复杂山区潜水流-潜水湖渗流可视化模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了复杂山区潜水流

【技术实现步骤摘要】
复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及潜水资源利用研究
，具体涉及复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]潜水是按照地下水埋藏条件来划分的地下水类型之一，是地表以下第一个具有自由表面的地下水。潜水广泛分布在第四纪松散堆积层、表层基岩的空隙中。随我国经济发展和人们生活水平的提高，对淡水资源的需求和利用日益增强，充分认识自然界潜水的分布、埋藏特征，查明潜水补给、径流和排泄特征，可为区域水文地质勘察提供基础数据，也可为合理开发、利用和管理地下水资源提供重要保障。
[0003]潜水赋存在自然界岩石空隙、裂隙、松散岩土体中，它具有统一的自由液面，称之为潜水面。潜水面受地形地貌、岩性、地质构造、水系、大气降水、人类工程活动等因素的影响下，可发生变化。当潜水面变化时，可依据潜水面的变化情况推断地下水的流动方向，在获取相关重要参数后，可根据理论公示计算水文地质参数，为工程设计和水文地质评价提供重要依据。潜水面至其底部稳定隔水顶板的垂直距离为含水层厚度。单位渗流长度上消耗的水头值称为水力坡度，它的大小取决于渗流区上游与下游的水势差和渗透途径的长短，水力坡度越大，代表潜水面的形状变化梯度越大，而潜水含水层的地下水总是向着水力坡度变化最大的方向运动，形成流动的潜水，称为潜水流，潜水流的发生需要可让重力水通过的介质中连通的空隙或裂隙、管道等，同时应具备水力坡度大于0。
[0004]在特定的水文地质条件下，当水力坡度为0时，潜水面可以是水平的，这时潜水面处于静止状态，这时，静止的潜水面与潜水面之下各处稳定且连续的隔水边界所围成的地下水体称为潜水湖。潜水湖的形成往往与盆地地质构造有关，这样的构造可称为潜水盆地。值得注意的是，仅有当地下水没有充满潜水盆地时才能形成潜水湖，当潜水湖逐渐接受补给并当地下水充满潜水盆地后，静止潜水面消失，从而形成潜水流和潜水面。而当周围地下水补给条件较弱或无补给时，潜水流逐渐减弱，潜水面坡度逐渐减缓，最终变为水平而静止的潜水面，恢复为潜水湖，因此，受到气象、水文循环交替的影响，潜水湖与潜水流可以相互转化。
[0005]潜水湖和潜水流由于水循环交替的特殊性并受地质构造的影响，其在不同时段表现出不同的水文地质特征，如何深入认识潜水流与潜水湖的相互转化，转化前后潜水流与潜水湖的水文地质特征，这给水文地质初学者对潜水湖的学习和研究，潜水湖水量计算等带来很大的难度。往往采用勘探、钻探揭露潜水湖，具有成本高，不直观等缺点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置及方法，可清晰直观的呈现潜水流
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潜水湖的形成和相互转化。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，包括透明的模拟箱；
[0009]所述模拟箱内设置有模拟区域，所述模拟区域包括含水层和相对隔水层，所述相对隔水层设置在模拟箱的底部，相对隔水层具有弱透水性；所述含水层铺设在相对隔水层上部，含水层具有透水性，所述含水层为上宽下窄、自上而下逐渐收敛的结构；
[0010]所述模拟区域的两侧分别设置有给水槽和排水槽，所述给水槽用于向含水层供水，所述排水槽用于接收含水层的出水，所述给水槽和排水槽与相对隔水层接触的侧壁不透水；所述给水槽的内水位高度大于排水槽内的水位高度，以实现含水层上游端和下游端的水头差。
[0011]本专利技术的含水层和相对隔水层共同构成模拟地质体，本专利技术通过合理设计给水槽和排水槽的结构，能够实现含水层内渗流，通过透明的模拟箱可直观展示模拟地质体在渗流作用下如何形成潜水流、潜水湖和潜水流
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潜水湖和相互转化。
[0012]进一步地，模拟箱内还设置有蓄水箱，所述蓄水箱与给水槽之间通过供水管连接，所述供水管设置有供水阀。
[0013]进一步地，蓄水箱与给水槽相邻设置。
[0014]进一步地，具体实现水头差的方式可以是在所述给水槽和排水槽内分别设置有用于溢流的给水隔板和排水隔板，且给水隔板的高度大于排水隔板的高度。
[0015]进一步地，给水槽内设置有给水隔板，所述给水隔板将给水槽的下部分隔成左右两部分，其中，靠近模拟区域的一侧用于导入供水，另一侧底部设置有第三排水管。
[0016]进一步地，排水槽内设置有排水隔板，所述排水隔板将排水槽的下部分隔成左右两部分，其中，靠近模拟区域的一侧用于接受出水，另一侧底部设置有第一排水管，所述排水隔板的顶部与含水层和相对隔水层的接触面出水侧齐平。
[0017]进一步地，还包括第二排水管，所述第二排水管一端与含水层的底部连通，另一端设置在模拟箱外。
