專(zhuān)利名稱：一種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
支持毛細(xì)水帶是指位于地表以下、潛水面以上的地質(zhì)介質(zhì)，是大氣水、地表水、土壤水同地下水相互轉(zhuǎn)化的地帶，是地表、土壤污染物進(jìn)人地下水的通道，也是大氣圈、生物圈、巖石圈、水圈之間物質(zhì)、能量傳輸、轉(zhuǎn)換的樞紐地帶。地表以下地層復(fù)雜，地下水流動(dòng)極其緩慢，地下水污染具有過(guò)程緩慢、不易發(fā)現(xiàn)和難以治理的特點(diǎn)。地下水污染與地表水污染有一些明顯的不同:由于污染物進(jìn)入含水層，以及在含水層中運(yùn)動(dòng)都比較緩慢，污染往往是逐漸發(fā)生的，發(fā)現(xiàn)地下水污染后，確定污染源也不像地表水那么容易。近年來(lái)，由于人類(lèi)的活動(dòng)引起的包氣帶土壤和地下水污染愈來(lái)嚴(yán)重，污水回灌、垃圾滲出液下滲、有毒化學(xué)液體的遺漏等威脅著包氣帶土壤和地下水的安全。其實(shí)污染物在包氣帶土壤中的運(yùn)移一直引起了關(guān)注，污染物在包氣帶的遷移特征和規(guī)律成為了水文地質(zhì)學(xué)的重要研究課題。由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)包氣帶土壤和地下水的污染不斷加重，支持毛細(xì)水帶橫向運(yùn)移的存在對(duì)污染物的遷移有很大的影響，研究污染物在支持毛細(xì)水帶的運(yùn)移分析地下水的污染具有重要意義。由于包氣帶是位于地球表面以下、潛水面以上的地質(zhì)介質(zhì)，因此現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)會(huì)很困難，因此急需可以模擬包氣帶污染物運(yùn)移的物理實(shí)驗(yàn)裝置，現(xiàn)有的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測(cè)量精度不高，用途較為單一。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精確，用途廣泛的用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:—種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，至少包括模擬槽、水頭調(diào)節(jié)裝置、降雨裝置和蒸發(fā)裝置，所述模擬槽由滲流槽以及分別設(shè)置于滲流槽左、右兩側(cè)的上游水箱和下游水箱組成，滲流槽、上游水箱和下游水箱的高度一致，上游水箱、下游水箱與滲流槽之間設(shè)置有孔板；所述水頭調(diào)節(jié)裝置包括有至少兩個(gè)升降螺桿、溢水盒、蠕動(dòng)泵、隔水板和水管，兩個(gè)升降螺桿分別設(shè)置在上游水箱和下游水箱的側(cè)部，溢水盒安裝在升降螺桿上用于水頭調(diào)節(jié)，蠕動(dòng)泵通過(guò)水管與溢水盒連接，溢水盒底部設(shè)置有進(jìn)水孔和出水孔，進(jìn)水孔連接有水源，隔水板安裝在溢水盒內(nèi)；所述降雨裝置包括有降雨板和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開(kāi)有通孔，通孔通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)與水源連接，降雨板的底部設(shè)置有降雨孔；所述蒸發(fā)裝置設(shè)置于滲流槽上方，包括有高熱燈、燈罩、燈架和角鋼支架，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)，燈罩固定燈架上，燈架與角鋼支架連接。作為上述方案的優(yōu)選，所述滲流槽前側(cè)上按照5*7的矩陣分布設(shè)置有35個(gè)測(cè)壓孔，測(cè)壓孔內(nèi)安裝有測(cè)壓裝置，測(cè)壓裝置包括寶塔接頭、外絲直通、電極、玻璃管和壓力傳感器，測(cè)壓孔設(shè)置在滲流槽上，寶塔接頭和外絲直通分別設(shè)置在測(cè)壓孔的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，寶塔接頭的一端與外絲直通連接，另一端設(shè)置在玻璃管內(nèi)，玻璃管通過(guò)硅膠管與電極連接，電極通過(guò)設(shè)置在玻璃管、寶塔接頭和外絲直通內(nèi)的導(dǎo)線與壓力傳感器連接。