一种监测孔隙水溶质运移规律的实验装置

摘要

本发明公开一种监测孔隙水溶质运移规律的实验装置。包括：可循环、大小可调节的孔隙结构介质模型，污染投放装置，用于测量实验装置内水流流动和溶质运移特征的压力传感器与电导率传感器，自动化读取数据的数据采集系统。可拆卸实验装置特征在于包括带弧形轨道的亚克力板(前后两侧)，以及有截断装置的左右侧截板和底板。本装置结构合理，可操作性强，可以实现模拟介质的更换，改变模型尺寸，调整介质的表面坡度。模型装置中的传感器以及集成式巡检仪系统可以高效自动读取整个系统的水头和溶质浓度信息，并且自动化读取数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测孔隙水溶质运移规律的可拆卸，并可自行调节模型大小的实验装置，属于地下水模拟技术领域。

背景技术

地下水溶质运移的研究，在处理简单问题的理论上已十分成熟，研究重心已移向复杂或特殊条件下的问题。实际工程遇到的地基条件与地下透水条件时常是复杂多变的，即使在简单条件下已被实践证明为成熟甚至完善的理论，在复杂或特殊条件下往往难于直接发挥作用，或可信度不高。

现有的地下水孔隙介质溶质迁移模型数量较少，且往往尺寸单一，无法调节。同时，现有的模型中多孔介质易吸附污染物，形成残留，对后期实验结果造成影响。对于污染源的源头，传统模型往往不加以区分，未能根据具体情况分设研究装置，使得迁移规律不具有全面性和针对性。

地下水污染问题是当代水文水资源和水环境保护研究领域之中的重要科学问题之一。地下水污染通常发生在地表以下，其物理机制复杂，监测困难，环境修复技术手段也不成熟。本次实验装置的研制，是为了给地下水污染机理和修复研究提供监测直观、操作灵活的仪器，以研制可视化强、自动化数据采集、试验场景变换简单的物理实验模型为目标，便于辅助更深入的地下水污染问题的研究，具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明目的是针对现有孔隙结构介质模型结构单一、难以清理的缺点，提供一种设计新颖，孔隙结构介质模型结构可扩展调节且易清理的实验装置。

为实现上述发明目的，本发明监测孔隙水溶质运移规律的实验装置，可采用如下技术方案：

一种监测孔隙水溶质运移规律的实验装置，包括孔隙结构介质模型，点源投放装置、非点源投放装置，压力传感器、电导率传感器、数据的数据采集系统，压力传感器及电导率传感器均用于测量整个流场与溶质特征；

所述孔隙结构介质模型包括若干基础介质单元及连接基础介质单元的扩展介质单元；所述扩展介质单元包括孔隙结构介质模型一对对应的扩展侧壁；所述若干基础介质单元包括一对对应的基础侧壁、位于该一对基础侧壁一端的端壁；而该一对基础侧壁的另一端连接所述扩展侧壁；所述每个扩展侧壁的一端内表面以及基础侧壁一端的内表面均设有纵向延伸的插槽；而每个扩展侧壁的另一端内表面设有纵向延伸并与相邻的基础侧壁或者扩展侧壁的插槽配合的纵向延伸的插块；基础介质单元位于整个孔隙结构介质模型的一端；而位于孔隙结构介质模型的另一端的扩展介质单元则设有插于该扩展介质单元插槽内的插板；

每个基础介质单元中及扩展介质单元中均包括用以承载实验介质的承载板；每个基础介质单元中及扩展介质单元中还设有与承载板两端配合的弧形轨道，所述承载板的两端分别装配在弧形轨道中，并通过承载板两端分别在两侧弧形轨道中的滑动而调整承载板的倾斜角度；在基础介质单元中，所述弧形轨道位于基础侧壁的内侧；在扩展介质单元中，所述弧形轨道位于扩展侧壁的内侧；

所述数据采集系统连接压力传感器及电导率传感器并接收连接压力传感器及电导率传感器采集的数据；

所述非点源污染投放装置设置在孔隙结构介质模型上方。

与背景技术相比，本发明中的孔隙介质结构模型的可扩展设计可以方便地调整模型的大小并且方便模型的拆卸以利于清洗；弧形轨道的设计，可调节承载板坡度的大小；在模型装置中的不同位置安装压力传感器与电导率传感器，可以测量整个流场中的溶质运移情况；另外，使用巡检仪与计算机，自动化读取数据，避免人为误差。

