本发明专利技术属于水文地质、地球科学、环境科学与工程研究技术领域，提供了一种在室温条件下，模拟地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置，安全性高。所述地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置，包括依次串联连接的水箱、增压泵、单向阀、安全阀、具有特殊法兰结构的含水层介质柱、针形阀以及取样装置，增压泵和含水层介质柱采用高压橡胶软管连接，含水层介质柱、法兰、法兰进（出）样支管均为耐高压防腐不锈钢材料。使用本装置具有如下效果：实验装置设计简单、易操作和方便维护，水压控制精确、方便调节，装置能模拟的最大水压为10MPa，适用于pH6.5~9的实验环境，可有效模拟深层地下水的高水压环境，并可长期稳定操作，满足室内模拟研究的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水文地质、地球科学、环境科学与工程研究
，特别涉及一种在高水压作用下，溶质在地下水中迀移转化的一维模拟装置。
技术介绍
地下水是我国工业、农业、生活用水的重要水源，不合理的开发利用引起的地下水位不断下降以及地下水赋存环境的改变，使得地下水水质问题正在由浅层向深层转移。溶质的室内土柱模拟实验是研究地下水中污染物迀移转化机理的重要研究手段，目前已有的一维土柱模拟实验装置多局限于浅层地下水和低水压条件的模拟。例如，李辉等人设计的“地下水中挥发性有机污染物迀移转化模拟装置及应用”，采用室温22°C，通过调节水箱和柱体间的水头差来模拟地下1m范围内的水力条件来研究有机污染物的运移规律;和树庄等人设计的“地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法”，适用于常压的试验环境。从前人的研究中反映出目前的地下水中溶质的一维模拟装置存在如下缺陷:其一现阶段所使用的土柱装置，例如马传明等人设计的“温控-压控地下水越流污染模拟系统”，虽然带有压控装置可方便调节水压，但是因为设计土柱材料为有机玻璃管，而局限于低承压的水力条件，所模拟的多为包气带、埋深小于200m的地下水环境系统，不能承受高水压如2MPa的压力;其二现阶段所使用的土柱装置，柱体法兰多为平面设计，法兰间的内衬密封垫为纯橡胶材质，耐受不了高水压的作用，易漏水和损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地下水中最大水压达到1MPa时溶质迀移转化的模拟系统，该系统解决了上述
技术介绍
中的不足，以克服现有技术存在的上述缺陷，能够实现地下水中高水压条件的模拟，设计含水层介质柱也可用于模拟包气带、低水压的环境条件。实验装置设计简单，易操作，压力控制精确，安全性高，从而满足了室内模拟深层地下水中溶质迀移转化所需的高水压条件。所述的地下水中高水压作用下溶质迀移转化的一维模拟装置，包括依次串联连接的水箱、增压栗、单向阀、安全阀、含水层介质柱、针型阀以及取样装置，所述含水层介质柱中装填有含水介质、在柱体两端装填有石英砂，含水层介质柱柱体内两端装有一定厚度的滤租。所述柱体法兰设置有凹槽，法兰盖设置有凸槽，法兰盖的凸槽应能紧密嵌入法兰凹槽内，法兰凹槽底部装有金属缠绕垫圈，法兰凹槽、法兰盖凸槽应与所在法兰或法兰盖一次成型。柱体法兰和法兰盖采用螺栓连接，柱体、法兰、法兰盖、法兰盖进样、出样支管均为耐高压防腐不锈钢材料，可有效防止高压水作用下在法兰、螺栓连接处的漏水及法兰变形、开裂。增压栗出口安装单向阀，防止高压液体回流至增压栗内，含水层介质柱法兰盖中心的进样支管上安装有安全阀和压力表，含水层介质柱法兰盖中心的出样支管上安装有压力表和针型阀，增压栗和含水层介质柱进样支管间的连接管道、含水层介质柱法兰出样支管与取样装置间的连接管道均为耐高压橡胶软管，含水层介质柱中水流的达西流速小于Icm/h0所述含水介质为研究区地下含水层的岩土，通过压控装置，保证近似模拟研究含水层的高水压环境。所述的模拟装置提供了一种研究地下水中高水压作用下水溶性无机、有机溶质或污染物迀移转化机理研究的新装置，该装置也可做为研究污染物在包气带、浅层地下水中迀移转化的模拟装置。本专利技术所提供的地下水中高水压作用下溶质迀移转化的一维模拟装置与现有技术相比有以下优点:一是对含水层介质柱法兰结构进行了优化设计，将现有使用的法兰、法兰盖平面结构改为带有凹、凸槽的立体结构，通过法兰凹槽、法兰盖凸槽的嵌入式连接、法兰凹槽内装填金属缠绕垫圈、螺栓紧固等措施，有效防止高水压作用下的法兰开裂、变形、漏液等问题，二是解决了现有常规使用的土柱装置法兰橡胶密封圈易变形、不能耐受高压的问题，通过安装增压栗并采用安全阀调节水压、针形阀控制流速，含水层介质柱能够承受的最大水压为I OMPa。