所述滲流槽的前、后兩側(cè)上設(shè)置有循環(huán)降溫裝置，循環(huán)降溫裝置包括有至少三根有機(jī)玻璃管和錫箔紙，有機(jī)玻璃管的長(zhǎng)度為1000mm，三根有機(jī)玻璃管水平并排設(shè)置在滲流槽的前、后側(cè)的上端，有機(jī)玻璃管上涂抹有硅膠，錫箔紙包裹在有機(jī)玻璃管的外圓上，三根有機(jī)玻璃管的兩端設(shè)置有三向管，三向管通過(guò)水管與螺動(dòng)泵連接。所述滲流槽的前部均勻設(shè)置有至少4組完整井，每組完整井由兩根玻璃條和紗網(wǎng)組成，兩根玻璃條豎直粘貼在滲流槽的前側(cè)上，兩根玻璃條之間具有間隙，玻璃條的底部與滲流槽的底部平齊，紗網(wǎng)設(shè)置在兩根玻璃條上，紗網(wǎng)的兩端與兩根玻璃條的外側(cè)密封連接。所述降雨板的底部按照6*22的矩陣分布均勻設(shè)置有132個(gè)降雨孔，降雨孔的直徑為0.5mm,降雨板頂部開(kāi)設(shè)有至少兩個(gè)不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管。所述燈架為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，燈架的長(zhǎng)度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個(gè)燈罩，相鄰燈罩的間距為250mm，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)。所述蒸發(fā)裝置與滲流槽頂端的距離為300mm。本實(shí)用新型相比于現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果是:本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量數(shù)據(jù)精確，用途廣泛，既可以模擬橫向運(yùn)移污染的模擬實(shí)驗(yàn)，又可以模擬垂向越流污染的模擬實(shí)驗(yàn)，也可用于水質(zhì)演化機(jī)理的探討，同時(shí)還可以用于彌散系數(shù)等參數(shù)測(cè)定以及模擬研究蒸發(fā)降雨對(duì)污染物在包氣帶中遷移的影響的模擬實(shí)驗(yàn)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值。模擬研究蒸發(fā)降雨對(duì)污染物在包氣帶中遷移的影響。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為降雨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為蒸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為循環(huán)降溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為水頭調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為溢水盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為測(cè)壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為完整井的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中:1-滲流槽、2-上游水箱、3-下游水箱、4-孔板、5-升降螺桿、6_溢水盒、7-蠕動(dòng)泵、8-隔水板、9-進(jìn)水孔、10-出水孔、11-降雨板、12-玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、13-降雨孔、14-高熱燈、15-燈罩、16-燈架、17-角鋼支架、18-測(cè)壓孔、19-寶塔接頭、20-外絲直通、21-電極、22-玻璃管、23-壓力傳感器、24-有機(jī)玻璃管、25-錫箔紙、26-三向管、27-完整井、28-玻璃條、29-紗布、30-控壓玻璃管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。