本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型，屬于地表水與地下水交換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在水循環(huán)中，地表水與地下水存在著緊密的聯(lián)系，關(guān)于地表水與地下水相互作用的研究一直是水循環(huán)和水資源研究的熱點(diǎn)。潛流交換指的是發(fā)生在潛流帶內(nèi)的地表水與地下水交換過程，其對(duì)河流與潛流帶中的物理化學(xué)以及生物過程，如藻類生長、無脊椎動(dòng)物組成和凋落物分解等具有重要影響。研究潛流交換的物理機(jī)制對(duì)于地表水和地下水溶質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的機(jī)理研究、河流與地下水水質(zhì)污染研究，以及指導(dǎo)相關(guān)水利工程項(xiàng)目的修建和制訂合理的區(qū)域水資源環(huán)境保護(hù)措施等都具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐價(jià)值。

目前來說，建立砂槽模型進(jìn)行物理試驗(yàn)已經(jīng)成為研究潛流交換的主要方法之一。已有研究中，研究潛流交換的砂槽模型往往供水方式單一，只能通過調(diào)節(jié)上下游定水頭裝置驅(qū)動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)，或者只能通過水泵驅(qū)動(dòng)，二者結(jié)合的砂槽模型尚未建立。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型，既可以實(shí)現(xiàn)定水頭供水，也可以通過水泵實(shí)現(xiàn)定流量供水，不同供水模式間切換簡單，易于操作，滿足不同情景的試驗(yàn)需求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型，其特征在于，包括砂槽主體，定水頭裝置，水泵以及水管連接部分；所述砂槽主體主要由位于中間的主砂箱、兩側(cè)的上游水箱、下游水箱以及下部水箱組成，所述主砂箱內(nèi)部裝有試驗(yàn)用砂，主砂箱與三面水箱之間以帶過濾孔的有機(jī)玻璃板隔開；所述定水頭裝置包括上游定水頭裝置和下游定水頭裝置，所述水管連接部分從上游水箱接出，連接一個(gè)上游三向接頭，所述上游三向接頭的另外兩端分別通過水管接上游定水頭裝置和水泵的入口，水泵的出口再通過水管連接到下游三向接頭上，下游三向接頭的另外兩端分別連接下游水箱的出口以及下游定水頭裝置；所述定水頭裝置為箱體，其中部設(shè)有隔板，將整個(gè)裝置分為上下兩部分，下部主要用于支撐，上部整體為一水槽，水槽內(nèi)由一塊略低于水槽邊壁的擋板分隔為內(nèi)外兩個(gè)小水槽，外側(cè)小水槽連接水龍頭，用于供水，內(nèi)側(cè)小水槽連接砂槽裝置；所述定水頭裝置上設(shè)有一帶有螺紋的圓柱穿過頂板連接中部隔板，可通過旋轉(zhuǎn)螺桿微調(diào)固定隔板在垂向上的位置，實(shí)現(xiàn)上下游水頭的微調(diào)。

優(yōu)選的，所述上游水箱、下游水箱和下部水箱采用長方體箱；所述主砂箱左、右兩側(cè)的上游水箱、下游水箱分別模擬河流上下游，上游水箱、下游水箱側(cè)面的底部均設(shè)有一個(gè)圓孔，用以外接水管連接部分；所述下部水箱模擬區(qū)域地下水，其側(cè)面的底部開有圓孔，連接排水管道。

進(jìn)一步地，所述主砂箱為頂部開口的長方體箱，主砂箱的正面，標(biāo)有刻度尺。

優(yōu)選的，所述主砂箱、上游水箱、下游水箱、下部水箱以及定水頭裝置均由有機(jī)玻璃板制作而成。

進(jìn)一步地，所述帶過濾孔的有機(jī)玻璃板上鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)和紗布。

進(jìn)一步地，所述主砂箱的背面均勻排布有若干數(shù)量的圓孔，圓孔在不使用時(shí)通過螺絲封閉。

進(jìn)一步地，所述上游定水頭裝置與上游三向接頭間、下游定水頭裝置與下游三向接頭間、水泵與上下游三向接頭之間均連有閥門；通過定水頭裝置供水時(shí)，關(guān)閉水泵兩端的閥門；通過水泵驅(qū)動(dòng)水流循環(huán)流動(dòng)時(shí)，關(guān)閉定水頭裝置的閥門。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

既可以實(shí)現(xiàn)定水頭供水，也可以通過水泵實(shí)現(xiàn)定流量供水，定水頭裝置的設(shè)置使得水頭成為可量化的可控因素；水泵的設(shè)計(jì)使得水流可以實(shí)現(xiàn)定流量循環(huán)往復(fù)；裝置所用材料為有機(jī)玻璃，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且有利于試驗(yàn)觀測；本裝置既可以實(shí)現(xiàn)定水頭供水，也可以通過水泵實(shí)現(xiàn)定流量供水，不同的供水方式可滿足不同的試驗(yàn)需求，且可以通過閥門輕易轉(zhuǎn)化；裝置具有操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)潛流交換機(jī)理的研究具有重要意義，也對(duì)潛流帶的物理模型建立提供一個(gè)良好的思路。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2是圖1所示實(shí)施例的俯視圖；

