一种监测黏土透镜体影响下潜流交换的实验装置

摘要

本发明公开了一种监测黏土透镜体影响下潜流交换现象的实验装置，主要包括：黏土透镜体影响下潜流交换物理模型，用于测量整个流场的水压力传感器系统，自动化读取数据的数据采集系统。黏土透镜体影响下潜流交换物理模型特征在于包括背面一个带有均匀探洞的有机玻璃板和正面一个不带探洞的有机玻璃板，两玻璃板之间放置不同大小的有机玻璃块模拟出黏土透镜体结构，并在两侧和底面分别放置带有均匀孔洞的玻璃板使之透水，并在外侧添加水箱。本装置结构合理，可操作性强，可以方便地调整黏土透镜体规模。模型装置中的压力传感器系统可以测量整个流场中的水动力条件，并且自动化读取数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测黏土透镜体影响下潜流交换的实验装置，特别涉及一种自动化监测黏土透镜体影响下潜流交换中水流运动规律的自动采集分析数据的装置，并可自行调节黏土透镜体长宽比、埋深、尺寸大小的实验装置，属于地下水探测技术领域。

背景技术

河流潜流带中，黏土透镜体的存在亦是非常普遍。冯普林等在分析渭河临潼河段多处河床组成特点的基础上，证实了黏土物质在河床中的出现具有普遍性。

潜流带中存在黏土透镜体对潜流交换造成了一定的影响。河床中黏性土由于其传导性低的特点，使得水不容易向下渗透，降低了河流水与地下水的交换，进而致使河流自净与修复能力减缓。对流交换是自然界潜流交换中普遍存在的一种形式，其特点是水流不是特别湍急，河床形态稳定，河床形态的不规则引起水头梯度产生对流运输，在河流带中发生得非常广泛。

在实验室中采用缓流加起伏沙丘的形式模拟对流交换，研究在黏土透镜体影响下的潜流对流交换。如何在实验室内有效的揭示不同规模的透镜体对潜流交换的影响机制，定量刻画黏土透镜体影响下潜流交换模型中的地下水运动规律，不仅对夯实潜流交换基础研究，揭示潜流交换机理具有重要的科学意义，而且对有效提升生态环境修复技术，指导生产实践也具有实际价值。

而针对于单个黏土透镜体其规模对于潜流影响的规律探究正是满足以上研究中最为基础的研究之一，掌握单个黏土透镜体规模对潜流的影响，更能够定量刻画透镜体对于潜流交换的影响，有利于更好地揭示黏土透镜体对潜流交换的影响规律。

目前，室内试验研究对黏土透镜体影响下的潜流交换鲜有研究。因此开发一种黏土透镜体影响下的潜流交换实验装置，具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有物理模型结构简单、数据自动化采集程度低、实时监测和动态监测能力不足等缺点，本发明提供一种设计新颖，结构可任意调节的自动化监测黏土透镜体影响下潜流交换的实验装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种监测黏土透镜体影响下潜流交换的实验装置，包括黏土透镜体影响下潜流交换模型、压力传感器系统、数据采集系统以及计算机，其中：

压力传感器系统，用于测量系统内部各点的实时水头压力值；数据采集系统，用于对压力传感器系统检测的水头压力值进行巡回检测，输出水头压力的实时数据，与压力传感器系统相连；黏土透镜体潜流交换模型，通过调节黏土透镜体的长宽比、埋深、尺寸大小来模拟不同的规模透镜体影响下的潜流交换情景，并通过导管与压力传感器系统相连；计算机，用于自动化读取数据，与数据采集系统相连，并通过内置的数据分析软件对读取的数据进行分析处理，研究水流运动规律。

作为本发明的进一步优化方案，所述黏土透镜体潜流交换模型包括两片有机玻璃、夹于两片有机玻璃之间的若干椭圆柱形有机玻璃块，其中一片有机玻璃上均匀设有探洞；两片有机玻璃的两端以及下部分别放置一隔砂板；隔砂板结构为有机玻璃板-钢丝网-隔砂布，隔砂板的有机玻璃板上设有均匀孔洞；下部的隔砂板上方填充石英砂，下方为不含石英砂的无砂水层，椭圆柱形有机玻璃块固定在石英砂层中心；两片有机玻璃及其之间的的若干椭圆柱形有机玻璃块形成黏土透镜体结构。

