洪积扇地下水渗流模拟装置的制造方法
洪积扇地下水渗流模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水文地质模拟装置，具体为洪积扇地下水渗流模拟装置。
【背景技术】
[0002]典型的洪积扇形成于干旱半干旱地区的山前地带，暂时性洪流经山区河槽流出山口后在地形地势的影响下水流速度顿减，搬运能力降低，洪流携带的物质以山口为中心堆积形成洪积地貌，即洪积扇。作为堆积地貌，洪积扇的地形与岩性，由扇顶向前缘及两侧呈现规律性变化。
[0003]洪流形成的洪积扇可分为粗粒的锥顶相和细粒的边缘相，又可分为扇顶、扇中与扇缘。
[0004]洪积扇扇顶堆积物为岩块、岩肩和砾石，分选性差，孔隙度和透水性较高，主要补给来源为降水及山区地表水，属潜水深埋带或盐分溶滤带。
[0005]洪积扇扇中堆积物过渡为砾砂，可见粘性土夹层，潜水在该过渡带出露，形成弧状成串的泉或池沼，属泉水溢出带及深部地下水径流带。
[0006]洪积扇扇缘堆积物为尘土状或黄土状物质，分选性好，孔隙度和透水性较低，水位埋深渐深或承压，属潜水下沉区。
[0007]洪积扇含水性能较好，且由于洪流大规模向下渗透，潜水埋深较大，水量丰富，是山麓地区潜水的主要补给带，可作为农业灌溉、生活饮用水源。
[0008]因此，洪积扇地下水埋藏分布的研究具有重要的水文地质意义，为合理开发利用及保护洪积扇地下水提供理论依据。
[0009]关于洪积扇中地下水的学习和研究，传统方法为野外现场地质调查，该方法的缺点在于无法清晰、直观的呈现洪积扇含水层中地下水运动特征，初学者难以认识和理解，同时耗资巨大，时间较长。
【发明内容】
[0010]针对上述技术问题，本发明的目的是结合典型洪积扇水文地质模型，根据相似原理设计出洪积扇地下水渗流模拟装置。
[0011]具体技术方案为:
[0012]洪积扇地下水渗流模拟装置，包括储水箱、模拟箱、水位控制升降器、溢流箱，所述的模拟箱包括矩形箱和不规则扇形箱，所述的矩形箱后端面与不规则扇形箱的前端面连接，连接处为第一透水挡板，水位控制升降器通过调节螺杆安装在矩形箱前端面，通过调节螺杆调整水位控制升降器的高度;溢流箱安装在不规则扇形箱的后端面，不规则扇形箱的后端面为第二透水挡板；
[0013]矩形箱内上部为洪流径流的模拟山区沟谷，下部为洪积扇含水层的供水水体;不规则扇形箱内为山前洪积物堆积体;两排测压管等间距的竖直安装在不规则扇形箱的一个侧壁上，测压管底端伸入山前洪积物堆积体的含水层中，并且所有测压管的底端在同一水平面上;不规则扇形箱另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管，示踪剂注入管位于不规则扇形箱的前端至中端的位置，示踪剂注入管底部伸入山前洪积物堆积体的含水层中的深度相等；
[0014]矩形箱底部有第一供水口，矩形箱前端面上部有第二供水口，第二供水口位于模拟山区沟谷内；不规则扇形箱顶部有模拟降雨装置;所述的第一供水口、第二供水口和模拟降雨装置分别通过管道与储水箱中水栗连接;矩形箱底部还有连接孔，所述的连接孔通过管道与水位控制升降器的进水口连通;水位控制升降器的出水口通过管道与储水箱连接；不规则扇形箱底部排水口通过管道与储水箱连接;溢流箱出水口通过管道与储水箱连接。
[0015]本发明提供的洪积扇地下水渗流模拟装置，模拟洪积扇含水层中地下水赋存、补给、径流、排泄以及水化学特征的分带性及动态变化特征等；同时可利用该实验装置展开洪积扇中的其他水文地质问题的研究，如洪积扇含水层中污染物的迀移、洪积扇多级次地下水流系统等。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的主视结构示意图；
[0017]图2是本发明的俯视结构示意图；
[0018]图3是本发明实施例的无暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图；
[0019]图4是本发明实施例的有暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图；
