测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪及调节方法

摘要

本发明提出了一种测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪及调节方法，所述入渗仪包括下端开口的内箱体、套装在内箱体外的下端开口的外箱体、以及高度可连续调节的且与内箱体连通的内箱供水单元；外部供水系统通过外箱供水管和内箱供水管分别向外箱体和内箱供水单元供水，内箱供水管上还设有第一计量装置；内箱体连通有柔性的内箱溢流管道，内箱溢流管道上设有第二计量装置，外箱体上设有对内箱溢流管道进行支撑的高度可连续调节的高度调节支架。本发明的高度调节支架所限定的内箱溢流管道的最高位置与内箱供水单元的水位等高，该水位为测试水位，通过调节高度调节支架的高度便可无级调节测试水位，测试渗水地层在不同水位的入渗性能，操作简单、方便。

说明书

技术领域

本发明属于水文地质参数测定设备技术领域，具体涉及一种测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪及调节方法。

背景技术

目前大规模取水方式除常规水厂采用取水头在水域取水外，普遍采用江、河、湖水通过河床中天然的强透水层后汲取渗透后的潜水这种傍河取水方式。傍河取水在渗透性能、可开采量等方面通常采用抽水试验、压水试验结果，利用经验模型公式进行计算和评价。

由于傍河表水受季节环境条件，起伏不均，在不同水位条件下，在渗水地层中的渗透性能变化明显，故经验模型公式并不能很好的评价强透水层在水淹没状态下的垂直入渗性能，无法较准确评价表层在不同水位条件下，渗透取水的量的变化情况。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是提供一种测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪。本发明的第二个目的是提供利用前述的测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪进行水位调节的方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪，包括下端开口的内箱体、套装在内箱体外的下端开口的外箱体、以及高度可连续调节的且与内箱体连通的内箱供水单元；

外部供水系统通过外箱供水管和内箱供水管分别向外箱体和内箱供水单元供水，外箱供水管和内箱供水管上均设有供水阀，内箱供水管上还设有第一计量装置；

内箱体上设有内箱出水口，内箱出水口连接有柔性的内箱溢流管道，内箱溢流管道上设有第二计量装置，外箱体上或独立于外箱体设有对内箱溢流管道进行支撑的高度可连续调节的高度调节支架；

外箱体上设有外箱出水口，外箱出水口连接有柔性的外箱溢流管道，外箱溢流管道与内箱溢流管道共用一个高度调节支架进行高度调节，或者外箱溢流管道和内箱溢流管道各用一个高度调节支架进行高度调节；

运行时，内箱供水单元和高度调节支架同步运行以调节水位高度，外箱体的水位与内箱供水单元的水位等高。

上述技术方案中，在内箱体外设置外箱体，内箱体和外箱体之间渗入渗水地层的水主要消耗在侧向扩散上，内箱体渗入渗水地层的水主要消耗在垂向渗透上。高度调节支架所限定的内箱溢流管道的最高位置与内箱供水单元的水位等高，该水位为测试水位，外箱体中高于测试水位的水从外箱溢流管道溢出，保持外箱体的水位与内箱供水单元的水位等高。通过调节高度调节支架的高度便可无级调节测试水位，测试渗水地层在不同水位的入渗性能，操作简单、方便。

在本发明的一种优选实施方式中，内箱供水单元设在外箱体内部或外箱体外部。根据实际情况设置内箱供水单元的位置，以方便操作。

在本发明的另一种优选实施方式中，外箱溢流管道和内箱溢流管道共用一个高度调节支架进行高度调节，高度调节支架具有对内箱溢流管道进行支撑的第一管夹和对外箱溢流管道进行支撑的第二管夹，第一管夹与第二管夹等高。运行时，通过调节高度调节支架，便可改变内箱溢流管道和外箱溢流管道的最高位置，调节方便。

在本发明的一种优选实施方式中，内箱供水单元与内箱溢流管道各用一个高度调节支架进行高度调节，或者内箱供水单元与内箱溢流管道共用一个高度调节支架进行高度调节。根据实际情况设置高度调节支架的个数。

在本发明的一种优选实施方式中，高度调节支架设在外箱体外侧或内侧，外箱体上固接有竖向设置的且穿过高度调节支架的螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有锁紧螺母。通过在螺纹杆上竖向调节高度调节支架的高度，并用锁紧螺母紧固，能够实现连续调节，操作方便。