优选的，所述基础介质单元纵向层叠设置为一列。

优选的，所述孔隙介质模型还包括进水口、出水口。

优选的，在进水口设置调速泵，对进水流流量进行调速；在出水口处通过管道设一水箱，同时，在介质模型后增加一水泵，将水抽入进水口，起到循环作用。

优选的，所述非点源污染投放装置为设置在孔隙结构介质模型上方的降雨器。

优选的，所述点源污染装置为在介质表面或内部任意位置上放置的乳胶管。

优选的，所述的数据采集系统包括一个巡检仪和一个电源。

优选的，所述扩展侧壁、基础侧壁、承载板均为亚克力板。

附图说明

图1是本发明监测孔隙水溶质运移规律的实验装置的结构示意图。

图2是本发明监测孔隙水溶质运移规律的实验装置中孔隙结构介质模型的结构示意图。

图3是本发明中扩展介质单元与相邻基础介质单元/扩展介质单元连接的结构示意图。

图4是本发明中位于整个孔隙结构介质模型一端的扩展介质单元中设置插板的结构示意图。

图5是本发明监测孔隙水溶质运移规律的实验装置的坡度调节示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，本发明监测孔隙水溶质运移规律的实验装置包括孔隙结构的介质模型13，水箱7，非点源投放装置6，用于循环的水泵4，压力传感器与电导率传感器12，数据采集系统11以及计算机10。水流通过布水管1进入到水箱7中，再进入孔隙结构介质模型13，水流经孔隙结构介质模型13流出到出水口，在出水口处安装流量计14，用来测量出流口的流量过程，再通过水箱及滤网15后排放。为分析孔隙介质中水流运动规律以及其他水力学特征，需测定孔隙介质中的压力水头，电导率等参数，在孔隙介质中选择相应的位置点9中的部分点作为测压孔并通过导管连接到压力传感器系统12，测得对应点处的水力参数，将压力传感器及电导率传感器系统连接到数据采集系统11，以实现数据的实时输出，在计算机10中安装数据处理软件，自动化读取所需数据值。为了直观地观测到孔隙介质中溶质运移规律，将有色液体通过进口水箱7注入到介质模型中，可视化研究溶质运移规律。在本实施方式中所述非点源污染投放装置6为设置在孔隙结构介质模型上方的降雨器3。所述点源污染装置为利用针管在介质表面或在9处任意位置放置的乳胶管处注射污染物(未图示)。

请结合图2至图5所示，所述孔隙结构介质模型13包括若干基础介质单元21及连接基础介质单元21的扩展介质单元22。在本实施方式中，所述基础介质单元21纵向层叠设置为一列，同样的扩展介质单元22也层叠设置为一列或者多列。所述扩展介质单元22包括孔隙结构介质模型一对对应的扩展侧壁23。所述若干基础介质单元21包括一对对应的基础侧壁24、位于该一对基础侧壁24一端的端壁25。而该一对基础侧壁24的另一端连接所述扩展侧壁23。参阅图3、图4所示，每个扩展侧壁23的一端内表面以及基础侧壁24一端的内表面均设有纵向延伸的插槽26；而每个扩展侧壁23的另一端内表面设有纵向延伸并与相邻的基础侧壁24或者扩展侧壁的插槽26配合的纵向延伸的插块27。如图4所示，基础介质单元21位于整个孔隙结构介质模型13的一端；而位于孔隙结构介质模型13的另一端的扩展介质单元22则设有插于该扩展介质单元插槽内的插板28而使该端密封。若在该端仍需要进行整体结构扩展，则可以将插板28取下而加装芯的扩展介质单元。在本实施方式中，该插板28的横截面为中字形。

请再结合图2及图5所示，每个基础介质单元21中及扩展介质单元22中均包括用以承载实验介质的承载板16。每个基础介质单元21中及扩展介质单元22中还设有与承载板16两端配合的弧形轨道17，所述承载板16的两端分别装配在弧形轨道17中，并通过承载板16两端分别在两侧弧形轨道17中的滑动而调整承载板16的倾斜角度。在基础介质单元21中，所述弧形轨道17位于基础侧壁24的内侧；在扩展介质单元中，所述弧形轨道17位于扩展侧壁23的内侧。

操作时，按照需要的坡度和尺寸依次安装并固定介质模型13，并连接好进水口1，传感器12，数据处理系统11和计算机10等。打开压力传感器和电导率传感器系统12和电脑10，然后打开阀门8。先让水流经降雨器充满孔隙结构介质模型13，若有溢流情况，水流会从管道经水泵4抽回水箱，循环利用。待孔隙结构介质模型13中水流稳定后，将有色液体投放在水箱7中，有色液体通过水箱7，降雨器3流入到介质中，可直接观测溶质运移状态，并通过压力传感器以及电导率传感器12将信息收集于电脑，实现自动化和可视化研究孔隙介质中的溶质运移规律。

另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。