[0025]一種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，參照?qǐng)D1、圖5和圖6，至少包括模擬槽、水頭調(diào)節(jié)裝置、降雨裝置和蒸發(fā)裝置，所述模擬槽由滲流槽I以及分別設(shè)置于滲流槽I左、右兩側(cè)的上游水箱2和下游水箱3組成，滲流槽1、上游水箱2和下游水箱3的高度一致，上游水箱2、下游水箱3與滲流槽I之間設(shè)置有孔板4 ;所述水頭調(diào)節(jié)裝置包括有至少兩個(gè)升降螺桿5、溢水盒6、蠕動(dòng)泵7、隔水板8和水管，兩個(gè)升降螺桿5分別設(shè)置在上游水箱2和下游水箱3的側(cè)部，溢水盒6安裝在升降螺桿5上用于水頭調(diào)節(jié)，蠕動(dòng)泵7通過(guò)水管與溢水盒6連接，溢水盒6底部設(shè)置有進(jìn)水孔9和出水孔10，進(jìn)水孔9連接有水源，隔水板8安裝在溢水盒6內(nèi)；所述降雨裝置包括有降雨板11和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)12，降雨板11設(shè)置在滲流槽I上方，降雨板11的側(cè)部開(kāi)有通孔，通孔通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)12與水源連接，降雨板11的底部設(shè)置有降雨孔13 ;所述蒸發(fā)裝置設(shè)置于滲流槽I上方，包括有高熱燈14、燈罩15、燈架16和角鋼支架17，高熱燈14安裝在燈罩15內(nèi)，燈罩15固定燈架16上，燈架16與角鋼支架17連接。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，如圖1和圖7，所述滲流槽前側(cè)上按照5*7的矩陣分布設(shè)置有35個(gè)測(cè)壓孔18，測(cè)壓孔18內(nèi)安裝有測(cè)壓裝置，測(cè)壓裝置包括寶塔接頭19、外絲直通20、電極21、玻璃管22和壓力傳感器23，測(cè)壓孔18設(shè)置在滲流槽I上，寶塔接頭19和外絲直通20分別設(shè)置在測(cè)壓孔18的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，寶塔接頭19的一端與外絲直通20連接，另一端設(shè)置在玻璃管22內(nèi)，玻璃管22通過(guò)硅膠管與電極21連接，電極21通過(guò)設(shè)置在玻璃管22、寶塔接頭19和外絲直通20內(nèi)的導(dǎo)線與壓力傳感器連接23。電極21的導(dǎo)線與玻璃管22、寶塔接頭19和外絲直通20之間均通過(guò)玻璃膠或者硅橡膠密封。如圖4，所述滲流槽I的前、后兩側(cè)上設(shè)置有循環(huán)降溫裝置，循環(huán)降溫裝置包括有至少三根有機(jī)玻璃管24和錫箔紙25，有機(jī)玻璃管24的長(zhǎng)度為1000mm，三根有機(jī)玻璃管24水平并排設(shè)置在滲流槽I的前、后側(cè)的上端，有機(jī)玻璃管24上涂抹有硅膠，錫箔紙25包裹在有機(jī)玻璃管24的外圓上，三根有機(jī)玻璃管24的兩端設(shè)置有三向管26，三向管26通過(guò)水管與蠕動(dòng)泵7連接。蠕動(dòng)泵7通過(guò)水管和三向管26為有機(jī)玻璃管24供水，起到利用循環(huán)水來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫的目的。如圖8，所述滲流槽的前部均勻設(shè)置有至少4組完整井27，每組完整井27由兩根玻璃條28和紗網(wǎng)29組成，兩根玻璃條28豎直粘貼在滲流槽I的前側(cè)上，兩根玻璃條28之間具有間隙，玻璃條28的底部與滲流槽I的底部平齊，紗網(wǎng)29設(shè)置在兩根玻璃條28上，紗網(wǎng)29的兩端與兩根玻璃條28的外側(cè)密封連接。用紗網(wǎng)29將兩根有機(jī)玻璃條28的外側(cè)及上面密封，防止填砂時(shí)砂粒進(jìn)入完整井27中。如圖2，所述降雨板11的底部按照6*22的矩陣分布均勻設(shè)置有132個(gè)降雨孔13，降雨孔13的直徑為0.5mm,降雨板頂部開(kāi)設(shè)有至少兩個(gè)不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管30。通過(guò)有機(jī)玻璃管插入不同深度的小孔來(lái)控制壓強(qiáng)，從而控制不同的降雨強(qiáng)度。如圖3，所述燈架為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，燈架的長(zhǎng)度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個(gè)燈罩，相鄰燈罩的間距為250mm，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)。