在本发明的一种优选实施方式中，内箱供水单元的水位与高度调节支架等高。

在本发明的另一种优选实施方式中，第二计量装置位于高度调节支架的下游。

在本发明的另一种优选实施方式中，内箱体和外箱体的底部均为刃形。由此便于将内箱体和外箱体插入渗水地层。

在本发明的另一种优选实施方式中，内箱溢流管道和外箱溢流管道的出水口均与供水系统连接，从内箱体和外箱体溢流出的水流回至供水系统。节约水资源。

为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：利用测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪进行水位调节的方法，检测外箱水位H

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例一的测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪的结构示意图。

图2是本申请实施例二的测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：外箱体10、外箱出水口11、内箱体20、内箱出水口21、供水总管30、外箱供水管31、供水阀311、内箱供水管32、第一计量装置321、内箱供水单元40、连接管41、内箱溢流管道50、第二计量装置51、高度调节支架60、螺纹杆61、锁紧螺母62、第一管夹63、第二管夹64、外箱溢流管道70、渗水地层A。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

本实施例提供了一种测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪，如图1所示，在本发明的一种优选实施方式中，其包括下端开口的内箱体20、套装在内箱体20外的下端开口的外箱体10、以及高度可连续调节的且与内箱体20内部连通的内箱供水单元40。内箱体20同心的设在外箱体10的下部，内箱体20的下端开口，内箱体20具有环形侧壁和顶部，外箱体10的上端和下端均开口，仅具有环设在内箱体20外的环形侧壁，优选内箱体20和外箱体10的底部均为刃形，便于插入渗水地层A中。内箱供水单元40设在外箱体10内部或外箱体10外部，优选设在内箱体20内部的上部且位于内箱体20的上方，内箱供水单元40为顶部开口的水箱，该水箱的底部通过连接管41与内箱体20连接并连通。

外部供水系统通过供水总管30输送水，供水总管30通过三通接头连接有并联连接的外箱供水管31和内箱供水管32，供水系统通过外箱供水管31和内箱供水管32分别向外箱体10和内箱供水单元40供水，外箱供水管31和内箱供水管32上均设有供水阀311，内箱供水管32上还设有位于供水阀311上游的第一计量装置321。

内箱体20的侧壁上设有内箱出水口21，内箱出水口21连接有柔性的内箱溢流管道50，内箱溢流管道50上设有第二计量装置51，优选内箱溢流管道50的出水口与供水系统连接，从内箱体20溢流出的水流回至供水系统。外箱体10上或独立于外箱体10设有对内箱溢流管道50进行支撑的高度可连续调节的高度调节支架60，第二计量装置51位于高度调节支架60的下游。运行时，内箱供水单元40和高度调节支架60同步运行以调节水位高度，试验时，内箱供水单元40的水位与高度调节支架60等高。

在本实施方式中，第一计量装置321和第二计量装置51可以为现有技术中的能够计量水量的装置，可以但不限于为水表、流量计等。

在本实施方式中，高度调节支架60设在外箱体10外侧或内侧，比如设在外箱体10外侧，高度调节支架60卡设在外箱体10外壁上并可在外箱体10上竖向滑动，高度调节支架60具有对内箱溢流管道50进行支撑的第一管夹63，内箱溢流管道50穿过外箱体10侧壁与第一管夹63连接由第一管夹63支撑，内箱溢流管道50自然向下垂，通过高度调节支架60的高度限定内箱供水单元40的水位。外箱体10顶部固接有位于外箱体10外侧的竖向设置的螺纹杆61，螺纹杆61的下端穿过高度调节支架60而向下延伸，螺纹杆61上螺纹连接有位于高度调节支架60下端的锁紧螺母62，通过螺纹杆61与锁紧螺母62螺纹连接的方式，使内箱溢流管道50溢流水的高度能够连续调节。

在本实施方式中，图1所示为内箱供水单元40与内箱溢流管道50用两个高度调节支架60分别进行高度调节，当然也可将内箱供水单元40和高度调节支架60同时设在外箱体10同侧的内部或外部，内箱供水单元40与内箱溢流管道50共用一个高度调节支架60进行高度调节。

