地下水中高水壓作用下溶質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的一維模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水文地質(zhì)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在高水壓作用下，溶質(zhì)在地下水中迀移轉(zhuǎn)化的一維模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水是我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水的重要水源，不合理的開發(fā)利用引起的地下水位不斷下降以及地下水賦存環(huán)境的改變，使得地下水水質(zhì)問題正在由淺層向深層轉(zhuǎn)移。溶質(zhì)的室內(nèi)土柱模擬實驗是研究地下水中污染物迀移轉(zhuǎn)化機理的重要研究手段，目前已有的一維土柱模擬實驗裝置多局限于淺層地下水和低水壓條件的模擬。例如，李輝等人設(shè)計的“地下水中揮發(fā)性有機污染物迀移轉(zhuǎn)化模擬裝置及應(yīng)用”，采用室溫22°C，通過調(diào)節(jié)水箱和柱體間的水頭差來模擬地下1m范圍內(nèi)的水力條件來研究有機污染物的運移規(guī)律;和樹莊等人設(shè)計的“地下水滲流模擬試驗裝置及模擬試驗方法”，適用于常壓的試驗環(huán)境。
[0003]從前人的研究中反映出目前的地下水中溶質(zhì)的一維模擬裝置存在如下缺陷:其一現(xiàn)階段所使用的土柱裝置，例如馬傳明等人設(shè)計的“溫控-壓控地下水越流污染模擬系統(tǒng)”，雖然帶有壓控裝置可方便調(diào)節(jié)水壓，但是因為設(shè)計土柱材料為有機玻璃管，而局限于低承壓的水力條件，所模擬的多為包氣帶、埋深小于200m的地下水環(huán)境系統(tǒng)，不能承受高水壓如2MPa的壓力;其二現(xiàn)階段所使用的土柱裝置，柱體法蘭多為平面設(shè)計，法蘭間的內(nèi)襯密封墊為純橡膠材質(zhì)，耐受不了高水壓的作用，易漏水和損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種地下水中最大水壓達(dá)到1MPa時溶質(zhì)迀移轉(zhuǎn)化的模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了上述【背景技術(shù)】中的不足，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)地下水中高水壓條件的模擬，設(shè)計含水層介質(zhì)柱也可用于模擬包氣帶、低水壓的環(huán)境條件。實驗裝置設(shè)計簡單，易操作，壓力控制精確，安全性高，從而滿足了室內(nèi)模擬深層地下水中溶質(zhì)迀移轉(zhuǎn)化所需的高水壓條件。
[0005]所述的地下水中高水壓作用下溶質(zhì)迀移轉(zhuǎn)化的一維模擬裝置，包括依次串聯(lián)連接的水箱、增壓栗、單向閥、安全閥、含水層介質(zhì)柱、針型閥以及取樣裝置，所述含水層介質(zhì)柱中裝填有含水介質(zhì)、在柱體兩端裝填有石英砂，含水層介質(zhì)柱柱體內(nèi)兩端裝有一定厚度的濾租。
[0006]所述柱體法蘭設(shè)置有凹槽，法蘭蓋設(shè)置有凸槽，法蘭蓋的凸槽應(yīng)能緊密嵌入法蘭凹槽內(nèi)，法蘭凹槽底部裝有金屬纏繞墊圈，法蘭凹槽、法蘭蓋凸槽應(yīng)與所在法蘭或法蘭蓋一次成型。柱體法蘭和法蘭蓋采用螺栓連接，柱體、法蘭、法蘭蓋、法蘭蓋進(jìn)樣、出樣支管均為耐高壓防腐不銹鋼材料，可有效防止高壓水作用下在法蘭、螺栓連接處的漏水及法蘭變形、開裂。
[0007]增壓栗出口安裝單向閥，防止高壓液體回流至增壓栗內(nèi)，含水層介質(zhì)柱法蘭蓋中心的進(jìn)樣支管上安裝有安全閥和壓力表，含水層介質(zhì)柱法蘭蓋中心的出樣支管上安裝有壓力表和針型閥，增壓栗和含水層介質(zhì)柱進(jìn)樣支管間的連接管道、含水層介質(zhì)柱法蘭出樣支管與取樣裝置間的連接管道均為耐高壓橡膠軟管，含水層介質(zhì)柱中水流的達(dá)西流速小于Icm/h0
[0008]所述含水介質(zhì)為研究區(qū)地下含水層的巖土，通過壓控裝置，保證近似模擬研究含水層的高水壓環(huán)境。
[0009]所述的模擬裝置提供了一種研究地下水中高水壓作用下水溶性無機、有機溶質(zhì)或污染物迀移轉(zhuǎn)化機理研究的新裝置，該裝置也可做為研究污染物在包氣帶、淺層地下水中迀移轉(zhuǎn)化的模擬裝置。
