被實踐證明為成熟甚至完善的理論，在復(fù)雜或特殊條件下往往難于直接發(fā)揮作用，或可信度不高。
[0003]現(xiàn)有的地下水孔隙介質(zhì)溶質(zhì)迀移模型數(shù)量較少，且往往尺寸單一，無法調(diào)節(jié)。同時，現(xiàn)有的模型中多孔介質(zhì)易吸附污染物，形成殘留，對后期實驗結(jié)果造成影響。對于污染源的源頭，傳統(tǒng)模型往往不加以區(qū)分，未能根據(jù)具體情況分設(shè)研究裝置，使得迀移規(guī)律不具有全面性和針對性。
[0004]地下水污染問題是當(dāng)代水文水資源和水環(huán)境保護(hù)研究領(lǐng)域之中的重要科學(xué)問題之一。地下水污染通常發(fā)生在地表以下，其物理機制復(fù)雜，監(jiān)測困難，環(huán)境修復(fù)技術(shù)手段也不成熟。本次實驗裝置的研制，是為了給地下水污染機理和修復(fù)研究提供監(jiān)測直觀、操作靈活的儀器，以研制可視化強、自動化數(shù)據(jù)采集、試驗場景變換簡單的物理實驗?zāi)Ｐ蜑槟繕?biāo)， 便于輔助更深入的地下水污染問題的研究，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型結(jié)構(gòu)單一、難以清理的缺點，提供一種設(shè)計新穎，孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型結(jié)構(gòu)可擴展調(diào)節(jié)且易清理的實驗裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，可采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，包括孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型，點源投放裝置、非點源投放裝置，壓力傳感器、電導(dǎo)率傳感器、數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器及電導(dǎo)率傳感器均用于測量整個流場與溶質(zhì)特征；
[0008]所述孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型包括若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元及連接基礎(chǔ)介質(zhì)單元的擴展介質(zhì)單元;所述擴展介質(zhì)單元包括孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型一對對應(yīng)的擴展側(cè)壁;所述若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元包括一對對應(yīng)的基礎(chǔ)側(cè)壁、位于該一對基礎(chǔ)側(cè)壁一端的端壁;而該一對基礎(chǔ)側(cè)壁的另一端連接所述擴展側(cè)壁;所述每個擴展側(cè)壁的一端內(nèi)表面以及基礎(chǔ)側(cè)壁一端的內(nèi)表面均設(shè)有縱向延伸的插槽;而每個擴展側(cè)壁的另一端內(nèi)表面設(shè)有縱向延伸并與相鄰的基礎(chǔ)側(cè)壁或者擴展側(cè)壁的插槽配合的縱向延伸的插塊;基礎(chǔ)介質(zhì)單元位于整個孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型的一端;而位于孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型的另一端的擴展介質(zhì)單元則設(shè)有插于該擴展介質(zhì)單元插槽內(nèi)的插板；
[0009]每個基礎(chǔ)介質(zhì)單元中及擴展介質(zhì)單元中均包括用以承載實驗介質(zhì)的承載板;每個基礎(chǔ)介質(zhì)單元中及擴展介質(zhì)單元中還設(shè)有與承載板兩端配合的弧形軌道，所述承載板的兩端分別裝配在弧形軌道中，并通過承載板兩端分別在兩側(cè)弧形軌道中的滑動而調(diào)整承載板的傾斜角度;在基礎(chǔ)介質(zhì)單元中，所述弧形軌道位于基礎(chǔ)側(cè)壁的內(nèi)側(cè);在擴展介質(zhì)單元中， 所述弧形軌道位于擴展側(cè)壁的內(nèi)側(cè)；
[0010]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接壓力傳感器及電導(dǎo)率傳感器并接收連接壓力傳感器及電導(dǎo)率傳感器采集的數(shù)據(jù)；
[0011]所述非點源污染投放裝置設(shè)置在孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型上方。
[0012]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明中的孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的可擴展設(shè)計可以方便地調(diào)整模型的大小并且方便模型的拆卸以利于清洗;弧形軌道的設(shè)計，可調(diào)節(jié)承載板坡度的大小;在模型裝置中的不同位置安裝壓力傳感器與電導(dǎo)率傳感器，可以測量整個流場中的溶質(zhì)運移情況;另外，使用巡檢儀與計算機，自動化讀取數(shù)據(jù)，避免人為誤差。
[0013]優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)介質(zhì)單元縱向?qū)盈B設(shè)置為一列。
[0014]優(yōu)選的，所述孔隙介質(zhì)模型還包括進(jìn)水口、出水口。
[0015]優(yōu)選的，在進(jìn)水口設(shè)置調(diào)速栗，對進(jìn)水流流量進(jìn)行調(diào)速;在出水口處通過管道設(shè)一水箱，同時，在介質(zhì)模型后增加一水栗，將水抽入進(jìn)水口，起到循環(huán)作用。
[0016]優(yōu)選的，所述非點源污染投放裝置為設(shè)置在孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型上方的降雨器。
[0017]優(yōu)選的，所述點源污染裝置為在介質(zhì)表面或內(nèi)部任意位置上放置的乳膠管。