[0020]图5是本发明实施例的降雨洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图。
【具体实施方式】
[0021]结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0022]如图1和图2所示，洪积扇地下水渗流模拟装置，包括储水箱2、模拟箱3、水位控制升降器4、溢流箱5，所述的模拟箱3包括矩形箱7和不规则扇形箱8，所述的矩形箱7后端面与不规则扇形箱8的前端面连接，连接处为第一透水挡板26，水位控制升降器4通过调节螺杆31安装在矩形箱7前端面，通过调节螺杆31调整水位控制升降器4的高度;溢流箱5安装在不规则扇形箱8的后端面，不规则扇形箱8的后端面为第二透水挡板27;
[0023]矩形箱7内上部为洪流径流的模拟山区沟谷9，下部为洪积扇含水层的供水水体10;不规则扇形箱8内为山前洪积物堆积体11;两排测压管12等间距的竖直安装在不规则扇形箱8的一个侧壁上，测压管12底端伸入山前洪积物堆积体11的含水层中，并且所有测压管12的底端在同一水平面上；不规则扇形箱8另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管13，示踪剂注入管13位于不规则扇形箱8的前端至中端的位置，示踪剂注入管13底部伸入山前洪积物堆积体11的含水层中的深度相等；
[0024]矩形箱7底部有第一供水口15，矩形箱7前端面上部有第二供水口 19，第二供水口19位于模拟山区沟谷9内；不规则扇形箱8顶部有模拟降雨装置6;所述的第一供水口 15、第二供水口 19和模拟降雨装置6分别通过管道与储水箱2中水栗1连接;矩形箱7底部还有连接孔17，所述的连接孔17通过管道与水位控制升降器14的进水口连通;水位控制升降器14的出水口 21通过管道与储水箱2连接;不规则扇形箱8底部排水口 23通过管道与储水箱2连接；溢流箱5出水口通过管道与储水箱2连接。
[0025]模拟山区沟谷9由环保树脂材料制成，通过水栗1供水可模拟雨季暂时性洪流对洪积扇含水层的入渗补给。不规则扇形箱8内山前洪积物堆积体11的洪积扇扇顶物质组成为粗颗粒物质、扇中物质为细小颗粒物质、扇缘物质为尘土状或黄土状物质，通过水位控制升降器4调节洪积扇含水层水头可模拟不同状态下含水层中地下水的径流、排泄等特征。实验过程中，通过向示踪剂注入管13注入示踪剂，可以观测不同状态时地下水径流时的运动特征。模拟箱3采用有机玻璃制成，便于观察。
[0026]储水箱2、模拟箱3、水位控制升降器4、溢流箱5连接形成了闭路循环的供、排水系统，循环使用实验用水，降低了仪器造价及运行费用。
[0027]实验范例:
[0028]1.观测无暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水特征
[0029]调节水位控制升降器4，使其处于一定高度；
[0030]接通电源，打开矩形箱7第一供水口15的供水水阀及溢流箱5出水口的排水水阀，一段时间后，处于稳定状态，可观察到洪积扇含水层中地下水埋藏分布特征。不规则扇形箱8侧壁上、下两排测压管12可以观测到洪积扇扇顶、扇中以及扇缘不同部位的水位，通过测压管12水位连线可以观察到潜水面与地形起伏大致相同。同时可以观察到洪积扇扇中砂砾与粉土状物质接触带有水流溢出，即溢流泉，如图3所示。
[0031]调节水位控制升降器4，改变供水水体10的水位高度，观测洪积扇含水层中地下水水位变化情况以及地下水运动特征。
[0032]实验结束后，关闭电源，打开不规则扇形箱8底部排水口23的排水水阀，使箱内的水全部排出。
[0033]2.观测有暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水特征
[0034]调节水位控制升降器4，使其处于一定高度；