[0010]本發(fā)明所提供的地下水中高水壓作用下溶質(zhì)迀移轉(zhuǎn)化的一維模擬裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點:一是對含水層介質(zhì)柱法蘭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，將現(xiàn)有使用的法蘭、法蘭蓋平面結(jié)構(gòu)改為帶有凹、凸槽的立體結(jié)構(gòu)，通過法蘭凹槽、法蘭蓋凸槽的嵌入式連接、法蘭凹槽內(nèi)裝填金屬纏繞墊圈、螺栓緊固等措施，有效防止高水壓作用下的法蘭開裂、變形、漏液等問題，二是解決了現(xiàn)有常規(guī)使用的土柱裝置法蘭橡膠密封圈易變形、不能耐受高壓的問題，通過安裝增壓栗并采用安全閥調(diào)節(jié)水壓、針形閥控制流速，含水層介質(zhì)柱能夠承受的最大水壓為I OMPa。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的含水介質(zhì)柱法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的含水介質(zhì)柱法蘭蓋底部俯視圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的含水介質(zhì)柱法蘭俯視圖。
[0015]圖中:1-水箱，2-硅膠軟管，3-增壓栗，4-單向閥，5-安全閥，6_高壓橡膠軟管，7_法蘭蓋進(jìn)樣支管，8-壓力表，9-含水層介質(zhì)柱支架，10-壓力傳感器，11-壓力控制儀表，12-含水層介質(zhì)柱，13-含水介質(zhì)，14-石英砂，15-法蘭蓋出樣支管，16-針型閥，17-高壓橡膠軟管，18-壓力表，19-取樣裝置，20-濾氈，21-柱體法蘭，22-柱體法蘭凹槽，23-螺栓，24-金屬纏繞墊圈，25-法蘭蓋凸槽，26-法蘭蓋，27-含水介質(zhì)柱柱體法蘭內(nèi)壁，28-螺栓孔，29-法蘭蓋中心鉆孔。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1，所述的地下水中高水壓作用下溶質(zhì)迀移轉(zhuǎn)化的一維模擬裝置，包括水箱
1、增壓栗3、單向閥4、具有特殊法蘭結(jié)構(gòu)的含水層介質(zhì)柱12、安全閥5、針型閥16、壓力表8和18、壓力傳感器10、壓力顯示電路控制部件11、取樣裝置19及濾氈20，其中水箱1、增壓栗3、含水層介質(zhì)柱12、取樣裝置19之間通過管道進(jìn)行串聯(lián)連接，水箱I和增壓栗3間的連接管道為硅膠軟管2，增壓栗3、含水層介質(zhì)柱12、取樣裝置19間的連接管道6、17為高壓橡膠軟管，以滿足模擬實驗中低的水流流速及高水壓的實驗要求，含水層介質(zhì)柱12中裝填有石英砂14、含水介質(zhì)13以及濾氈20。
[0017]參見圖1和圖2，所述的含水層介質(zhì)柱12為圓柱形，柱筒壁厚8?12mm，內(nèi)徑50?100mm，長度500?1000mm，柱體兩端設(shè)法蘭21，法蘭21內(nèi)徑和含水層介質(zhì)柱12柱筒內(nèi)徑相等，含水層介質(zhì)柱12通過法蘭21、法蘭蓋26和螺栓23進(jìn)行密封連接，法蘭中心處設(shè)進(jìn)樣支管7或出樣支管15，柱筒12、法蘭21、法蘭蓋26及與法蘭蓋進(jìn)(出)樣支管7(15)均為耐高壓防腐不銹鋼材料。
[0018]參見圖2、圖3和圖4，與法蘭蓋26連接的柱體法蘭21上設(shè)置有一定寬度的凹槽22，要求凹槽外徑小于螺栓處的法蘭直徑，與柱體法蘭21連接的法蘭蓋26設(shè)有凸槽25，應(yīng)確保法蘭蓋凸槽25緊密嵌入法蘭凹槽22后凹槽內(nèi)沒有縫隙，法蘭蓋凸槽25的厚度(H)至少應(yīng)與法蘭凹槽22的深度(HO相等，且不大于1.3礦。法蘭凹槽22底部裝有金屬纏繞墊圈24，金屬纏繞墊圈24的厚度小于法蘭凹槽22的深度，可以有效防止漏液，法蘭凹槽22、法蘭蓋凸槽25與所在法蘭或法蘭蓋應(yīng)為一次成型，非焊接或粘接組成，能有效防止高水壓作用下在法蘭21、法蘭蓋26、螺栓23連接處的漏液、變形、開裂。
[0019]參見圖3和圖4，含水層介質(zhì)柱法蘭21、法蘭蓋26分別在相同位置處均勻分布有八個螺栓孔28，螺栓孔徑20?40mm，可保證螺栓緊固時法蘭受力均勻，防止變形和漏液，法蘭蓋26中心處鉆孔焊接有進(jìn)樣支管7或出樣支管15，其內(nèi)徑為6?10mm，壁厚3?4mm，長40?60mm，鉆孔29直徑和進(jìn)樣支管7、出樣支管15內(nèi)徑相等，可滿足模擬裝置中含水層介質(zhì)柱中目標(biāo)溶液的低流量通量及耐受高水壓的作用，進(jìn)樣支管7、出樣支管15可方便和高壓橡膠軟管連接，柱體法蘭21、法蘭蓋26厚度不小于35_，保證法蘭具有較強的抗壓、抗變形能力。
[0020]含水層介質(zhì)柱中裝填有含水介質(zhì)13，所述含水介質(zhì)為研究區(qū)地下水含水層的巖土介質(zhì)，如地下500m埋深處取得的巖芯，經(jīng)過風(fēng)干、粉碎，過2mm的篩子，均勻填充于柱內(nèi)，可有效模擬溶質(zhì)在含水介質(zhì)13中的迀移轉(zhuǎn)化過程。含水介質(zhì)13兩端裝填有20?50mm厚的石英砂14，起到均勻布液的作用，在石英砂14和法蘭蓋26間放置5?7mm厚度的濾氈20(濾氈20直徑等于含水層介質(zhì)柱柱體內(nèi)徑)，防止試驗用巖土介質(zhì)顆粒堵塞進(jìn)樣或出樣口。
[0021 ] 增壓栗3配有變頻設(shè)施可對