二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置的制作方法

本发明涉及一种二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置，在山区利用河道进行放水回灌时，能够模拟回灌过程中水和悬浮细颗粒物在二维孔隙介质空间中运移的试验装置，属于地下水人工回灌技术领域。

背景技术：

含水层补给管理——managedaquiferrecharge(mar)是有目的用各种水源通过不同的方式对含水层进行补给，用于以后的开采或取得环境效益。只要进行回灌必有含水层的堵塞，因此如何理解回灌过程中含水层堵塞的过程和机理，采取相应的措施，是含水层补给中面临的重大挑战。山区或山前平原地表水采用河道自然渗漏补给时，面临两个问题：一是由于河底坡度大，地表水流流速快，河道中的水流既有下渗过程也有径流过程，由于地层倾斜，渗漏分为地下垂直流和水平流；二是地表水中含有悬浮细颗粒，回灌过程中会引发孔隙介质的物理堵塞，从而改变地表水和地下的侧向和垂向渗漏量，降低回灌效率。

目前，为了提高回灌效率，人们在实验室利用沙柱模拟实验研究悬浮固体细颗粒物对含水介质堵塞的机理，但均是针对垂直入渗一维过程进行模拟，无法更加客观的表现实际回灌过程中悬浮细颗粒物在具有一定坡度的河流的二维空间中的迁移情况。

鉴于上述砂柱模拟实验装置无法在水平和垂向两个方向研究地表径流量、地下侧向径流量和有效下渗量，不能观察悬浮细颗粒物在二维方向的迁移以及堵塞对回灌效率造成的影响，因此本申请人设计了山区河道地表水渗漏补给过程中水和细颗粒物在二维孔隙介质中运移模拟物理模型试验装置，从而满足上述需求。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置，在实验室内模拟在山区河道进行地表放水时水和悬浮细颗粒物在地表和地下的运移过程，得出回灌过程中，不同条件下地表径流量、地下侧向径流量和下渗量和相应悬浮细颗粒运移及孔隙介质中堵塞的变化规律，提出合适的优化管理方案，保证河道的有效下渗量和长期运行寿命。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置，包括砂槽，砂槽上部为上蓄水槽，砂槽下部为下蓄水槽，砂槽内部设置竖直隔层，砂槽下部设置水平承托层，水平承托层和竖直隔层之间空间设置为一层以上介质层，竖直隔层与砂槽内壁之间空间自上而下分为地表出水槽、上层侧渗槽、下层侧渗槽，地表出水槽上设有模拟地表径流出水口、上层侧渗槽上设有模拟上方含水介质侧渗的出水口、下层侧渗槽设有模拟下方含水介质侧渗的出水口，地表出水槽、上层侧渗槽、下层侧渗槽均通过出水管道连接水样收集槽且出水管道上连接第一水表和第一阀门，砂槽上设有进水孔并通过进水管道连接水源槽且进水管道上连接第二水表和第二阀门。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，砂槽背部设有测压孔，测压孔经测压管与测压板上连接，用于监测砂槽内部水头值。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，竖直隔层和水平承托层为具有一定厚度的有机玻璃板，且表面开设有多个渗透孔。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，砂槽中设置一个固定架。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，水平承托层为板厚度8mm的有机玻璃板，开孔直径为6mm，孔间距为10mm，且开孔率大于孔隙率。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，下蓄水槽底部设有下出水口，下出水口经管道连接水槽，管道上设置第三水表和第三阀门。

所述二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置优选方案，砂槽为长方体结构，长50cm、高50cm、宽10cm。

本发明的优点在于：

砂槽占地面积很小，在实验室内进行模拟时较为简单容易，所需的水表水泵十分常见，容易买到，能够观察到二维孔隙介质空间中随悬浮细颗粒物迁移造成的水量变化，每隔一定时间测量一次浊度，也能实时了解悬浮细颗粒物的迁移情况。砂槽内可以填充不同的单层或双层含水介质，从而模拟不同地区的山区河道回灌情况。并且能够在了解地表径流量变化情况的同时，还能够了解下渗量和侧渗量变化情况。

附图说明

图1是本发明选定实施例主视示意图。

图2是本发明选定实施例立体示意图。

附图标记说明：1-水泵，2-第二阀门，3-第二水表，4-进水口，5-模拟地表径流出水口，6-模拟上方含水介质侧渗的出水口，7-模拟下方含水介质侧渗的出水口，8-下出水口，9-水平承托层，10-竖直隔层，11-第一水表，12-第一阀门，13-第三水表，14-第三阀门，15-砂槽，16-固定架，17-测压孔，a-地表出水槽，b-上层侧渗槽，c-下层侧渗槽。

值得注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种二维孔隙介质中水和细颗粒物运移模拟试验装置，包括砂槽15，砂槽15为长方体结构，长50cm、高50cm、宽10cm，根据需要在砂槽中填充不同的介质，以便模拟实际的水文地质结构，砂槽15上部为上蓄水槽d，砂槽15下部为下蓄水槽e，砂槽15内部设置竖直隔层10，砂槽15下部设置水平承托层9，水平承托层9和竖直隔层10之间空间设置为一层以上介质层，竖直隔层10与砂槽15内壁之间空间自上而下分为地表出水槽a、上层侧渗槽b、下层侧渗槽c，地表出水槽上a设有模拟地表径流出水口5、上层侧渗槽b上设有模拟上方含水介质侧渗的出水口6、下层侧渗槽c上设有模拟下方含水介质侧渗的出水口7，地表出水槽、上层侧渗槽、下层侧渗槽均通过出水管道连接水样收集槽且出水管道上连接第一水表11和第一阀门12，砂槽15上设有进水孔4并通过进水管道及水泵1连接水源槽且进水管道上连接第二水表3和第二阀门2，实际中进水管道可利用软管通过进水口放水，软管与第二水表3和水泵1相连，水泵1放置在储水桶内，可以调节不同的流量，储水桶内设有搅拌器，保证回灌水源的均匀性。

本实施例中，砂槽15背部设有测压孔17，测压孔17经测压管与测压板上连接，用于监测砂槽15及上蓄水槽内部水头值。下蓄水槽底部设有下出水口8，下出水口经管道连接水槽，管道上设置第三水表13和第三阀门14。

本实施例中，竖直隔层10和水平承托层9为具有一定厚度的有机玻璃板，且表面开设有多个渗透孔。

本实施例中，水平承托层9为板厚度8mm的有机玻璃板，开孔直径为6mm，孔间距为10mm，且开孔率大于孔隙率。

本实施例中，砂槽15中设置一个固定架16，防止在填砂时砂槽涨开，使得实验过程顺利进行，保证实验结果的准确性，同时确保实验过程中操作者的安全。

使用时，砂槽内填充从野外所取沙洋以便模拟实际的水文地质结构，通过水泵1将回灌水源注入砂槽15，回灌水源均匀进入砂槽15，水流分为三类，模拟地表径流出水口5测定的是地表损失量，模拟上方含水介质侧渗的出水口6和模拟下方含水介质侧渗的出水口7为回灌水的侧向径流量，下出水口8为有效下渗量，固定时间间隔记录各个水表的数值；并取水样测定浊度，计算悬浮物流出量；记录测压管的水头变化，最后进行数据分析，得出结论。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。