模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法制造方法及图纸

一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法，实验装置包括供水系统、砂槽、河道模拟装置、溶解氧监测模块、排泄系统和压力监测模块，砂槽内部从左至右分为三个子室，子室之间通过透水板或隔水挡板分隔，透水板上均匀布设透水孔，左子室设置有水头高度调节装置，与供水系统相连，中部子室用于填充野外原状含水层及沉积物样品，中部子室左上角为河道模拟装置，右子室设置为排泄水头控制装置，与排泄系统相连；压力变送器均匀布设于砂槽上部介质中，压力变送器能够快速检测到含水层内压力变化情况，且将数据传输至数据采集系统，数据采集系统能够实时记录采集到的压力信息，实现对砂槽内部河流

【技术实现步骤摘要】
模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法


[0001]本专利技术涉及河流动力学、地球化学、微生物学和生物化学等相关研究领域，特别涉及一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法

技术介绍

[0002]傍河开采作为改变河水与地下水水动力条件的主要人类活动，会强烈影响河水
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地下水间水力联系，同时受到河流冲淤作用影响，河水入渗强度、水分滞留时间、营养物质通量和氧化还原条件会发生改变，导致河水入渗过程中生物地球化学过程较为复杂。另外，由于河水入渗过程中物理、化学、生物梯度的作用，沉积物内铁锰相关矿物厌氧条件下会发生还原性溶解作用，释放铁锰离子及有毒有害类金属As至地下水中，威胁地下水水质安全。
[0003]野外条件下河床沉积物组成、结构和厚度处于动态变化，开采井运行方式和开采量多样化，系统探究污染质迁移转化规律需要耗费大量的人力物力。另外，目前对于河床沉积物和含水层非均质条件下，河床冲淤和地下水开采共同作用下河水
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地下水水力联系及相关生物地球化学过程变化尚不清楚。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，包括供水系统、砂槽、河道模拟装置、溶解氧监测模块、排泄系统和压力监测模块：
[0005]供水系统由供液箱、水泵、若干导管和流量计组成，其中供液箱用于存储实验所需溶液，通过导管依次连接水泵和流量计后与砂槽侧壁的进水孔相连，水泵用于控制入渗速度，流量计用于监测实验过程中通过河道模拟装置的入渗流量；
[0006]砂槽垂直放置，内部从左至右分为左子室、中部子室和右子室，左子室为水头高度调节装置，与供水系统相连，中部子室为砂槽主体部分，用于填充场地原状河床沉积物及含水层介质，右子室为模拟场地开采井的装置，与排泄系统相连，左子室与中部子室之间通过透水板和隔水挡板分隔，透水板位于上部，隔水挡板位于下部；右子室与中部子室之间通过透水板分隔，透水板均匀密布若干透水孔；
[0007]砂槽的左子室的侧壁上布设有进水孔和若干第一出水孔，其中进水孔位于砂槽侧壁下端，与供液箱相连，用于为砂槽提供实验所需液体，若干第一出水孔位于砂槽的左子室的侧壁上端不同高度处，通过打开响应高度的第一出水孔以控制不同河水水位，砂槽的右子室的侧壁下端布设有第二出水孔，第二出水孔与马氏瓶连通，第二出水孔通过与不同高度马氏瓶相连以控制排泄水位，马氏瓶的排泄水位高度低于第一出水孔，以河水与排泄水位之间水头差为驱动力促进河水入渗补给地下水；
[0008]河道模拟装置位于砂槽的中部子室的左上部，河道模拟装置的底部为倾斜的透水板，该倾斜的透水板是模拟河道，考虑到天然条件下河床沉积物结构，按等比例缩放模拟河道的坡度，河道模拟装置左、右和下侧为透水板，用于模拟河流垂向入渗和侧向入渗过程，
河道模拟装置的模拟河道上铺设不同厚度的淤积层，以模拟河流不同冲淤程度；
