專利名稱：潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與地下水有關(guān)，特別與潛水含水層有關(guān)的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
自然界的地下水按其埋藏條件和水動(dòng)力特征，可分為潛水、承壓水和上層滯水。潛水是指地表以下飽水帶中第一個(gè)具有自由表面，且具有一定規(guī)模的含水層中的重力水。潛水面(地下水面)到隔水底板的垂直距離為含水層厚度，潛水面到地表的垂直距離為潛水的埋藏深度，潛水含水層厚度和潛水埋藏深度隨潛水面的升降面而變化。潛水面以上不存在隔水層，因此潛水與大氣降水及地表水聯(lián)系緊密，與水文循環(huán)密切，對(duì)水文氣象因素敏感。潛水面以上不存在隔水層，因此在潛水分布的范圍都可以接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給。潛水依所處的地貌位置不同有多種排泄方式，在地形切割強(qiáng)烈的地區(qū)，潛水往往以泉的形式溢流于地表或直接排泄于地表水體，也可通過毛細(xì)水的形式蒸發(fā)排泄，植物蒸騰等。潛水面的形狀受地形控制，通常為緩于地形的曲面。潛水在自然界分布廣泛，埋藏淺，便于開采和利用，是水文地質(zhì)學(xué)重要的研究對(duì)象。要研究和學(xué)習(xí)有關(guān)潛水的知識(shí)，主要通過野外現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，工程勘探等方式進(jìn)行，往往耗資巨大，野外地質(zhì)條件復(fù)雜，水文地質(zhì)現(xiàn)象不直觀，測(cè)試數(shù)據(jù)不便于觀察，可重復(fù)性差等缺點(diǎn)，給潛水的研究帶來不便，也使初學(xué)者難于認(rèn)識(shí)和理解。本發(fā)明根據(jù)相似模擬的原理，以自然界山區(qū)典型的潛水為模擬對(duì)象，模擬潛水的構(gòu)成、補(bǔ)給、徑流、排泄、水動(dòng)力特征等，通過實(shí)驗(yàn)以熟悉潛水的基本概念及對(duì)潛水進(jìn)行深入研究的潛水地質(zhì)模型裝置。本發(fā)明為學(xué)習(xí)潛水的有關(guān)知識(shí)及研究潛水的形成、動(dòng)態(tài)變化特征等提供了一種有效的手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種以水文地質(zhì)模型的方式，模擬潛水的構(gòu)成要素、潛水的形成、補(bǔ)給、徑流、排泄、水動(dòng)力特征的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置。通過該裝置的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，可熟悉有關(guān)潛水的基本組成要素，展現(xiàn)與潛水有關(guān)的水文地質(zhì)現(xiàn)象，便于清晰、直觀地學(xué)習(xí)有關(guān)潛水的基本知識(shí)和開展對(duì)潛水的研究。本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括有水泵的儲(chǔ)水箱、模擬箱、位于模擬箱頂部的模擬降雨組件，模擬箱內(nèi)有平緩山丘狀潛水含水層、分別位于潛水含水層上、下游端的第一模擬地表水體、第二模擬地表水體，等距離豎直固定在模擬箱壁上的至少六支測(cè)壓管伸入潛水含水層中的底端在同一水平面上，沿潛水含水層起伏面豎直安裝在模擬箱壁上的至少六支示蹤劑注入管的下部分別伸入潛水含水層中且各示蹤劑注入管伸入潛水含水層中的深度相等或近似相等，位于模擬箱外上游端的穩(wěn)定流供水箱中有分別通過管道與儲(chǔ)水箱中水泵和模擬箱中的第一模擬地表水體相通的供水腔、通過回水管道與儲(chǔ)水箱相通的回流腔，位于模擬箱外下游端的穩(wěn)定流排水中有通過管道與第二模擬地表水體連通的溢流腔、通過管道與儲(chǔ)水箱相通的排水腔，潛水含水層由多孔介質(zhì)的石英砂模擬，模擬降雨組件用于模擬降雨垂向入滲補(bǔ)給潛水含水層，也可以模擬地表片流的形成(不斷增大降雨量，當(dāng)降雨量大于入滲量時(shí)，則形成地表片流)，至少六支測(cè)壓管，可觀測(cè)不同狀態(tài)下的潛水面形狀及潛水面峰面形成、遷移特征，沿地形起伏面設(shè)置的示蹤劑注入管，實(shí)驗(yàn)過程中，通過向含水層注入示蹤劑，可以觀測(cè)不同狀態(tài)時(shí)潛水徑流時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡、分析潛水的水流特征。