[0035]接通电源，打开矩形箱7第一供水口15的供水水阀、第二供水口 19的供水水阀以及溢流箱5出水口的排水水阀，一段时间后，处于稳定状态，打开示踪剂开关，注入示踪剂。可观察到洪积扇含水层中地下水埋藏分布特征随暂时性洪流入渗补给的变化与响应，同时通过示踪剂形成的流线可观察到洪积扇中地下水径流、排泄特征，如图4所示。
[0036]实验结束后，关闭电源，打开不规则扇形箱8底部排水口23的排水水阀，使箱内的水全部排出。
[0037]还可以模拟降雨形成洪流入渗补给时洪积扇地下水特征，如图5所示。
[0038]通过以上实验过程，可以清晰直观的认识到洪积扇地下水补给、径流、排泄特征以及由于地下水水动力条件发生变化而导致堆积物岩性的变化及地下水特征的分带性。本发明弥补了野外现场实验的不足，满足水文地质专业对于实验教学的需求。
【主权项】
1.洪积扇地下水渗流模拟装置，其特征在于:包括储水箱(2)、模拟箱(3)、水位控制升降器(4)、溢流箱(5)，所述的模拟箱(3)包括矩形箱(7)和不规则扇形箱(8)，所述的矩形箱(7)后端面与不规则扇形箱(8)的前端面连接，连接处为第一透水挡板(26)，水位控制升降器(4)通过调节螺杆(31)安装在矩形箱(7)前端面，通过调节螺杆(31)调整水位控制升降器(4)的高度;溢流箱(5)安装在不规则扇形箱(8)的后端面，不规则扇形箱(8)的后端面为第二透水挡板(27);矩形箱(7)内上部为洪流径流的模拟山区沟谷(9)，下部为洪积扇含水层的供水水体(10);不规则扇形箱(8)内为山前洪积物堆积体(11);两排测压管(12)等间距的竖直安装在不规则扇形箱(8)的一个侧壁上，测压管(12)底端伸入山前洪积物堆积体(11)的含水层中，并且所有测压管(12)的底端在同一水平面上;不规则扇形箱(8)另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管(13)，示踪剂注入管(13)位于不规则扇形箱(8)的前端至中端的位置，示踪剂注入管(13)底部伸入山前洪积物堆积体(11)的含水层中的深度相等； 矩形箱(7)底部有第一供水口(15)，矩形箱(7)前端面上部有第二供水口(19)，第二供水口(19)位于模拟山区沟谷(9)内；不规则扇形箱(8)顶部有模拟降雨装置(6);所述的第一供水口(15)、第二供水口(19)和模拟降雨装置(6)分别通过管道与储水箱(2)中水栗(1)连接;矩形箱(7)底部还有连接孔(17)，所述的连接孔(17)通过管道与水位控制升降器14的进水口连通;水位控制升降器14的出水口(21)通过管道与储水箱(2)连接;不规则扇形箱(8)底部排水口( 23)通过管道与储水箱(2)连接;溢流箱(5)出水口通过管道与储水箱(2)连接。
【专利摘要】本发明涉及一种水文地质模拟装置，具体为洪积扇地下水渗流模拟装置，模拟箱包括矩形箱和不规则扇形箱，矩形箱后端面与不规则扇形箱的前端面连接，水位控制升降器通过调节螺杆安装在矩形箱前端面；溢流箱安装在不规则扇形箱的后端面；矩形箱内上部为洪流径流的模拟山区沟谷，下部为洪积扇含水层的供水水体；不规则扇形箱内为山前洪积物堆积体；两排测压管等间距的竖直安装在不规则扇形箱的一个侧壁上，另一侧壁上竖直固定两支示踪剂注入管。该模拟装置模拟洪积扇含水层中地下水赋存、补给、径流、排泄以及水化学特征的分带性及动态变化特征等；还可以展开洪积扇中的其他水文地质问题的研究。
【IPC分类】G09B23/40
【公开号】CN105489100
【申请号】CN201610061547
【发明人】许模, 李潇, 漆继红, 张强, 郭健, 杨艳娜, 夏强, 凌成鹏, 赵娟, 康小兵, 肖先煊, 杜锋
【申请人】成都理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月28日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水文地质模拟装置，具体为洪积扇地下水渗流模拟装置。
【背景技术】
[0002]典型的洪积扇形成于干旱半干旱地区的山前地带，暂时性洪流经山区河槽流出山口后在地形地势的影响下水流速度顿减，搬运能力降低，洪流携带的物质以山口为中心堆积形成洪积地貌，即洪积扇。作为堆积地貌，洪积扇的地形与岩性，由扇顶向前缘及两侧呈现规律性变化。