燈架頂部與側(cè)面均采用鐵絲網(wǎng)密封。所述蒸發(fā)裝置與滲流槽頂端的距離為300mm。在本實(shí)施例中，參照?qǐng)Df圖8，在野外較大尺度條件下，土壤并非均值各向同性，土壤水下滲過(guò)程中在滲透性較低的相對(duì)隔水介質(zhì)如透鏡體中富集，形成眾多小型支持毛細(xì)水帶，使支持毛細(xì)水帶在包氣帶中的比重增大。首先選擇不同粒徑的石英砂多孔介質(zhì)，經(jīng)篩選后取相應(yīng)石英砂一層一層的均勻裝入滲流槽I。通過(guò)蠕動(dòng)泵7控制溢水盒6的進(jìn)水量，由下往上緩慢進(jìn)水，分段提高供水裝置水頭緩慢飽水，整個(gè)飽水過(guò)程充分保證多孔介質(zhì)中的氣體排出。當(dāng)壓力傳感器23的數(shù)值和支持毛細(xì)水上升高度不再變化時(shí)，則說(shuō)明支持毛細(xì)水帶已經(jīng)穩(wěn)定。通過(guò)水頭調(diào)節(jié)裝置中的升降螺桿5，調(diào)節(jié)上、下游的水頭高度，直到兩水頭存在一定的水頭差。等到飽水結(jié)束，支持毛細(xì)水帶穩(wěn)定后，通過(guò)完整井27中的水位標(biāo)出潛水面的真實(shí)水位及支持毛細(xì)水帶的位置。然后開(kāi)始投放示蹤劑，為了能夠直觀形象的觀察穩(wěn)定流場(chǎng)中水流的分布特征，示蹤劑要求顏色鮮明、吸附較小、完全溶于水、粘滯系數(shù)小、無(wú)毒等特點(diǎn)。在投放示蹤劑的時(shí)候，投放方式為點(diǎn)源投放，通過(guò)蠕動(dòng)泵7定流速連續(xù)性投放。投放示蹤劑后，通過(guò)滲流槽I的正面觀察示蹤劑的運(yùn)移情況，當(dāng)實(shí)驗(yàn)初期，示蹤劑剛進(jìn)入支持毛洗水帶時(shí)彌散暈變化較快，每2min定點(diǎn)拍攝照片，記錄彌散暈的變化情況，等到示蹤劑完全進(jìn)入支持毛細(xì)水帶后，彌散暈變化緩慢時(shí)，每5 — IOmin拍攝照片。等到示蹤劑完全通過(guò)支持毛細(xì)水帶進(jìn)入了下游水箱3中，則本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)、照片整理可分析出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)水頭調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)在不同水力梯度下，觀察污染物的橫向運(yùn)移現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)觀察到污染物都只能與潛水面平行接近，不能夠突破潛水面；在降雨情況下，實(shí)驗(yàn)觀察到污染物突破了潛水面進(jìn)入了飽和帶；而在蒸發(fā)狀態(tài)下，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，污染暈較大，污染物也沒(méi)有突破潛水面。初步推斷，降雨是污染物突破潛水面的必須條件。
權(quán)利要求1.一種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:至少包括模擬槽、水頭調(diào)節(jié)裝置、降雨裝置和蒸發(fā)裝置，所述模擬槽由滲流槽以及分別設(shè)置于滲流槽左、右兩側(cè)的上游水箱和下游水箱組成，滲流槽、上游水箱和下游水箱的高度一致，上游水箱、下游水箱與滲流槽之間設(shè)置有孔板；所述水頭調(diào)節(jié)裝置包括有至少兩個(gè)升降螺桿、溢水盒、蠕動(dòng)泵、隔水板和水管，兩個(gè)升降螺桿分別設(shè)置在上游水箱和下游水箱的側(cè)部，溢水盒安裝在升降螺桿上用于水頭調(diào)節(jié)，蠕動(dòng)泵通過(guò)水管與溢水盒連接，溢水盒底部設(shè)置有進(jìn)水孔和出水孔，進(jìn)水孔連接有水源，隔水板安裝在溢水盒內(nèi)；所述降雨裝置包括有降雨板和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開(kāi)有通孔，通孔通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)與水源連接，降雨板的底部設(shè)置有降雨孔；所述蒸發(fā)裝置設(shè)置于滲流槽上方，包括有高熱燈、燈罩、燈架和角鋼支架，