圖3是圖1所示實(shí)施例的左視圖；

圖4是圖1所示實(shí)施例中定水頭裝置的結(jié)構(gòu)主視圖。

圖5是圖1所示實(shí)施例中定水頭裝置的俯視圖。

圖6是圖1所示實(shí)施例中定水頭裝置的左視圖

圖中附圖標(biāo)記的含義：1.主砂箱，2.兩側(cè)長方體水箱（上游水箱和下游水箱），3.下部長方體水箱，4.墊板，5.木塊，6.木樁，7.螺絲，8.閥門，9.三向接頭，10.排水管，11.螺紋圓柱，12.定水頭裝置外框，13.外側(cè)擋板，14.內(nèi)側(cè)擋板，15.內(nèi)部箱槽，16.水管，17.水泵，18.過濾孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參見圖1和圖2，本發(fā)明的一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型，包括：砂槽主體，定水頭裝置，水泵以及水管連接部分。所述砂槽主體由位于中間的主砂箱1和兩側(cè)長方體水箱2、下部長方體水箱3組成，所述兩側(cè)長方體水箱2的側(cè)面開孔外接水管連接部分。所述下部長方體水箱3側(cè)面的底部開有圓孔，連接排水管10。所述水管連接部分，從左側(cè)長方體水箱的圓孔接出，連接一個(gè)三向接頭9，一端外接定水頭裝置，另一端與水泵17的入口相連，水泵17的出口再通過水管連接到下游的三向接頭9上，下游三向接頭的另外兩端分別連接下游長方體水箱的出口以及下游的定水頭裝置。主砂箱1的背面均勻排布有一定數(shù)量的圓孔，圓孔在不使用時(shí)可通過螺絲7封閉。

參見圖3，所述主砂箱與三面長方體水箱之間以有機(jī)玻璃板隔開，有機(jī)玻璃上均勻分布過濾孔18。

裝置的固定利用鐵釘與木塊來實(shí)現(xiàn)。具體方式為：木板4長度和寬度與砂槽一致，墊在裝置底部。木塊5緊貼底部水箱前后，放置于木板4之上，木樁6縱向放置于木板4之下，長度為與砂槽寬度一致。木塊5，木板4，木樁6利用鐵釘打穿，從而固定在一起，支撐起整個(gè)裝置。

參見圖4，圖5和圖6。所述定水頭裝置為一長方體箱12。所述裝置中部設(shè)有隔板，將整個(gè)裝置分為上下兩部分。下部主要用于支撐，上部外側(cè)設(shè)有兩塊不同高度的擋板13和擋板14，內(nèi)低外高，擋板之間開口連一水管17，外接至水龍頭。上部內(nèi)側(cè)開口連一水管16，外接至砂槽裝置。所述裝置設(shè)置一帶有螺紋的圓柱11，穿過頂板連接中部隔板，用以固定隔板在垂向上的位置。

優(yōu)選地，定水頭裝置通過內(nèi)設(shè)兩塊不同高度的擋板來做到水頭的穩(wěn)定。其利用到了溢流壩的原理。兩塊擋板內(nèi)低外高，并相隔至少一個(gè)管徑設(shè)立。板之間開孔連接一根水管至水龍頭，用以外水的流入。當(dāng)水位達(dá)到內(nèi)側(cè)擋板高度時(shí)，水即漫過擋板進(jìn)入內(nèi)部箱槽15，再通過內(nèi)部箱槽連通的水管進(jìn)入砂槽。由于內(nèi)側(cè)擋板的設(shè)置，水位保持不變。這樣，就達(dá)到了定水頭的目的。

進(jìn)一步優(yōu)選地，上下游的定水頭裝置與三向接頭9之間、水泵17與三向接頭9之間均連有閥門。通過定水頭裝置供水時(shí)，可關(guān)閉水泵兩端的閥門；通過水泵驅(qū)動(dòng)水流循環(huán)流動(dòng)時(shí)，關(guān)閉定水頭裝置的閥門。

本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)定水頭供水，也可以通過水泵實(shí)現(xiàn)定流量供水，不同的供水方式可滿足不同的試驗(yàn)需求，且可以通過閥門輕易轉(zhuǎn)化。裝置具有操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)，下面對(duì)該一種可調(diào)節(jié)供水方式的潛流交換砂槽模型中涉及人工操作的地方進(jìn)行簡要介紹：

（1）堵住排水管10，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選擇使用定水頭裝置供水或者水泵循環(huán)供水；

（2）使用定水頭裝置供水時(shí)，關(guān)閉水泵兩端閥門9，通過旋轉(zhuǎn)定水頭裝置上的螺紋圓柱11，調(diào)節(jié)上下游定水頭裝置的水頭高低，入水口連接水龍頭放水，出水口排水，水流在已知水頭差的作用下流動(dòng)；

（3）使用水泵循環(huán)供水時(shí)，先閉合下游三向接頭與下游定水頭裝置間的閥門9，打開其他閥門，上游定水頭裝置入水口連接水龍頭放水至合適水量，閉合上游三向接頭與上游定水頭裝置間的閥門。打開水泵，調(diào)整到合適流量，水量將以已知流量流動(dòng)；

（4）試驗(yàn)過程中，可根據(jù)試驗(yàn)需要，通過對(duì)裝置背面螺絲7的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)局部示蹤劑的添加，或者外接設(shè)備進(jìn)行水力參數(shù)的測量；

（5）試驗(yàn)完成后，打開所有閥門，打開排水管10進(jìn)行裝置排水。

綜上，本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)定水頭供水，也可以通過水泵實(shí)現(xiàn)定流量供水，不同的供水方式可滿足不同的試驗(yàn)需求，可通過閥門輕易轉(zhuǎn)化。裝置具有操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)潛流交換機(jī)理的研究具有重要意義，也對(duì)潛流帶的物理模型建立提供一個(gè)良好的思路。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。