本實(shí)用新型屬于水利工程領(lǐng)域，涉及一種在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中多孔介質(zhì)飽和非飽和測量裝置。

背景技術(shù)：

側(cè)岸帶是河道兩側(cè)在河岸一定范圍內(nèi)河水與區(qū)域地下水發(fā)生潛流交換的區(qū)域。側(cè)岸潛流交換對河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有著重要作用，潛流交換流由于控制著潛流帶內(nèi)水量的變化及各種物質(zhì)的滯留時間，對地下水的水量和水質(zhì)變化具有重要的影響。在側(cè)岸橫向結(jié)構(gòu)上，由于河流與河岸交界面具有強(qiáng)烈的水文連通性，因而河水水位上漲時河流水通過側(cè)向交換補(bǔ)給河岸地下水，河水位下降時河岸含水層中的地下水又會補(bǔ)給河流，從而在側(cè)岸的多孔介質(zhì)中形成飽和非飽和的交替。海岸帶與湖濱帶與側(cè)岸帶相同，在海水位和湖水位變化下，地下水位高于海水和湖水水位時會補(bǔ)給海水和湖水，地下水位低于海水和湖水水位時海水和湖水會補(bǔ)給地下水，從而在海岸和湖岸的橫向結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生飽和非飽和交替的現(xiàn)象。對這一交替現(xiàn)象的監(jiān)測對研究變化水位與多孔介質(zhì)中地下水之間交換的水動力過程具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)水槽中多孔介質(zhì)飽和非飽和測量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)任意變化水位下多孔介質(zhì)的飽和非飽和情況的測量。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種多孔介質(zhì)中非飽和變化監(jiān)測裝置，包括水槽、自動水位控制系統(tǒng)、架設(shè)在水槽上方的若干安裝有豎直方向探桿的探頭固定架和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，水槽內(nèi)的區(qū)域從左到右依次劃分為地下水區(qū)域、多孔介質(zhì)區(qū)域和地表水區(qū)域，水槽上多孔介質(zhì)區(qū)域的上方架設(shè)有若干探頭固定架，其上設(shè)置有與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接的探測裝置的探桿伸入多孔介質(zhì)區(qū)域內(nèi)，所述自動水位控制系統(tǒng)和地表水區(qū)域連接。

進(jìn)一步的，所述自動水位控制系統(tǒng)包括水位探頭、水箱、雙向泵、直流電機(jī)和工業(yè)控制計算機(jī)，所述與工業(yè)控制計算機(jī)連接的水位探頭設(shè)置在所述地表水區(qū)域內(nèi)，所述雙向泵與直流電機(jī)電連接且分別與工業(yè)控制計算機(jī)連接，雙向泵還分別與地表水區(qū)域和水箱連接。

進(jìn)一步的，所述多孔介質(zhì)區(qū)域兩側(cè)設(shè)置有與水槽等寬的攔沙架，其上焊接有攔紗網(wǎng)的攔沙架底部焊接有形成三角形的支撐桿，為了增加攔沙架的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述探頭固定架為木桿，木桿下方垂直固定兩段相對設(shè)置的短木桿，探桿綁于兩個短木桿之間，探桿桿底端設(shè)置有鐵塊，增加探桿的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述水槽上地下水區(qū)域內(nèi)設(shè)置高度可調(diào)整的溢流擋板。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

(1)能夠?qū)崿F(xiàn)多孔介質(zhì)的飽和非飽和情況的測量，實(shí)驗(yàn)過程中的測量可自動實(shí)現(xiàn)，可節(jié)約人力提高實(shí)驗(yàn)效率，本實(shí)用新型可以為研究變化水位與多孔介質(zhì)中地下水之間交換的水動力過程提供科學(xué)的指導(dǎo)。

(2)為了增加探桿的穩(wěn)定性，通過在探桿下端焊接鐵塊來增加自重，保證固定在探桿上的探測裝置在變化的水位下保持穩(wěn)定，不至發(fā)生偏移影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(3)為增強(qiáng)沙坡的穩(wěn)定性，在攔沙架下部焊接形成三角形的支撐桿，用以保證攔沙架的穩(wěn)定，攔沙架上焊接攔沙網(wǎng)。

(4)只需將水位變化情況導(dǎo)入工業(yè)控制計算機(jī)，系統(tǒng)就可以通過自動水位控制系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)該變化的水位，并對水位變化情況下多孔介質(zhì)的飽和非飽和情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，節(jié)約了人工提高了實(shí)驗(yàn)效率。