[0018]優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個巡檢儀和一個電源。
[0019]優(yōu)選的，所述擴展側(cè)壁、基礎(chǔ)側(cè)壁、承載板均為亞克力板。【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置中孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明中擴展介質(zhì)單元與相鄰基礎(chǔ)介質(zhì)單元/擴展介質(zhì)單元連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明中位于整個孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型一端的擴展介質(zhì)單元中設(shè)置插板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置的坡度調(diào)節(jié)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施案例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0026]請參閱圖1所示，本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置包括孔隙結(jié)構(gòu)的介質(zhì)模型13,水箱7,非點源投放裝置6,用于循環(huán)的水栗4,壓力傳感器與電導(dǎo)率傳感器12,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11以及計算機10。水流通過布水管1進(jìn)入到水箱7中，再進(jìn)入孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型 13，水流經(jīng)孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13流出到出水口，在出水口處安裝流量計14，用來測量出流口的流量過程，再通過水箱及濾網(wǎng)15后排放。為分析孔隙介質(zhì)中水流運動規(guī)律以及其他水力學(xué)特征，需測定孔隙介質(zhì)中的壓力水頭，電導(dǎo)率等參數(shù)，在孔隙介質(zhì)中選擇相應(yīng)的位置點9 中的部分點作為測壓孔并通過導(dǎo)管連接到壓力傳感器系統(tǒng)12,測得對應(yīng)點處的水力參數(shù)， 將壓力傳感器及電導(dǎo)率傳感器系統(tǒng)連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時輸出，在計算機10中安裝數(shù)據(jù)處理軟件，自動化讀取所需數(shù)據(jù)值。為了直觀地觀測到孔隙介質(zhì)中溶質(zhì)運移規(guī)律，將有色液體通過進(jìn)口水箱7注入到介質(zhì)模型中，可視化研究溶質(zhì)運移規(guī)律。在本實施方式中所述非點源污染投放裝置6為設(shè)置在孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型上方的降雨器3。所述點源污染裝置為利用針管在介質(zhì)表面或在9處任意位置放置的乳膠管處注射污染物(未圖示)。
[0027]請結(jié)合圖2至圖5所示，所述孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13包括若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元21及連接基礎(chǔ)介質(zhì)單元21的擴展介質(zhì)單元22。在本實施方式中，所述基礎(chǔ)介質(zhì)單元21縱向?qū)盈B設(shè)置為一列，同樣的擴展介質(zhì)單元22也層疊設(shè)置為一列或者多列。所述擴展介質(zhì)單元22包括孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型一對對應(yīng)的擴展側(cè)壁23。所述若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元21包括一對對應(yīng)的基礎(chǔ)側(cè)壁24、位于該一對基礎(chǔ)側(cè)壁24—端的端壁25。而該一對基礎(chǔ)側(cè)壁24的另一端連接所述擴展側(cè)壁23。參閱圖3、圖4所示，每個擴展側(cè)壁23的一端內(nèi)表面以及基礎(chǔ)側(cè)壁24—端的內(nèi)表面均設(shè)有縱向延伸的插槽26;而每個擴展側(cè)壁23的另一端內(nèi)表面設(shè)有縱向延伸并與相鄰的基礎(chǔ)側(cè)壁24或者擴展側(cè)壁的插槽26配合的縱向延伸的插塊27。如圖4所示，基礎(chǔ)介質(zhì)單元21位于整個孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13的一端;而位于孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13的另一端的擴展介質(zhì)單元22 則設(shè)有插于該擴展介質(zhì)單元插槽內(nèi)的插板28而使該端密封。若在該端仍需要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)擴展，則可以將插板28取下而加裝芯的擴展介質(zhì)單元。在本實施方式中，該插板28的橫截面為中字形。
[0028]請再結(jié)合圖2及圖5所示，每個基礎(chǔ)介質(zhì)單元21中及擴展介質(zhì)單元22中均包括用以承載實驗介質(zhì)的承載板16。每個基礎(chǔ)介質(zhì)單元21中及擴展介質(zhì)單元22中還設(shè)有與承載板16 兩端配合的弧形軌道17,所述承載板16的兩端分別裝配在弧形軌道17中，并通過承載板16 兩端分別在兩側(cè)弧形軌道17中的滑動而調(diào)整承載板16的傾斜角度。在基礎(chǔ)介質(zhì)單元21中， 所述弧形軌道17位于基礎(chǔ)側(cè)壁24的內(nèi)側(cè);在擴展介質(zhì)單元中，所述弧形軌道17位于擴展側(cè)壁23的內(nèi)側(cè)。