[0018]进一步地，含水层内设置有若干压力传感器，所述压力传感器用于测量潜水流区对应测压点的压水头，若干压力传感器成排设置，使若干压力传感器均匀分布含水层在内，所述压力传感器与无纸记录仪电连接。
[0019]进一步地，相对隔水层采用粒径小于0.075mm的粘土堆积而成；含水层采用粒径为0.1～1mm的石英砂堆积而成。
[0020]基于上述复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置的实验方法，包括以下步骤：
[0021]S1、向给水槽靠近模拟区域一侧注入水，当给水槽内的水位达到含水层与相对隔水层的接触面时，此时，给水槽靠近模拟区域一侧的水位为h
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，给水槽中的水进入含水层；
[0022]S2、继续向给水槽靠近模拟区域一侧注入水，含水层中水位逐渐上升，直至含水层的水位处于排水槽一侧含水层与相对隔水层的接触面时，含水层中的水向排水槽内排泄，直到排水槽靠近模拟区域一侧的水位位于排水隔板顶部，通过排水隔板溢流，此时，排水槽靠近模拟区域一侧的水位为h2；
[0023]S3、继续向给水槽靠近模拟区域一侧注入水，给水槽内水位上升，并最终稳定在最高水位h1，给水槽靠近模拟区域一侧的水通过给水隔板溢流，此时，排水槽中水位仍保持在h2,在h1‑
h2>0所形成的水头差作用下，在含水层中存在稳定的潜水面，此时，可清晰地观察
到含水层中存在稳定的潜水流。
[0024]进一步地，还包括以下步骤：
[0025]S4、通过排水槽的出水口测定堰上水头值(即三角堰测定流量时，三角堰的堰上水头)，采用堰板法计算流量；然后基于流量、潜水含水层平均厚度、模拟箱的净宽和渗透途径计算渗透系数；
[0026]S5、通过含水层底部的出水管获取重力水体积，基于重力水体积和潜水湖总体积计算获得重力给水度，所述重力给水度为重力水体积和潜水湖总体积的比值。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0028]1、本专利技术不仅可清晰直观的呈现潜水流
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潜水湖的形成和相互转化，并可定量测定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，包括透明的模拟箱(100)；所述模拟箱(100)内设置有模拟区域，所述模拟区域包括含水层(3)和相对隔水层(9)，所述相对隔水层(9)设置在模拟箱(100)的底部，相对隔水层(9)具有弱透水性；所述含水层(3)铺设在相对隔水层(9)上部，含水层(3)具有透水性，所述含水层(3)为上宽下窄、自上而下逐渐收敛的结构；所述模拟区域的两侧分别设置有给水槽(2)和排水槽(5)，所述给水槽(2)用于向含水层(3)供水，所述排水槽(5)用于接收含水层(3)的出水，所述给水槽(2)和排水槽(5)与相对隔水层(9)接触的侧壁不透水；所述给水槽(2)的内水位高度大于排水槽(5)内的水位高度。2.根据权利要求1所述的复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，所述模拟箱(100)内还设置有蓄水箱(1)，所述蓄水箱(1)与给水槽(2)之间通过供水管(12)连接，所述供水管(12)上设置有供水阀。3.根据权利要求1所述的复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，所述给水槽(2)和排水槽(5)内分别设置有用于溢流的给水隔板(13)和排水隔板(7)，且给水隔板(13)的高度大于排水隔板(7)的高度。4.根据权利要求3所述的复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，给水槽(2)内设置有给水隔板(13)，所述给水隔板(13)将给水槽(2)的下部分隔成左右两部分，其中，靠近模拟区域的一侧用于导入供水，另一侧底部设置有第三排水管(11)。5.根据权利要求3所述的复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，所述排水槽(5)内设置有排水隔板(7)，所述排水隔板(7)将排水槽(5)的下部分隔成左右两部分，其中，靠近模拟区域的一侧用于接受出水，另一侧底部设置有第一排水管(8)，所述排水隔板(7)的顶部与含水层(3)和相对隔水层(9)的接触面出水侧齐平。6.根据权利要求1所述的复杂山区潜水流
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潜水湖渗流可视化模拟装置，其特征在于，还包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：范荣全，胡正，韩爱果，董斌，唐扬，任光明，周先平，向军，任志超，肖先煊，黄利坷，王必杨，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司甘孜供电公司成都理工大学，
类型：发明
国别省市：