放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种放射性核素包气带‑饱和带耦合迁移实验装置及操作方法，该实验装置包括供水系统、稳定水位系统、均匀布流系统、柱体过流系统、尾液收集系统、喷淋系统以及瞬冻系统；使用是通过采用供水系统提供恒定的水流，并通过稳定水位系统使得水位保持稳定，同时借助均匀布流系统使得进入到柱体过流系统中的水流处于稳定渗流状态，喷淋系统通过控制不同的流量，模拟不同状态下的降雨，瞬冻系统可以快速将位于柱体过流系统中的介质进行冻结，便于土、水样的分离与收集。

【技术实现步骤摘要】
放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置及实验方法
本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置及实验方法。
技术介绍
过去人们认为地下水环境中的污染物运移主要集中在饱和带(含水层)中，忽略了包气带对污染物的滞留阻滞以及成为二次污染源的作用，近些年随着大量地下水污染事件的发生以及各类野外实验产生的现象，使各国学者逐渐重视污染物在包气带中的迁移行为，其中有些学者的研究方向更是进一步的聚焦在污染物包气带-饱和带耦合迁移行为研究。所谓耦合，是指将两种完全不同的迁移机理在一系列假设、数值推导以及新的理论指导下形成有机整体，表现在数值模拟过程上的“同步性”，新的理论或数值模型构建离不开物理实验的支持，其实验结果一方面可用于理论的开发，另一方面可对数值模型进行调试并对模拟结果验证。因此，急需一款能解决上述问题的实验装置，为相关理论与数值模拟研究提供数据支持。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置及实验方法，该实验装置能够模拟多种场景下的包气带-饱和带耦合污染物迁移，为相关理论与数值模拟研究提供数据支持。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，所述实验装置包括：供水系统；稳定水位系统，所述稳定水位系统其通过管道一端与所述供水系统出水端相连通；均匀布流系统，所述均匀布流系统一端与所述稳定水位系统的另一端相连通；柱体过流系统，所述柱体过流系统包括位于位于底端的饱和带和位于上部的包气带，所述主体过流系统一端与所述均匀布流系统另一端相连通；尾液收集系统，所述尾液收集系统安装在所述柱体过流系统的另一端；喷淋系统，所述喷淋系统设置在所述主体过流系统的上方；以及瞬冻系统，所述瞬冻系统与所述柱体过流系统相连通，用于将位于所述柱体过流系统内的填充介质进行快速冻结。在一些实施例中，所述稳定水位系统包括并联连接在所述管道两端上的U型管。在一些实施例中，所述均匀布流系统包括一对呈圆形布置的进水布流板和出水布流板，其中所述进水布流板包括设置在其中心处的进水口以及由所述进水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆形凹槽，所述出水布流板包括设置在其中心处的出水口、由所述出水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆形凹槽以及间隔设置在每一所述圆形凹槽上的多个出水孔。在一些实施例中，所述喷淋系统包括多个喷淋口，多个所述喷淋口沿所述主体过流系统长度方向间隔布置。在一些实施例中，所述瞬冻系统包括液氮注入口和液氮溢流口，其中所述液氮注入口与所述包气带的顶端相连通，所述液氮溢流口与所述包气带顶端一侧相连通。同时，本专利技术还提供一种根据上述放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置的操作方法，该操作方法包括以下步骤：S1、实验开始前检查实验装置是否存在漏水；S2、供水系统进行供水，形成具有稳定水位的饱和带流场；S3、水体充满饱和带后静置1至3天，使上部包气带在毛管力作用下持有固定量水分，形成稳定包气带；S4、流场稳定后，可根据实验模拟场景在通过喷淋口、注水口等不同位置处注入示踪剂，开展污染物迁移实验；S5、模拟时间到达后，向柱体过流系统中注入液氮，包裹柱体四周，将土柱与水体快速冻结，后切割目标位置样品，进行土水分离获得土样和水样；S6、实验结束后使得柱体回温，打开排水开关进行排水。本方案中的放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置其通过采用供水系统、稳定水位系统、均匀布流系统、柱体过流系统、尾液收集系统、喷淋系统以及瞬冻系统，使用是通过采用供水系统提供恒定的水流，并通过稳定水位系统使得水位保持稳定，同时借助均匀布流系统使得进入到柱体过流系统中的水流处于稳定渗流状态，喷淋系统通过控制不同的流量，模拟不同状态下的降雨，瞬冻系统可以快速将位于柱体过流系统中的介质进行冻结，便于土、水样的分离与收集。附图说明图1为本专利技术中的放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置结构示意图。图2为本专利技术中的进水布流板结构示意图。图3为本专利技术中的出水布流板结构示意图。图4为本专利技术中的瞬冻系统结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。参照附图1至4所示，本实施例提供一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，其包括供水系统、稳定水位系统、均匀布流系统、柱体过流系统、尾液收集系统、喷淋系统以及瞬冻系统。供水系统其采用抽水泵与外部水源相连，用于提供恒定水流；稳定水位系统布置在供水系统和均匀布流系统之间，用于保持水位稳定，以构建包气带-饱和带共存关系；均匀布流系统其与柱体过流系统的输入端相连，其功能在于提供饱和包水带均匀稳定渗流，避免单点出水造成的紊流现象；柱体过流系统包括位于位于底端的饱和带和位于上部的包气带，实验时，根据不同研究介质装填不同自然或人工介质；尾液收集系统布置在柱体过流系统的输出端，其功能在于对柱体流出液体进行收集；喷淋系统布置在柱体过流系统的顶端，其功能在于模拟降雨过程，并可控制不同的喷淋流量；瞬冻系统其与柱体过流系统相连，其功能在于通过向柱体过流系统中的介质内输入液氮，以便将柱体快速冻结，便于土、水样的分离与收集。在一些实施例中，稳定水位系统包括并联连接在管道两端上的U型管，U型管两端与管道相连接的地方分别设置有开关2、3，同时管道上其位于该U型管两端之间的位置上设置有开关1，,在一些实施例中，柱体过流系统其在底端沿其长度方向间隔设置有多个开关4、5、6、7。对应的，在一些实施例中，喷淋系统包括多个喷淋口8、9、10、11，多个喷淋口沿主体过流系统长度方向间隔布置。结合参照附图2和3所示，在一些实施例中，均匀布流系统包括一对呈圆形布置的进水布流板和出水布流板，其中进水布流板包括设置在其中心处的进水口以及由进水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆形凹槽，出水布流板包括设置在其中心处的出水口、由出水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆形凹槽以及间隔设置在每一圆形凹槽上的多个出水孔。进水布流板和出水布流板为两个大小完全相同的圆形布流板贴合组成，其中进水布流板中心处为进水口，其过水直径较大，以进水口为中心刻有1-2mm的凹槽，出水布流板除在相同位置处刻有凹槽外，还在各槽结合处打有小直径出水孔，这样水进入进水布流板后，将在各凹槽作用下重新布流，从各小孔中流出，实现稳定均匀水流。结合参照附图4所示，在一些实施例中，瞬冻系统包括液氮注入口和液氮溢流口，其中液氮注入口与包气带的顶端相连通，液氮溢流口与包气带顶端一侧相连通。实验开始后，地下水将通过供水系统中的抽水泵进入稳定水位系统，除2、3、14号开关开打关闭其余开关进行持续通水，水体充满后能形成具有稳定水位的饱和带流场。下部饱和带饱水后，水将通过毛细作用进入上部包气带，形成稳定包气带环境，这时可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：/n供水系统；/n稳定水位系统，所述稳定水位系统其通过管道一端与所述供水系统出水端相连通；/n均匀布流系统，所述均匀布流系统一端与所述稳定水位系统的另一端相连通；/n柱体过流系统，所述柱体过流系统包括位于位于底端的饱和带和位于上部的包气带，所述主体过流系统一端与所述均匀布流系统另一端相连通；/n尾液收集系统，所述尾液收集系统安装在所述柱体过流系统的另一端；/n喷淋系统，所述喷淋系统设置在所述主体过流系统的上方；/n以及瞬冻系统，所述瞬冻系统与所述柱体过流系统相连通，用于将位于所述柱体过流系统内的填充介质进行快速冻结。/n

