一种用于教学的潜水径流模拟实验方法与流程

本发明涉及一种模拟实验方法，具体地说是涉及一种用于教学的潜水径流模拟实验方法。

背景技术：

在传统的地下水科学、水文地质专业的基础水文地质教学中，潜水径流、地下水运移等理论主要以课堂讲解的形式传授给学生，缺少必要的实体模型为学生进行地下水径流及运移过程的演示。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种用于教学的潜水径流模拟实验方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种用于教学的潜水径流模拟实验方法，采用潜水径流模拟实验装置，该装置包括顶端开口的透明箱体，在透明箱体的一端设置有第一导水隔砂挡板，另一端设置有第二导水隔砂挡板，第一导水隔砂挡板和第二导水隔砂挡板将透明箱体分隔成补给水箱、排泄水箱和主体砂槽，补给水箱和排泄水箱位于主体砂槽的两端，在补给水箱的外侧设置有第一定水位溢水槽，第一定水位溢水槽与带动其上下运动的第一升降螺杆连接，第一升降螺杆与第一电动机传动连接，在第一定水位溢水槽的内部设置有第一隔水板，第一隔水板将第一定水位溢水槽分隔成第一腔室和第二腔室，第一腔室通过第一定水头溢水管与补给水箱的底部连通，第二腔室通过第一溢出水回流管与循环水箱的上部连通，循环水箱通过供水管与补给水箱连通，在供水管上设置有供水泵，在排泄水箱的外侧设置有第二定水位溢水槽，第二定水位溢水槽与带动其上下运动的第二升降螺杆连接，第二升降螺杆与第二电动机传动连接，在第二定水位溢水槽的内部设置有第二隔水板，第二隔水板将第二定水位溢水槽分隔成第三腔室和第四腔室，第三腔室通过第二定水头溢水管与排泄水箱的底部连通，第四腔室通过第二溢出水回流管与循环水箱的上部连通，在主体砂槽内间隔设置有测压管，所述测压管包括测压外管体，测压外管体在砂槽内竖向布置，在测压外管体的内部上下不同高度处设置有与主体砂槽连通的集水槽，每一集水槽通过一测压导管与一玻璃管连通，所述玻璃管设置于主体砂槽的侧壁上；该方法的具体步骤如下：

(1)向主体砂槽填入筛分好的均质砂土，循环水箱加满水，第一电动机、第二电动机和供水泵连接电源，准备试验；

(2)开启第一电动机和第二电动机，第一电动机通过第一升降螺杆调整第一定水位溢水槽的高度，第二电动机通过第二升降螺杆调整第二定水位溢水槽的高度，确定补给、排泄水位；打开供水泵向补给水箱开始供水，观察地下水运移情况和测压管水头变化情况；

(3)保持第一定水位溢水槽和第二定水位溢水槽高度不变，待各测压管水头基本稳定时，读取各测压管水头值；

(4)根据装置稳定时的测压管水头值，绘制潜水稳定径流场的水头等值线图，并据此绘制潜水稳定径流场流线图、计算相关水文地质参数。

优选的，所述透明箱体的顶部纵向设置有加固板，所述测压管的顶端与加固板的中心固定。

优选的，所述集水槽是由设置于测压外管体内部的上水平板、下水平板和测压外管体的管壁围拢形成，所述测压外管体的管壁在对应上水平板和下水平板之间的位置处设置成刚性导水隔砂网结构。

优选的，所述测压管上设置有3-5个集水槽，与同一测压管上的集水槽连接的玻璃管均竖向固定在同一固定板上，在固定板上设置有刻度。

本发明的有益技术效果是：

本发明可以在补给和排泄较为理想的条件下对地下水运移过程进行模拟，为学生进行地下水径流及运移过程的演示，同时本发明还可获取潜水含水层及潜水运移的相关参数，为绘制潜水稳定径流场的水头等值线图等提供数据支持。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明方法所采用实验装置的主视图；

图2为本发明方法所采用实验装置的俯视图；

图3为本发明方法所采用实验装置中测压管的结构原理示意图。

图中：1-透明箱体，101-补给水箱，102-排泄水箱，103-主体砂槽，2-第一导水隔砂挡板，3-第二导水隔砂挡板，4-第一定水位溢水槽，5-第一升降螺杆，6-第一电动机，7-第一隔水板，8-第一定水头溢水管，9-第一溢出水回流管，10-循环水箱，11-供水管，12-供水泵，13-第二定水位溢水槽，14-第二升降螺杆，15-第二电动机，16-第二隔水板，17-第二定水头溢水管，18-第二溢出水回流管，19-测压管，1901-测压外管体，1902-集水槽，1903-测压导管，1904-玻璃管，1905-刚性导水隔砂网结构，20-支撑墙，21-加固板，22-固定板,23-均质砂土，24-支撑板。