[0029]操作時，按照需要的坡度和尺寸依次安裝并固定介質(zhì)模型13,并連接好進(jìn)水口 1， 傳感器12,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11和計算機10等。打開壓力傳感器和電導(dǎo)率傳感器系統(tǒng)12和電腦 10,然后打開閥門8。先讓水流經(jīng)降雨器充滿孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13,若有溢流情況，水流會從管道經(jīng)水栗4抽回水箱，循環(huán)利用。待孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型13中水流穩(wěn)定后，將有色液體投放在水箱7中，有色液體通過水箱7，降雨器3流入到介質(zhì)中，可直接觀測溶質(zhì)運移狀態(tài)，并通過壓力傳感器以及電導(dǎo)率傳感器12將信息收集于電腦，實現(xiàn)自動化和可視化研究孔隙介質(zhì)中的溶質(zhì)運移規(guī)律。
[0030]另外，本發(fā)明的具體實現(xiàn)方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。 應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:包括孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型，點 源投放裝置、非點源投放裝置，壓力傳感器、電導(dǎo)率傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器及電 導(dǎo)率傳感器均用于測量整個流場與溶質(zhì)特征；所述孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型包括若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元及連接基礎(chǔ)介質(zhì)單元的擴展介質(zhì)單元； 所述擴展介質(zhì)單元包括孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型一對對應(yīng)的擴展側(cè)壁;所述若干基礎(chǔ)介質(zhì)單元包 括一對對應(yīng)的基礎(chǔ)側(cè)壁、位于該一對基礎(chǔ)側(cè)壁一端的端壁;而該一對基礎(chǔ)側(cè)壁的另一端連 接所述擴展側(cè)壁;所述每個擴展側(cè)壁的一端內(nèi)表面以及基礎(chǔ)側(cè)壁一端的內(nèi)表面均設(shè)有縱向 延伸的插槽;而每個擴展側(cè)壁的另一端內(nèi)表面設(shè)有縱向延伸并與相鄰的基礎(chǔ)側(cè)壁或者擴展 側(cè)壁的插槽配合的縱向延伸的插塊;基礎(chǔ)介質(zhì)單元位于整個孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型的一端;而 位于孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型的另一端的擴展介質(zhì)單元則設(shè)有插于該擴展介質(zhì)單元插槽內(nèi)的插 板；每個基礎(chǔ)介質(zhì)單元中及擴展介質(zhì)單元中均包括用以承載實驗介質(zhì)的承載板;每個基礎(chǔ) 介質(zhì)單元中及擴展介質(zhì)單元中還設(shè)有與承載板兩端配合的弧形軌道，所述承載板的兩端分 別裝配在弧形軌道中，并通過承載板兩端分別在兩側(cè)弧形軌道中的滑動而調(diào)整承載板的傾 斜角度;在基礎(chǔ)介質(zhì)單元中，所述弧形軌道位于基礎(chǔ)側(cè)壁的內(nèi)側(cè);在擴展介質(zhì)單元中，所述 弧形軌道位于擴展側(cè)壁的內(nèi)側(cè)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接壓力傳感器及電導(dǎo)率傳感器并接收連接壓力傳感器及電導(dǎo)率 傳感器采集的數(shù)據(jù)；所述非點源污染投放裝置設(shè)置在孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述基礎(chǔ) 介質(zhì)單元縱向?qū)盈B設(shè)置為一列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述孔隙 介質(zhì)模型還包括進(jìn)水口、出水口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:在進(jìn)水口 設(shè)置調(diào)速栗，對進(jìn)水流流量進(jìn)行調(diào)速;在出水口處通過管道設(shè)一水箱，同時，在介質(zhì)模型后 增加一水栗，將水抽入進(jìn)水口，起到循環(huán)作用。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述 非點源污染投放裝置為設(shè)置在孔隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)模型上方的降雨器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述點源 污染裝置為在介質(zhì)表面或內(nèi)部任意位置上放置的乳膠管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述的數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)包括一個巡檢儀和一個電源。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質(zhì)運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述擴展 側(cè)壁、基礎(chǔ)側(cè)壁、承載板均為亞克力板。
【文檔編號】G01M10/00GK106092850SQ201610398388
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】魯程鵬, 吳燕, 劉為鋒, 徐慧敏
【申請人】河海大學(xué)