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)，燈罩固定燈架上，燈架與角鋼支架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述滲流槽前側(cè)上按照5*7的矩陣分布設(shè)置有35個(gè)測(cè)壓孔，測(cè)壓孔內(nèi)安裝有測(cè)壓裝置，測(cè)壓裝置包括寶塔接頭、外絲直通、電極、玻璃管和壓力傳感器，測(cè)壓孔設(shè)置在滲流槽上，寶塔接頭和外絲直通分別設(shè)置在測(cè)壓孔的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，寶塔接頭的一端與外絲直通連接，另一端設(shè)置在玻璃管內(nèi)，玻璃管通過(guò)硅膠管與電極連接，電極通過(guò)設(shè)置在玻璃管、寶塔接頭和外絲直通內(nèi)的導(dǎo)線與壓力傳感器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述滲流槽的前、后兩側(cè)上設(shè)置有循環(huán)降溫裝置，循環(huán)降溫裝置包括有至少三根有機(jī)玻璃管和錫箔紙，有機(jī)玻璃管的長(zhǎng)度為IOOOmm,三根有機(jī)玻璃管水平并排設(shè)置在滲流槽的前、后側(cè)的上端,有機(jī)玻璃管上涂抹有硅膠，錫箔紙包裹在有機(jī)玻璃管的外圓上，三根有機(jī)玻璃管的兩端設(shè)置有三向管，三向管通過(guò)水管與蠕動(dòng)泵連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述滲流槽的前部均勻設(shè)置有至少4組完整井，每組完整井由兩根玻璃條和紗網(wǎng)組成，兩根玻璃條豎直粘貼在滲流槽的前側(cè)上，兩根玻璃條之間具有間隙，玻璃條的底部與滲流槽的底部平齊，紗網(wǎng)設(shè)置在兩根玻璃條上，紗網(wǎng)的兩端與兩根玻璃條的外側(cè)密封連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述降雨板的底部按照6*22的矩陣分布均勻設(shè)置有132個(gè)降雨孔，降雨孔的直徑為0.5mm,降雨板頂部開(kāi)設(shè)有至少兩個(gè)不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述燈架為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，燈架的長(zhǎng)度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個(gè)燈罩，相鄰燈罩的間距為250mm，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述蒸發(fā)裝置與滲流槽頂端的距離為300mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于研究包氣帶污染物運(yùn)移的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，所述模擬槽由滲流槽以及分別設(shè)置于滲流槽左、右兩側(cè)的上游水箱和下游水箱組成；所述水頭調(diào)節(jié)裝置包括有至少兩個(gè)升降螺桿、溢水盒、蠕動(dòng)泵、隔水板和水管，兩個(gè)升降螺桿分別設(shè)置在上游水箱和下游水箱的側(cè)部，溢水盒安裝在升降螺桿上用于水頭調(diào)節(jié)；所述降雨裝置包括有降雨板和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開(kāi)有通孔，通孔通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)與水源連接，降雨板的底部設(shè)置有降雨孔；所述蒸發(fā)裝置設(shè)置于滲流槽上方，包括有高熱燈、燈罩、燈架和角鋼支架，高熱燈安裝在燈罩內(nèi)，燈罩固定燈架上，燈架與角鋼支架連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精確，用途廣。
文檔編號(hào)G01N33/24GK202948016SQ20122068252
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者李仲夏, 潘歡迎, 金子琪, 高延康, 袁超, 裴超, 彭浩 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)