上述的潛水含水層頂面有地形罩，保持外形穩(wěn)定。上述的地形罩由S形有機(jī)玻璃透水板和與S形有機(jī)玻璃透水板成一體的反S形有機(jī)玻璃透水板制成。上述的的地形罩底部有尼龍網(wǎng)，過水不透砂。上述的模擬降雨組件中有裝于模擬箱頂部的有若干降雨孔的降雨板，裝于模擬箱上的降雨供水管一端位于降雨板頂上而另一端通過軟管與儲(chǔ)水箱中水泵連通，降雨供水管上裝有控制閥。上述的模擬箱底部有與模擬箱連通的有控制閥的排水管。上述的模擬箱壁外上、下游端分別有能調(diào)節(jié)穩(wěn)定流供水箱、穩(wěn)定流排水箱高度的水位調(diào)節(jié)器。上述的水位調(diào)節(jié)有裝在模擬箱上、下的上支座、下支座，與穩(wěn)定流供水箱或穩(wěn)定流排水箱連接的帶內(nèi)螺紋的支耳，調(diào)節(jié)螺桿一端依次穿過上支座、與支耳螺紋配合后伸入下支座中且能轉(zhuǎn)動(dòng)，水位調(diào)節(jié)器通過螺桿，可上、下調(diào)節(jié)高度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)節(jié)和穩(wěn)定地表水的水位。通過調(diào)節(jié)兩端地表水的水位差，可以模擬潛水面峰面的形成，峰面的位置，峰面的轉(zhuǎn)移、消失以及潛水含水層側(cè)向補(bǔ)給。上述的測(cè)壓管為九支、示蹤劑注入管為八支。上述的模擬箱采用透明有機(jī)玻璃制成，便于觀察。帶水泵的儲(chǔ)水箱，通過供、排水管路與降雨組件和水位調(diào)節(jié)器相連，形成閉路循環(huán)的供、排水系統(tǒng)，循環(huán)使用實(shí)驗(yàn)用水，實(shí)驗(yàn)裝置無需外接供、排水管路，使儀器結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，降低了儀器造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用。本發(fā)明是一種以水文地質(zhì)模型的方式，模擬潛水的構(gòu)成要素、潛水的形成、補(bǔ)給、 徑流、排泄、水動(dòng)力特征的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置。通過本裝置的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，可熟悉有關(guān)潛水的基本組成要素，展現(xiàn)與潛水有關(guān)的水文地質(zhì)現(xiàn)象，便于清晰、直觀地學(xué)習(xí)有關(guān)潛水的基本知識(shí)和開展對(duì)潛水的研究。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的左視圖。圖3為地形罩結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1中的A— A剖視圖。圖5為圖1的俯視圖。圖6為本發(fā)明潛水面峰面居中時(shí)工作狀態(tài)圖。
圖7為本發(fā)明潛水面峰面向高水位地表水偏移時(shí)工作狀態(tài)圖。圖8為本發(fā)明潛水面峰面消失工作狀態(tài)圖。圖9為本發(fā)明潛水含水層厚度隨潛水面變化時(shí)工作狀態(tài)圖。圖10為本發(fā)明地表水側(cè)向補(bǔ)給潛水含水層工作狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1 圖5，本實(shí)施例潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括有水泵1的儲(chǔ)水箱2、模擬箱3、 位于模擬箱頂部的模擬降雨組件4。模擬箱內(nèi)有平緩山丘狀潛水含水層5、分別位于潛水含水層上、下游端的第一模擬地表水體6、第二模擬地表水體7。等距離豎直固定在模擬箱壁上的九支測(cè)壓管8伸入潛水含水層中的底端在同一水平面上。沿潛水含水層起伏面豎直安裝在模擬箱壁上的九支示蹤劑注入管9的下部分別伸入潛水含水層且各示蹤劑注入管伸入潛水深度相等(或近擬相等)。位于模擬箱外上游端的穩(wěn)定流供水箱10中有分別通過管道11、12與儲(chǔ)水箱中水泵和模擬箱中的第一模擬地表水體相通的供水腔13、通過回水管道 14與儲(chǔ)水箱相通的回流腔15。