潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法技术方案

本申请实施例提供潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法，涉及地下水中污染物迁移领域。潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统包括：地质模拟箱、模拟水文地质体、稳定供水结构、溶质投放口、溶质监测结构和蓄水箱。该潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统结构合理，可观测到模拟的潜水流及潜水湖形成过程，监测污染指标浓度，绘制不同时刻的污染物浓度等值线图，通过监测点采集的初始以及后期不同时间段的污染物浓度分布，可以推断出潜水湖各区域的渗流强度，并据此将潜水湖分成强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区，帮助研究地下水污染物的迁移机理。迁移机理。迁移机理。

【技术实现步骤摘要】
潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法


[0001]本申请涉及地下水中污染物迁移
，具体而言，涉及潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法。

技术介绍

[0002]潜水是一种按照埋藏条件划分的地下水类型，是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，具有自由水面的地下水。作为自然界中最为重要的地下水类型，一般多赋存于地表的第四纪松散沉积物中，也可以形成于基岩的裂隙、溶穴中。潜水通常埋藏较浅，补给来源充沛，水量丰富，分布较广，开采方便，常作为民用水源及工农业供水水源，但因其顶部没有连续隔水层且埋藏一般较浅，也更容易受到污染。随着社会经济的快速发展，受人类工程活动的影响，导致潜水资源污染程度不断加剧，从而对人类的用水安全产生了严重威胁。为防治地下水污染，合理开发利用潜水资源提供理论指导和科学依据，研究污染物在地下水中的迁移过程并分析其的迁移机理尤为重要。
[0003]潜水多半是无压力的重力水，所以它具有统一的自由水面，潜水的自由水面称为潜水面。潜水面至地面的铅直距离称为潜水的埋藏深度。潜水面上任一点的标高称该点的潜水位。潜水面至隔水底板的铅直距离称潜水含水层的厚度，它是随着潜水面的变化而变化的。潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关，表现出明显的季节性、地区性。雨季含水层获得补给，水位上升，含水层变厚，埋深变浅，水量增大，水质变淡；旱季排泄量大于补给量，水位下降，含水层变薄，埋深加大。地形切割强烈时，潜水埋藏深度也要比低平地形时大。
[0004]水力坡度是沿渗透途径的水头损失与相应渗透途径长度的比值。由于潜水面受到地形坡度、含水层岩性及隔水底板坡度的影响，潜水面一般都具有倾斜的坡度。潜水在重力作用下由高处向低处缓缓流动，形成潜水流。在陡峻的山区，潜水面坡度较大，可以达百分之几，在地形平坦的平原区，仍然会有万分之几到千分之几的潜水面坡度。而在古凹地中埋藏的潜水，潜水面可以是水平的，当潜水面处于静止状态，潜水无法溢出古凹地时就形成了潜水湖，潜水湖的形成往往受到盆地构造的控制，这样的构造就是潜水盆地。潜水湖和潜水流无法同时存在，但潜水湖和潜水流失可以相互转化的，在干旱季节时，地下水没有充满潜水盆地，潜水面静止，就形成了潜水湖，在雨季补给充沛时，地下水充满潜水盆地，潜水面波动，潜水湖溢出就形成了潜水流。
[0005]由于潜水流及潜水湖水流水力交替作用具有特殊性并受地形、构造、气象等因素的影响，给污染物在潜水中的迁移机理研究带来了很大的难度，以往的研究大多是基于数值模拟的方法，但由于含水层介质非均质性、各向异性、水动力场等因素的影响，建立的数学模型往往不能直观地反映复杂的污染物的迁移机理。因此，地下水污染物迁移过程的实时监测与可视化至关重要。本专利技术根据相似模拟的原理，以野外潜水湖作为模拟对象，提供一种潜水流
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潜水湖水力交替下污染物的测试方法，包括测试过程、测试结果分析（以Cl
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为例，Cl
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浓度过高会导致地下水苦咸、土壤盐碱化以及地下管道腐蚀），清晰直观的呈现污染
物在潜水流
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潜水湖交替作用下污染物的迁移过程，丰富了污染物在地下水迁移机理的研究，为研究地下水的污染物迁移提供了一种有效的技术手段。