[0009]溶解氧监测模块由溶解氧膜片、光纤数据采集器和溶解氧数据处理系统组成，其中溶解氧膜片粘贴于砂槽内壁靠近孔隙水取样孔的位置，光纤数据采集器一端与溶解氧数据处理系统相连，光纤数据采集器一端垂直照射于溶解氧膜片，光纤数据采集器能够对溶解氧膜片的测定信息进行自动实时记录并将数据传递到溶解氧数据处理系统中，溶解氧数据处理系统对接收到的信号依据实验过程中温度和压力变化自动转化为溶解氧浓度信息，从而实现对溶解氧浓度的原位监测；
[0010]排泄系统由马氏瓶和高度调节装置组成，马氏瓶放置在高度调节装置上；通过调节马氏瓶的高度并与砂槽的第二出水孔相连，以控制不同排泄水位；
[0011]压力监测模块由压力变送器、压力数据采集器和压力数据处理系统组成，压力变送器布设于砂槽的压力传感器布设孔内，数据采集器一端与压力传感器相连，数据采集器另一端与压力数据处理系统相连，测量电极能够监测到砂槽内部含水率变化情况，并将信息传递到压力数据采集器，压力数据采集器能够对电极的测量信息进行自动的实时记录并将数据传递到压力数据处理系统当中，压力数据处理系统对接收到的信号转化为压力信息，从而实现对砂槽内部压力变化情况的原位监测。
[0012]所述模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，其水头高度调节装置可以实现河水
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地下水不同水力联系方式，通过调节入渗水位和排泄水位，可以模拟河水
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地下水饱和连接至完全脱节过程。
[0013]所述模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，其非侵入贴片式
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氧气传感器可以实现实验槽内溶解氧浓度非接触方式实时测定，且信号不受流速限制。
[0014]所述模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，其数据采集器可实现数据的实时自动监测，设备启动后，无须多余人工操作，传感器搭配数据采集系统可自动运行。
[0015]一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置的实验方法，该方法包括以下步骤：
[0016]1)、溶解氧膜片粘贴：溶解氧膜片的黑色侧与介质接触，粉红色/绿色侧粘附在砂槽内壁上，粘贴完毕后放置12h等待胶水完全变干，溶解氧膜片若来自同一批次，则只需根据说明书校准其中一个传感器，无须单独校准每个传感器；
[0017]2)、砂槽装填：提前将纱布粘贴于中部子室两侧透水板，以防止介质颗粒堵塞透水孔；按照野外实际场地河床沉积物及含水层结构，选用场地河床沉积物及含水介质作为模拟槽填充介质，同时按照野外河床沉积物及含水层介质天然容重进行填装；淤积层每填装5cm高度进行压实一次，避免产生空隙裂隙等，同时防止产生优先流，使模拟槽中介质最大限度接近天然状态下河床沉积物和含水层介质；
[0018]3)、压力变送器布设：将所有电极同数据采集器相连，并进行校准；事先设定好电极布设深度，在砂槽装填过程中，同步将压力变送器埋入实验槽侧壁压力传感器布设孔内，布设一定深度电极后，利用介质填充砂槽其他部分，避免砂槽内部形成较大孔隙，造成优先流，进而导致测量误差；
[0019]4)、砂槽饱水：砂槽填装好后，用导管将进水区底部的进水孔与供液箱相连，控制水泵速度，自下而上用超纯水缓慢进水，该超纯水是通氩气一段时间，保证氧气浓度小于0.2mg/L的水，待地下水取样孔有水流流出时，关闭此处止水夹，砂槽内水头每上升5cm，稳
定后再继续供水，将砂槽内空气完全排尽，砂槽饱水完成后，继续供水；
[0020]5)、示踪剂注入：将砂槽同供水系统及排泄系统相连，固定砂槽的第一出水孔的高度，调节砂槽的第二出水孔高度，以控制河水入渗水力梯度，示踪剂以NaCl为例，在给定河水位和排泄水位条件下，配制预定浓度的NaCl溶液，利用水泵，以预定速度通入渗流槽中；