附圖說明

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本實(shí)用新型提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的水槽的俯視圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的攔沙架和焊接于攔沙架上的攔紗網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的探頭固定架和探桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-水槽；2-雙向泵；3-直流電機(jī)；4-工業(yè)控制計算機(jī)；5-水位探頭；6-水箱；7-攔沙架；71-攔紗網(wǎng)；72-支撐桿；8-溢流擋板；9-探頭固定架；10-含水率探頭；11-張力計；12-壓力傳感器；13-探桿；14-短木桿；15-鐵塊；101-地下水區(qū)域；102-多孔介質(zhì)區(qū)域；103-地表水區(qū)域。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1至圖4所示，一種多孔介質(zhì)中非飽和變化監(jiān)測裝置，包括水槽1、自動水位控制系統(tǒng)、架設(shè)在水槽1上方的若干安裝有豎直方向探桿13的探頭固定架9和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。水槽1沿長度方向依次劃分為地下水區(qū)域101、多孔介質(zhì)區(qū)域102和地表水區(qū)域103，水槽1上多孔介質(zhì)區(qū)域102的上方架設(shè)有探頭固定架9，探桿13伸入多孔介質(zhì)區(qū)域102內(nèi)，探桿13上設(shè)置有分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接的張力計11、壓力傳感器12和含水率探頭10。自動水位控制系統(tǒng)包括水位探頭5、水箱6、雙向泵2、直流電機(jī)3和工業(yè)控制計算機(jī)4，與工業(yè)控制計算機(jī)4連接的水位探頭5設(shè)置在地表水區(qū)域103內(nèi)，雙向泵2與直流電機(jī)3電連接且分別與工業(yè)控制計算機(jī)4連接，雙向泵2還分別與地表水區(qū)域103和水箱6連接，水位探頭5將檢測到的水位信號傳遞給工業(yè)控制計算機(jī)4，工業(yè)控制計算機(jī)4控制直流電機(jī)3，雙向泵2由直流電機(jī)3驅(qū)動并受直流電機(jī)3電極的變化控制其正反向轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)水槽1的進(jìn)水和出水，結(jié)合水位探頭5，將目標(biāo)水位變化情況導(dǎo)入工業(yè)控制計算機(jī)4即可實(shí)現(xiàn)該水位變化的情況。

水槽1出水口處設(shè)置尾水排水管道，在水槽1的地下水區(qū)域101安裝高度可以調(diào)整的溢流擋板8，可以在實(shí)驗(yàn)中提供任意恒定的地下水高度。水槽1高度為1.5m，兩側(cè)地下水區(qū)域101和地表水區(qū)域103的長度為1m，泥沙區(qū)長度為28m，高度為1.3m。

多孔介質(zhì)區(qū)域102兩側(cè)設(shè)置有與水槽1等寬的攔沙架7，攔沙架7上焊接有攔紗網(wǎng)71，為保證攔沙架7的穩(wěn)定性在其底部焊接有形成三角形結(jié)構(gòu)的支撐桿72，攔沙架7和水槽1內(nèi)壁間的縫隙處塞上橡皮泥，用來在水位變動的情況下保持沙坡的穩(wěn)定并盡可能不影響水流流態(tài)，攔沙架7和多孔介質(zhì)之間設(shè)置200目的尼龍攔紗網(wǎng)和土工織物。

探頭固定架9為木桿，木桿下方垂直固定兩段相對的短木桿14，探桿13為鐵桿，探桿13綁于兩個短木桿14之間，為了保證裝置在水流下的穩(wěn)定性在探桿13的底端焊接有鐵塊15來增加自重。

探頭固定架9越靠近地表水區(qū)域103布置越密集，多孔介質(zhì)區(qū)域102上方從靠近地表水區(qū)域103的一端開始布置，從距離攔沙架0.3m處開始，依次布置5根距離為0.3m、5根距離為0.5m、5根距離為1m、5根距離為2m、5根距離為3m的探頭固定架9。含水率探頭10、壓力傳感器12和張力計11用尼龍扎帶固定在鐵桿同一水平位置上，每個含水率探頭10、張力計11和壓力傳感器12為一組，從探桿0.3m處至1.3m處每隔0.2m等距布置，并連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對各采樣點(diǎn)處含水率、壓力和張力變化進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而最大程度上捕捉多孔介質(zhì)中非飽和變化的情況。

水槽1進(jìn)水口設(shè)置有進(jìn)水閥門，開始實(shí)驗(yàn)時需先開啟自動水位控制系統(tǒng)再打開進(jìn)水閥門，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)先關(guān)閉進(jìn)水閥門再關(guān)閉自動水位控制系統(tǒng)，防止開閥門時水槽1中的水從進(jìn)水口排出對沙坡造成沖刷。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本實(shí)用新型權(quán)利要求書所限定的范圍。