技术实现思路

[0006]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法，所述潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法的结构合理、能够直观了解污染物在潜水湖
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潜水流水力交替作用下的迁移过程，达到检测污染物在地下水迁移的目的。
[0007]第一方面，根据本申请实施例提供的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，包括：地质模拟箱、模拟水文地质体、稳定供水结构、溶质投放口、溶质监测结构和蓄水箱。
[0008]所述地质模拟箱为透明箱，所述模拟水文地质体包括砂层和粘土层，所述粘土层设置于所述砂层顶部和底部，所述砂层和所述粘土层均设置于所述地质模拟箱内，所述砂层与下层所述粘土层的接触处形成上宽下窄逐渐收敛的所述砂层，下层所述粘土层与所述砂层接触处的两端存在高低位差，所述稳定供水结构设置于所述砂层和所述粘土层两侧，下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处得到供水并且由低处流出，水流在所述砂层内水位稳定形成潜水面，所述潜水面以下形成潜水湖，所述溶质投放口顶端伸出所述地质模拟箱，所述溶质投放口底端低于所述潜水面，所述溶质监测结构等间隔设置于所述潜水面以下和所述潜水湖底部以上的位置，所述蓄水箱设置于所述地质模拟箱内部，所述蓄水箱通过供水管和供水阀连通于所述稳定供水结构。
[0009]根据本申请的一些实施例，所述稳定供水结构包括长隔板和短隔板，所述长隔板分别设置于所述砂层和所述粘土层两侧，所述长隔板外侧形成第一水槽和第二水槽，所述短隔板垂直设置于所述第一水槽和所述第二水槽内，并将所述第一水槽和所述第二水槽均分为两个分水槽，所述第一水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处位置，所述第二水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的低处位置，所述第一水槽的最高水位高于所述第二水槽的最高水位，所述长隔板与所述砂层相接触部位能够透水，其余部分不透水。
[0010]根据本申请的一些实施例，所述长隔板与所述砂层相接触部位设置有透水孔，所述长隔板与所述砂层相接触部位通过所述透水孔进行透水。
[0011]根据本申请的一些实施例，所述地质模拟箱包括第一箱体，所述第一箱体底端设置有排水阀，所述排水阀位于所述第一水槽和所述第二水槽中外侧的所述分水槽，高于所述短隔板的溢流通过所述排水阀排出。
[0012]根据本申请的一些实施例，所述溶质监测结构包括注射式取样器，所述地质模拟箱侧壁低于所述第一水槽的最高水位且高于所述砂层和下层所述粘土层的位置等间隔呈行列设置取样孔，所述取样孔设置有密封橡胶塞，所述注射式取样器逐层预埋于所述砂层内。
[0013]根据本申请的一些实施例，所述溶质投放口设置为投放管，所述投放管能够投放特定氯离子浓度的溶液。
[0014]根据本申请的一些实施例，所述粘土层采用粒径小于0.075mm，渗透系数10
‑7m/d的
粘土，并将粘土压实，所述砂层采用粒径0.1~1mm的石英砂填充。
[0015]第二方面，根据本申请实施例提供的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，利用所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统进行模拟，包括以下步骤：第一箱体底端的排水阀打开，同时将供水管上的供水阀关闭，通过外接水泵抽水向蓄水箱中供水，直至蓄水箱中水位稳定在最高水位；打开供水阀，让蓄水箱中的水经供水管缓缓注入稳定供水结构中的第一水槽中，第一水槽右侧分水槽水位逐渐上升，当右侧分水槽水位到达粘土层与砂层接触面时（即透水孔的下界面时），分水槽中的水能够进入砂层中，模拟地下水；随着模拟的地下水注入，砂层中水位逐渐上升，直至水位处于右侧的第二水槽左侧分水槽最高水位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，包括：地质模拟箱，所述地质模拟箱为透明箱；模拟水文地质体，所述模拟水文地质体包括砂层和粘土层，所述粘土层设置于所述砂层顶部和底部，所述砂层和所述粘土层均设置于所述地质模拟箱内，所述砂层与下层所述粘土层的接触处形成上宽下窄逐渐收敛的所述砂层，下层所述粘土层与所述砂层接触处的两端存在高低位差；稳定供水结构，所述稳定供水结构设置于所述砂层和所述粘土层两侧，下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处得到供水并且由低处流出，水流在所述砂层内水位稳定形成潜水面，所述潜水面以下形成潜水湖；溶质投放口，所述溶质投放口顶端伸出所述地质模拟箱，所述溶质投放口底端低于所述潜水面；溶质监测结构，所述溶质监测结构等间隔设置于所述潜水面以下和所述潜水湖底部以上的位置；蓄水箱，所述蓄水箱设置于所述地质模拟箱内部，所述蓄水箱通过供水管和供水阀连通于所述稳定供水结构。2.根据权利要求1所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述稳定供水结构包括长隔板和短隔板，所述长隔板分别设置于所述砂层和所述粘土层两侧，所述长隔板外侧形成第一水槽和第二水槽，所述短隔板垂直设置于所述第一水槽和所述第二水槽内，并将所述第一水槽和所述第二水槽均分为两个分水槽，所述第一水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处位置，所述第二水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的低处位置，所述第一水槽的最高水位高于所述第二水槽的最高水位，所述长隔板与所述砂层相接触部位能够透水，其余部分不透水。3.根据权利要求2所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述长隔板与所述砂层相接触部位设置有透水孔，所述长隔板与所述砂层相接触部位通过所述透水孔进行透水。4.根据权利要求3所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述地质模拟箱包括第一箱体，所述第一箱体底端设置有排水阀，所述排水阀位于所述第一水槽和所述第二水槽中外侧的所述分水槽，高于所述短隔板的溢流通过所述排水阀排出。5.根据权利要求4所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述溶质监测结构包括注射式取样器，所述地质模拟箱侧壁低于所述第一水槽的最高水位且高于所述砂层和下层所述粘土层的位置等间隔呈行列设置取样孔，所述取样孔设置有密封橡胶塞，所述注射式取样器逐层预埋于所述砂层内。6.根据权利要求1所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述溶质投放口设置为投放管，所述投放管能够投放特定氯离子浓度的溶液。7.根据权利要求1所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统，其特征在于，所述粘土层采用粒径小于0.075mm，渗透系数10
‑7m/d的粘土，并将粘土压实，所述砂层采用粒径0.1~1mm的石英砂填充。8.潜水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜锋，甯娜，许模，肖先煊，牟子申，
申请(专利权)人：四川省环科源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：