[0021]6)、样品采集、测试与处理：示踪剂注入后即可开始采样及测试工作，采样时间间隔根据渗流速度选定，渗流速度通过砂槽的第二出水孔排泄水量计算得到，渗流速度较快，设定采样时间间隔较小，反之时间间隔可增大；样品采集后，测定电导率，直至孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，其特征在于：包括供水系统(A)、砂槽(B)、河道模拟装置(C)、溶解氧监测模块(D)、排泄系统(E)和压力监测模块(F)：供水系统(A)由供液箱(1)、水泵(2)、若干导管(3)和流量计(4)组成，其中供液箱(1)用于存储实验所需溶液，通过导管(3)依次连接水泵(2)和流量计(4)后与砂槽侧壁的进水孔(11)相连，水泵(2)用于控制入渗速度，流量计(4)用于监测实验过程中通过河道模拟装置的入渗流量；砂槽(B)垂直放置，内部从左至右分为左子室(B1)、中部子室(B2)和右子室(B3)，左子室(B1)为水头高度调节装置，与供水系统(A)相连，中部子室(B2)为砂槽主体部分，用于填充场地原状河床沉积物及含水层介质，右子室(B3)为模拟场地开采井的装置，与排泄系统(E)相连，左子室(B1)与中部子室(B2)之间通过透水板(6)和隔水挡板(9)分隔，透水板(6)位于上部，隔水挡板(9)位于下部；右子室(B3)与中部子室(B2)之间通过透水板(6)分隔，透水板(6)均匀密布若干透水孔；砂槽(B)的左子室(B1)的侧壁上布设有进水孔(11)和若干第一出水孔(5)，其中进水孔(11)位于砂槽(B)侧壁下端，与供液箱(1)相连，用于为砂槽(B)提供实验所需液体，若干第一出水孔(5)位于砂槽(B)的左子室(B1)的侧壁上端不同高度处，通过打开响应高度的第一出水孔(5)以控制不同河水水位，砂槽(B)的右子室(B3)的侧壁下端布设有第二出水孔(16)，第二出水孔(16)与马氏瓶(14)连通，第二出水孔(16)通过与不同高度马氏瓶(14)相连以控制排泄水位，马氏瓶(14)的排泄水位高度低于第一出水孔(5)，以河水与排泄水位之间水头差为驱动力促进河水入渗补给地下水；河道模拟装置(C)位于砂槽(B)的中部子室(B2)的左上部，河道模拟装置(C)的底部为倾斜的透水板(6)，该倾斜的透水板(6)是模拟河道，考虑到天然条件下河床沉积物结构，按等比例缩放模拟河道的坡度，河道模拟装置(C)左、右和下侧为透水板(6)，用于模拟河流垂向入渗和侧向入渗过程，河道模拟装置(C)的模拟河道上铺设不同厚度的淤积层(7)，以模拟河流不同冲淤程度；溶解氧监测模块(D)由溶解氧膜片(20)、光纤数据采集器(12)和溶解氧数据处理系统(13)组成，其中溶解氧膜片(20)粘贴于砂槽(B)内壁靠近孔隙水取样孔(8)的位置，光纤数据采集器(12)一端与溶解氧数据处理系统(13)相连，光纤数据采集器(12)一端垂直照射于溶解氧膜片(20)，光纤数据采集器(12)能够对溶解氧膜片(20)的测定信息进行自动实时记录并将数据传递到溶解氧数据处理系统(13)中，溶解氧数据处理系统(13)对接收到的信号依据实验过程中温度和压力变化自动转化为溶解氧浓度信息，从而实现对溶解氧浓度的原位监测；排泄系统(E)由马氏瓶(14)和高度调节装置(15)组成，马氏瓶(14)放置在高度调节装置(15)上；通过调节马氏瓶(14)的高度并与砂槽(B)的第二出水孔(16)相连，以控制不同排泄水位；压力监测模块(F)由压力变送器、压力数据采集器(18)和压力数据处理系统(19)组成，压力变送器布设于砂槽(B)的压力传感器布设孔(17)内，数据采集器(18)一端与压力传感器相连，数据采集器(18)另一端与压力数据处理系统(19)相连，测量电极能够监测到砂槽内部含水率变化情况，并将信息传递到压力数据采集器(18)，压力数据采集器(18)能够对电极的测量信息进行自动的实时记录并将数据传递到压力数据处理系统(19)当中，压力数
据处理系统(19)对接收到的信号转化为压力信息，从而实现对砂槽内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晶，苏小四，袁志江，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：