作为本发明的进一步优化方案，有机玻璃上均匀设置的探洞为测压孔，测压孔通过导管与压力传感器系统连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述若干椭圆柱形有机玻璃块具有若干不同尺寸、不同埋深。

作为本发明的进一步优化方案，所述无砂水层具有不同的水头。

作为本发明的进一步优化方案，所述数据采集系统包括一个巡检仪及一个开关电源。

作为本发明的进一步优化方案，所述压力传感器系统包括一系列压力传感器及一个固定压力传感器的实验装置。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明自动化监测黏土透镜体影响下的潜流交换规律的实验装置结构合理，可操作性强，装置的设计，可以方便地调整黏土透镜体的各个尺寸参数，在模型装置中的不同位置安装压力传感器，可以测量整个流场中的水动力条件；另外，自动化读取数据，避免人为误差。

附图说明

图1是本发明监测黏土透镜体影响下潜流交换实验装置的结构示意图。

其中，1-水箱；2-隔砂板；3-椭圆柱形有机玻璃块；4-无砂水层；5-测压孔；6-人造砂丘；7-孔；8-数据采集系统；9-计算机；10-定水头水箱；11-定水头水箱；12-定水头水箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明监测黏土透镜体影响下潜流交换实验装置，如图1所示，包括黏土透镜体影响下潜流交换模型、水箱1、压力传感器系统、数据采集系统8及计算机9。压力传感器系统，用于测量系统内部各点的实时水头压力值；数据采集系统8，用于对压力传感器系统检测的水头压力值进行巡回检测，输出水头压力的实时数据，与压力传感器系统相连；黏土透镜体潜流交换模型，通过调节黏土透镜体的长宽比、埋深、尺寸大小来模拟不同的规模透镜体影响下的潜流交换情景，并通过导管与压力传感器系统相连；计算机9，用于自动化读取数据，与数据采集系统相连，并通过内置的数据分析软件对读取的数据进行分析处理，研究水流运动规律.

黏土透镜体潜流交换模型包括两片有机玻璃、夹于两片有机玻璃之间的若干椭圆柱形有机玻璃块3，其中一片有机玻璃上均匀设有探洞5；两片有机玻璃的两端以及下部分别放置一隔砂板2；隔砂板2结构为有机玻璃板-钢丝网-隔砂布，隔砂板2的有机玻璃板上设有均匀孔洞使之透水；下部的隔砂板2上方填充石英砂，下方为不含石英砂的无砂水层4，椭圆柱形有机玻璃块3固定在石英砂层中心；两片有机玻璃及其之间的的若干椭圆柱形有机玻璃块3形成黏土透镜体结构。黏土透镜体潜流交换模型的外侧添加水箱1。

水流从水龙头流入定水头水箱10而后水流从孔7流入水箱1，通过隔砂板2缓慢流动到黏土透镜体潜流交换模型主体内部，在人造砂丘6的作用下发生对流交换，同时定水头水箱12和11可调节下游水头和地下水水头。在这个过程中，水流在人造砂丘6表面进入砂层向下运动，在椭圆柱形有机玻璃块3影响下发生绕流，最远可以穿过底部隔砂板与底部无砂水槽4发生交换，而后又在压力梯度作用下向上穿过底部隔砂板向上运动，并最终返回砂丘表面，形成潜流循环。

黏土透镜体潜流交换模型的背部有机玻璃上设置的均匀探洞为测压孔5，测压孔5通过导管与压力传感器系统连接，压力传感器系统采集流场中压力数据并传入数据采集系统8中的巡检仪中，巡检仪将信号转化后传入计算机9中，计算机中的数据分析软件对采集的数据进行分析处理，研究水流运动规律。

在对本发明进行实施时，先将黏土透镜体在所需埋深处固定好，打开压力传感器系统5，数据采集系统8和计算机9，注水。水流经过黏土透镜体潜流交换模型运动，便可在计算机中观察到整个流场的压力分布，实现自动化采集分析数据，研究在黏土透镜体影响下潜流交换的规律。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。