【技术特征摘要】
1.一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：
供水系统；
稳定水位系统，所述稳定水位系统其通过管道一端与所述供水系统出水端相连通；
均匀布流系统，所述均匀布流系统一端与所述稳定水位系统的另一端相连通；
柱体过流系统，所述柱体过流系统包括位于位于底端的饱和带和位于上部的包气带，所述主体过流系统一端与所述均匀布流系统另一端相连通；
尾液收集系统，所述尾液收集系统安装在所述柱体过流系统的另一端；
喷淋系统，所述喷淋系统设置在所述主体过流系统的上方；
以及瞬冻系统，所述瞬冻系统与所述柱体过流系统相连通，用于将位于所述柱体过流系统内的填充介质进行快速冻结。


2.根据权利要求1所述的一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，其特征在于，所述稳定水位系统包括并联连接在所述管道两端上的U型管。


3.根据权利要求1或2所述的一种放射性核素包气带-饱和带耦合迁移实验装置，其特征在于，所述均匀布流系统包括一对呈圆形布置的进水布流板和出水布流板，其中所述进水布流板包括设置在其中心处的进水口以及由所述进水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆形凹槽，所述出水布流板包括设置在其中心处的出水口、由所述出水口为中心沿圆周方向间隔设置的多个圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：石云峰，陈超，张艾明，朱君，谢添，李婷，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西;14