测试渗水地层A在水淹没状态下的垂直入渗性能的具体操作过程如下：首先选择试验点，先将内箱体20和外箱体10插入试验点的渗水地层A中，根据需要模拟的测试水位，比如第一测试水位，同步调节内箱供水单元40和高度调节支架60的高度，使两者高度与第一测试水位相适应。接下来打开外箱供水管31和内箱供水管32上的供水阀311，向外箱体10和内箱供水单元40中注水，当外箱体10的水位达到第一测试水位时，关闭外箱供水管31上的供水阀311，停止向外箱体10中注水，持续向内箱供水单元40中注水，内箱体20中的水下渗至渗水地层A中，多余的水从内箱溢流管道50流出至外部供水系统，然后每隔一段时间(比如5s)观察记录第一计量装置321的计量的水量值与第二计量装置51计量的水量值的差值，试验一直进行到单位时间内差值固定不变为止(即渗水地层处于饱水状态)。

内箱供水单元40的水位为第一测试水位，试验过程中，内箱供水单元40的水位始终与高度调节支架60所限定的内箱溢流管道50的最高位置等高，保证第一测试水位的稳定。

第一计量装置321计量注入内箱供水单元40中的水量，第二计量装置51计量从内箱溢流管道50溢流出的水量，单位时间内注入内箱供水单元40中的水量与从内箱溢流管道50溢流出的水量的差值为单位时间内从内箱体20减少的水量，为从内箱体20渗入渗水地层A的水量Q1，试验一直进行到单位时间内从内箱体20渗入渗水地层A的水量Q1固定不变为止，取最后一次流量作为计算值，根据下式计算渗水地层A在第一测试水位下渗透速度：V1＝Q1/S，式中，S为内箱体20所圈定的面积。

需要说明的是，内箱体20通过内箱供水单元40进行供水，内箱体20的高度可以做得较矮，使外箱体10内部盛水的有效容积较大，试验过程中，外箱体10的水位下降很小，外箱体10中水对渗水地层A的水压变化小，对试验结果影响不大。

需要测试在第二测试水位、第三测试水位......第N测试水位下，渗水地层A在水淹没状态下的垂直入渗性能时，同步调节内箱供水单元40和高度调节支架60的高度，使两者高度与第N测试水位相适应，然后按照上述测试第一测试水位的试验过程进行多次试验，得出第N测试水位下渗透速度Vn。为节约时间和水资源，可连续测试，优选第一测试水位、第二测试水位......第N测试水位的高度依次降低。

采用本发明的入渗仪可进行原位测试试验，测试渗水地层A在水淹没状态下的垂直入渗性能，进而较准确评价表层在不同水位条件下，渗透取水的量的变化情况，通过试验结果，分阶段计算不同水位时的渗透性能和可开采量，科学评价渗透取水的水量变化。

实施例二

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，如图2所示，在本实施例中，外箱体10下部的侧壁上设有外箱出水口11，外箱出水口11连接有与外箱体10内部相通的柔性的外箱溢流管道70，外箱溢流管道70与内箱溢流管道50共用一个高度调节支架60进行高度调节，或者外箱溢流管道70和内箱溢流管道50各用一个高度调节支架60进行高度调节。优选外箱溢流管道70与内箱溢流管道50共用一个高度调节支架60进行高度调节，比如该高度调节支架60上还具有与第一管夹63等高的第二管夹64，外箱溢流管道70由第二管夹64支撑，并随高度调节支架60的竖向移动改变从外箱溢流管道70溢流水的高度。在本实施方式中，外箱溢流管道70的出水口也与外部供水系统连接，从外箱体10溢流出的水流回至供水系统。

在本实施方式中，运行时，同时向外箱体10和内箱供水单元40中注水，试验过程中，内箱供水单元40的水位始终与高度调节支架60所限定的内箱溢流管道50的最高位置等高，且外箱体10的水位始终与高度调节支架60所限定的外箱溢流管道70的最高位置等高，因限制内箱溢流管道50最高位置的第一管夹63与限制外箱溢流管道70最高位置的第二管夹64等高，因此，试验过程中，外箱体10的水位始终与内箱供水单元40的水位等高且均保持在测试水位。

实施例三

本实施例提供一种利用实施二的测试不同水位垂向入渗速度的入渗仪进行水位调节的方法，检测外箱水位H

实际应用时，可通过水位传感器检测外箱水位H

在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。