具体实施方式

结合附图，一种用于教学的潜水径流模拟实验方法，其采用潜水径流模拟实验装置，该装置包括顶端开口的透明箱体1，在透明箱体1的一端设置有第一导水隔砂挡板2，另一端设置有第二导水隔砂挡板3，第一导水隔砂挡板2和第二导水隔砂挡板3均起到对砂阻隔且可让水流通过的作用。第一导水隔砂挡板2和第二导水隔砂挡板3将透明箱体1分隔成补给水箱101、排泄水箱102和主体砂槽103，补给水箱101和排泄水箱102位于主体砂槽103的两端。在补给水箱101的外侧设置有第一定水位溢水槽4，第一定水位溢水槽4与带动其上下运动的第一升降螺杆5连接，第一升降螺杆5与第一电动机6传动连接。在第一定水位溢水槽4的内部设置有第一隔水板7，第一隔水板7将第一定水位溢水槽分隔成第一腔室和第二腔室，第一腔室通过第一定水头溢水管8与补给水箱101的底部连通，第二腔室通过第一溢出水回流管9与循环水箱10的上部连通。循环水箱10通过供水管11与补给水箱101连通，在供水管11上设置有供水泵12。在排泄水箱102的外侧设置有第二定水位溢水槽13，第二定水位溢水槽13与带动其上下运动的第二升降螺杆14连接，第二升降螺杆14与第二电动机15传动连接，在第二定水位溢水槽13的内部设置有第二隔水板16，第二隔水板16将第二定水位溢水槽分隔成第三腔室和第四腔室，第三腔室通过第二定水头溢水管17与排泄水箱102的底部连通，第四腔室通过第二溢出水回流管18与循环水箱10的上部连通。在主体砂槽103内间隔设置有测压管19，所述测压管19包括测压外管体1901，测压外管体1901在砂槽内竖向布置，在测压外管体的内部上下不同高度处设置有与主体砂槽连通的集水槽1902，每一集水槽1902通过一测压导管1903与一玻璃管1904连通，所述玻璃管1904设置于主体砂槽的侧壁上。该方法的具体步骤如下：

(1)向主体砂槽103填入筛分好的均质砂土23，循环水箱10加满水，第一电动机6、第二电动机15和供水泵12连接电源，准备试验；

(2)开启第一电动机6和第二电动机15，第一电动机6通过第一升降螺杆5调整第一定水位溢水槽4的高度，第二电动机15通过第二升降螺杆14调整第二定水位溢水槽13的高度，确定补给、排泄水位；打开供水泵12向补给水箱101开始供水，注意观察地下水运移情况和测压管19水头变化情况；

(3)保持第一定水位溢水槽4和第二定水位溢水槽13高度不变，待各测压管19水头基本稳定时，读取各测压管19水头值；

(4)根据装置稳定时的测压管19水头值，绘制潜水稳定径流场的水头等值线图，并据此绘制潜水稳定径流场流线图、计算相关水文地质参数。

上述测压管19的水头变化情况和水头值等可通过与测压导管1903相连通的玻璃管1904反应出。

本发明可以在补给和排泄较为理想的条件下对地下水运移过程进行模拟，为学生进行地下水径流及运移过程的演示，同时本发明还可获取潜水含水层及潜水运移的相关参数，为绘制潜水稳定径流场的水头等值线图等提供数据支持。本发明测压管采用集水槽的结构方式采集主体砂槽特定位置的水，提高了水头值等参数获取的即时性及准确性。本发明通过定水位溢水槽可调节补给水箱和排泄水箱的水位，定水位溢水槽通过螺母和升级螺杆配合进行高度调节，操作精准，简单方便，而且定水位溢水槽溢出的水可返回循环水箱进行重复利用，避免水资源浪费。

作为对本发明的进一步设计，所述透明箱体1是由有机玻璃板加工制成，轻质高强且方便观察。所述透明箱体的底部两端设置有支撑墙20，所述循环水箱10位于两支撑墙之间。在透明箱体1的顶部两端设置有支撑板24，第一电动机6和第二电动机15分别放置在两端的支撑板24上。

更进一步的，所述第一定水位溢水槽4与第一螺母连接，第一螺母与第一升降螺杆5配合使用，随着第一升降螺杆5在第一电动机6的带动下进行正转和反转，进而可带动第一定水位溢水槽上升或下降，比较类似于丝杠与丝母的传动过程。第二定水位溢水槽13与第二螺母连接，第二螺母与第二升降螺杆14配合使用，具体运动过程同上。

进一步的，所述供水管与补给水箱的底部连接，在供水管上设置有单向截止阀。

更进一步的，所述透明箱体1的顶部纵向设置有加固板21，所述测压管19的顶端与加固板21的中心固定。加固板21的设置一方面可起到对透明箱体的加固作用，防止主体砂槽处出现变形情况，另一方面可起到固定测压管19的作用。

进一步的，所述集水槽1902是由设置于测压外管体内部的上水平板、下水平板和测压外管体的管壁围拢形成，所述测压外管体的管壁在对应上水平板和下水平板之间的位置处设置成刚性导水隔砂网结构1905。

更进一步的，所述测压管上设置有3个集水槽，分别与同一测压管上的3个集水槽连接的3个玻璃管1904均竖向固定在同一固定板22上，在固定板22上设置有刻度，以读取测压管水头值。

本发明可用于多种岩土性质的包气带、潜水含水层的地下水径流、运移模拟。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同代替方式，或是明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。