位于模擬箱外下游的穩(wěn)定流排水箱16中有通過管道17與第二模擬地表水體連通的溢流腔18、通過管道19與儲(chǔ)水箱相通的排水腔20。參見圖1、圖3、圖4，潛水含水層頂面有地形罩21。地形罩由S形有機(jī)玻璃透水板 21—1和與S形有機(jī)玻璃透水板成一體的反S形有機(jī)玻璃透水板21—2制成。地形罩底部有尼龍網(wǎng)22。參見圖1、圖5，模擬降雨組件中有裝于模擬箱頂部的有若干降雨孔的降雨板23， 裝于模擬箱上的降雨供水管M —端位于降雨板頂面而另一端通過軟管25與儲(chǔ)水箱中水泵連通，降雨供水管上裝有控制閥26。參見圖1，模擬箱底部有與模擬箱連通的有控制閥的排水管27。參見圖1，模擬箱壁外上、下游端分別有能調(diào)節(jié)穩(wěn)定流供水箱、穩(wěn)定流排水箱高度的水位調(diào)節(jié)器28。水位調(diào)節(jié)器中有裝在模擬箱上、下的上支座四、下支座30，與穩(wěn)定流供水箱或穩(wěn)定流排水箱連接的帶內(nèi)螺紋的支耳31，調(diào)節(jié)螺桿32 —端依次穿過上支座、與支耳螺紋配合后而伸入下支座中且能轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明工作時(shí)，
1觀測(cè)降雨入滲補(bǔ)給及地表片流形成
調(diào)節(jié)兩端地表水位調(diào)節(jié)器，使其處于較低位置，且高度相同。接通電源，打開降雨供水水閥，使其處于較小供水量，此時(shí)降雨形成，通過模擬潛含水層表面入滲補(bǔ)給地下水，由于降水量小于入滲量，降水全部入滲補(bǔ)給地下水。逐漸打開供水水閥，增大降雨量，當(dāng)降雨量大于入滲量時(shí)，沿潛水含水層地形表面形成地表片流。通過觀測(cè)入滲補(bǔ)給，可以了解潛水垂向補(bǔ)給方式，在降雨量相同時(shí)，降雨時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于潛水補(bǔ)給。2觀測(cè)有降水入滲時(shí)，潛水面的形狀及地下水流動(dòng)特征
當(dāng)有降水入滲時(shí)，通過測(cè)壓管水位連線可以觀察到潛水面是與地形起伏一致的曲面， 當(dāng)兩側(cè)地表水位相等時(shí)，潛水面的峰面居中，同時(shí)打開示蹤劑開關(guān)，注入示蹤劑，通過示蹤劑形成的流線，可以觀察到入滲水進(jìn)入含水層后，從潛水面的峰面向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，排泄于地表水體(圖6)。繼續(xù)保持降雨，升高一端水位，可以發(fā)現(xiàn)潛水面的峰面向高水位一端發(fā)生偏移，隨著地下水峰面向高水位一端偏移，入滲也是與潛水面峰面為界，大部分向低水位一端運(yùn)動(dòng)， 排泄于地表水體(圖7)。繼續(xù)升高一端的地表水位，潛水面峰面繼續(xù)向高水位一端的地表水偏移，直至達(dá)到與地表水水位等高，此時(shí)潛水面峰面消失，潛水面為一從高水位地表水向低水位地表水的傾斜面。通過示蹤劑形成的流線可以觀察到入滲水和高水位一端的地表水均通過含水層向低水位一端的地表水運(yùn)動(dòng)、排泄(圖8)。3無降雨時(shí)，觀察潛水面形狀及潛水補(bǔ)給、徑流、排泄特征
停止降水，將兩端地表水水位調(diào)整為同一高度，此時(shí)各測(cè)壓管水位，兩端地表水水位高度相同，表明潛水面為水平面。潛水面至到隔水底板的垂直距離為含水層厚度，潛水面到地表的垂直距離為潛水的埋藏深度，如果同步調(diào)節(jié)兩端地表水水位高度，則潛水含水層厚度和潛水埋藏深度隨潛水面的升降面而變化(圖9)。升高上游端水位調(diào)節(jié)器，打開供水開關(guān)，隨著水位升高，在兩端地表水水位差作用下，高水位一端的地表水通過側(cè)向補(bǔ)給含水層，向低水位一端地表水徑流、排泄(圖10)。圖6 圖10中序號(hào)33為潛水面。通過以上實(shí)驗(yàn)，可以認(rèn)識(shí)與潛水有關(guān)的基本概念，對(duì)潛水形成、補(bǔ)給、徑流、排泄特征建立感性認(rèn)識(shí)。上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括有水泵的儲(chǔ)水箱、模擬箱、位于模擬箱頂部的模擬降雨組件，模擬箱內(nèi)有平緩山丘狀潛水含水層、分別位于潛水含水層上、下游端的第一模擬地表水體、第二模擬地表水體，等距離豎直固定在模擬箱壁上的至少六支測(cè)壓管伸入潛水含水層中的底端在同一水平面上，沿潛水含水層起伏面豎直安裝在模擬箱壁上的至少六支示蹤劑注入管的下部分別伸入潛水含水層且各示蹤劑注入管伸入潛水含水層中的深度相等或近似相等，位于模擬箱外上游端的穩(wěn)定流供水箱中有分別通過管道與儲(chǔ)水箱中水泵和模擬箱中的第一模擬地表水體相通的供水腔、通過回水管道與儲(chǔ)水箱相通的回流腔，位于模擬箱外下游端的穩(wěn)定流排水箱中有通過管道與第二模擬地表水體連通的溢流腔、通過管道與儲(chǔ)水箱相通的排水腔。