【附图说明】图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的含水介质柱法兰结构示意图。图3为本专利技术的含水介质柱法兰盖底部俯视图。图4为本专利技术的含水介质柱法兰俯视图。图中:1-水箱，2-硅胶软管，3-增压栗，4-单向阀，5-安全阀，6_高压橡胶软管，7_法兰盖进样支管，8-压力表，9-含水层介质柱支架，10-压力传感器，11-压力控制仪表，12-含水层介质柱，13-含水介质，14-石英砂，15-法兰盖出样支管，16-针型阀，17-高压橡胶软管，18-压力表，19-取样装置，20-滤毡，21-柱体法兰，22-柱体法兰凹槽，23-螺栓，24-金属缠绕垫圈，25-法兰盖凸槽，26-法兰盖，27-含水介质柱柱体法兰内壁，28-螺栓孔，29-法兰盖中心钻孔。【具体实施方式】参见图1，所述的地下水中高水压作用下溶质迀移转化的一维模拟装置，包括水箱1、增压栗3、单向阀4、具有特殊法兰结构的含水层介质柱12、安全阀5、针型阀16、压力表8和18、压力传感器10、压力显示电路控制部件11、取样装置19及滤毡20，其中水箱1、增压栗3、含水层介质柱12、取样装置19之间通过管道进行串联连接，水箱I和增压栗3间的连接管道为硅胶软管2，增压栗3、含水层介质柱12、取样装置19间的连接管道6、17为高压橡胶软管，以满足模拟实验中低的水流流速及高水压的实验要求，含水层介质柱12中装填有石英砂14、含水介质13以及滤毡20。参见图1和图2，所述的含水层介质柱12为圆柱形，柱筒壁厚8?12mm，内径50?100mm，长度500?1000mm，柱体两端设法兰21，法兰21内径和含水层介质柱12柱筒内径相等，含水层介质柱12通过法兰21、法兰盖26和螺栓23进行密封连接，法兰中心处设进样支管7或出样支管15，柱筒12、法兰21、法兰盖26及与法兰盖进(出)样支管7(15)均为耐高压防腐不锈钢材料。参见图2、图3和图4，与法兰盖26连接的柱体法兰21上设置有一定宽度的凹槽22，要求凹槽外径小于螺栓处的法兰直径，与柱体法兰21连接的法兰盖26设有凸槽25，应确保法兰盖凸槽25紧密嵌入法兰凹槽22后凹槽内没有缝隙，法兰盖凸槽25的厚度(H)至少应与法兰凹槽22的深度(HO相等，且不大于1.3矿。法兰凹槽22底部装有金属缠绕垫圈24，金属缠绕垫圈24的厚度小于法兰凹槽22的深度，可以有效防止漏液，法兰凹槽22、法兰盖凸槽25与所在法兰或法兰盖应为一次成型，非焊接或粘接组成，能有效防止高水压作用下在法兰21、法兰盖26、螺栓23连接处的漏液、变形、开裂。参见图3和图4，含水层介质柱法兰21、法兰盖26分别在相同位置处均匀分布有八个螺栓孔28，螺栓孔径20?40mm，可保证螺栓紧固时法兰受力均匀，防止变形和漏液，法兰盖26中心处钻孔焊接有进样支管7或出样支管15，其内径为6?10mm，壁厚3?4mm，长40?60mm，钻孔29直径和进样支管7、出样支管15内径相等，可满足模拟装置中含水层介质柱中目标溶液的低流量通量及耐受高水压的作用，进样支管7、出样支管15可方便和高压橡胶软管连接，柱体法兰21、法兰盖26厚度不小于35_，保证法兰具有较强的抗压、抗变形能力。含水层介质柱中装填有含水介质13，所述含水介质为研究区地下水含水层的岩土介质，如地下500m埋深处取得的岩芯，经过风干、粉碎，过2mm的筛子，均匀填充于柱内，可有效模拟溶质在含水介质13中的迀移转化过程。含水介质13两端装填有20?50本文档来自技高网...
【技术保护点】
地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置，其特征在于：至少包括水箱（1）、增压泵（3）、单向阀（4）、具有特殊法兰结构的含水层介质柱（12）、安全阀（5）、针型阀（16）、压力表（8）（18）、压力传感器（10）、压力显示电路控制部件（11）、取样装置（19）及滤毡（20），其中水箱（1）、增压泵（3）、含水层介质柱（12）、取样装置（19）之间通过管道进行串联连接，水箱（1）和增压泵（3）间的连接管道为硅胶软管（2），增压泵（3）、含水层介质柱（12）、取样装置（19）间的连接管道（6）、（17）为高压橡胶软管，含水层介质柱（12）中装填有石英砂（14）、含水介质（13）以及滤毡（20）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，王世东，杨建，杨志斌，甄晓歌，孟红旗，夏大平，王心义，罗绍河，田云飞，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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