2.如權(quán)利要求1所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于潛水含水層頂面有地形罩。
3.如權(quán)利要求1所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于地形罩由S形有機(jī)玻璃透水板和與S形有機(jī)玻璃透水板成一體的反S形有機(jī)玻璃透水板制成。
4.如權(quán)利要求3所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于地形罩底部有尼龍網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求1 4之一所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于模擬降雨組件中有裝于模擬箱頂部的有若干降雨孔的降雨板，裝于模擬箱上的降雨供水管一端位于降雨板頂上而另一端通過軟管與儲(chǔ)水箱中水泵連通，降雨供水管上裝有控制閥。
6.如權(quán)利要求1 4之一所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于模擬箱底部有與模擬箱連通的有控制閥的排水管。
7.如權(quán)利要求1 4之一所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于模擬箱壁外上、下游端分別有能調(diào)節(jié)穩(wěn)定流供水箱、穩(wěn)定流排水箱高度的水位調(diào)節(jié)器。
8.如權(quán)利要求7所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于水位調(diào)節(jié)器中有裝在模擬箱上、下端的上支座、下支座，與穩(wěn)定流供水箱或穩(wěn)定流排水箱連接的帶內(nèi)螺紋的支耳，調(diào)節(jié)螺桿一端依次穿過上支座、與支耳螺紋配合后伸入下支座中且能轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1 4之一所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于測(cè)壓管為九支、示蹤劑注入管為八支。
10.如權(quán)利要求1 4之一所述的潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于模擬箱采用透明有機(jī)玻璃制成。
全文摘要
本發(fā)明為潛水地質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括有水泵的儲(chǔ)水箱、模擬箱、位于模擬箱頂部的模擬降雨組件，模擬箱內(nèi)有平緩山丘狀潛水含水層、分別位于潛水含水層上、下游端的第一模擬地表水體、第二模擬地表水體，等距離豎直固定在模擬箱壁上的至少六支測(cè)壓管伸入潛水含水層中的底端在同一水平面上，沿潛水含水層起伏面豎直安裝在模擬箱壁上的至少六支示蹤劑注入管的下端分別伸入潛水含水層中，位于模擬箱外上游端的穩(wěn)定流供水箱中有分別與水泵和第一模擬地表水體相通的供水腔、與儲(chǔ)水箱相通的回流腔，位于模擬箱外下游的穩(wěn)定流排水箱有與第二模擬地表水體連通的溢流腔、與儲(chǔ)水箱相通的排水腔。通過本發(fā)明裝置，可熟悉有關(guān)潛水的基本組成要素，展現(xiàn)與潛水有關(guān)的水文地質(zhì)現(xiàn)象，便于清晰、直觀地學(xué)習(xí)有關(guān)潛水的基本知識(shí)和開展對(duì)潛水的研究。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102507139SQ20111033413
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者付小敏, 李天斌, 汪旭, 王嘉舜, 肖先煊, 蔡國(guó)軍, 虞修竟 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)