[0003]洪流形成的洪积扇可分为粗粒的锥顶相和细粒的边缘相，又可分为扇顶、扇中与扇缘。
[0004]洪积扇扇顶堆积物为岩块、岩肩和砾石，分选性差，孔隙度和透水性较高，主要补给来源为降水及山区地表水，属潜水深埋带或盐分溶滤带。
[0005]洪积扇扇中堆积物过渡为砾砂，可见粘性土夹层，潜水在该过渡带出露，形成弧状成串的泉或池沼，属泉水溢出带及深部地下水径流带。
[0006]洪积扇扇缘堆积物为尘土状或黄土状物质，分选性好，孔隙度和透水性较低，水位埋深渐深或承压，属潜水下沉区。
[0007]洪积扇含水性能较好，且由于洪流大规模向下渗透，潜水埋深较大，水量丰富，是山麓地区潜水的主要补给带，可作为农业灌溉、生活饮用水源。
[0008]因此，洪积扇地下水埋藏分布的研究具有重要的水文地质意义，为合理开发利用及保护洪积扇地下水提供理论依据。
[0009]关于洪积扇中地下水的学习和研究，传统方法为野外现场地质调查，该方法的缺点在于无法清晰、直观的呈现洪积扇含水层中地下水运动特征，初学者难以认识和理解，同时耗资巨大，时间较长。
【发明内容】
[0010]针对上述技术问题，本发明的目的是结合典型洪积扇水文地质模型，根据相似原理设计出洪积扇地下水渗流模拟装置。
[0011]具体技术方案为:
[0012]洪积扇地下水渗流模拟装置，包括储水箱、模拟箱、水位控制升降器、溢流箱，所述的模拟箱包括矩形箱和不规则扇形箱，所述的矩形箱后端面与不规则扇形箱的前端面连接，连接处为第一透水挡板，水位控制升降器通过调节螺杆安装在矩形箱前端面，通过调节螺杆调整水位控制升降器的高度;溢流箱安装在不规则扇形箱的后端面，不规则扇形箱的后端面为第二透水挡板；
[0013]矩形箱内上部为洪流径流的模拟山区沟谷，下部为洪积扇含水层的供水水体;不规则扇形箱内为山前洪积物堆积体;两排测压管等间距的竖直安装在不规则扇形箱的一个侧壁上，测压管底端伸入山前洪积物堆积体的含水层中，并且所有测压管的底端在同一水平面上;不规则扇形箱另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管，示踪剂注入管位于不规则扇形箱的前端至中端的位置，示踪剂注入管底部伸入山前洪积物堆积体的含水层中的深度相等；
[0014]矩形箱底部有第一供水口，矩形箱前端面上部有第二供水口，第二供水口位于模拟山区沟谷内；不规则扇形箱顶部有模拟降雨装置;所述的第一供水口、第二供水口和模拟降雨装置分别通过管道与储水箱中水栗连接;矩形箱底部还有连接孔，所述的连接孔通过管道与水位控制升降器的进水口连通;水位控制升降器的出水口通过管道与储水箱连接；不规则扇形箱底部排水口通过管道与储水箱连接;溢流箱出水口通过管道与储水箱连接。
[0015]本发明提供的洪积扇地下水渗流模拟装置，模拟洪积扇含水层中地下水赋存、补给、径流、排泄以及水化学特征的分带性及动态变化特征等；同时可利用该实验装置展开洪积扇中的其他水文地质问题的研究，如洪积扇含水层中污染物的迀移、洪积扇多级次地下水流系统等。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的主视结构示意图；
[0017]图2是本发明的俯视结构示意图；
[0018]图3是本发明实施例的无暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图；
[0019]图4是本发明实施例的有暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图；
[0020]图5是本发明实施例的降雨洪流入渗补给时洪积扇地下水径流模式示意图。
【具体实施方式】
[0021]结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0022]如图1和图2所示，洪积扇地下水渗流模拟装置，包括储水箱2、模拟箱3、水位控制升降器4、溢流箱5，所述的模拟箱3包括矩形箱7和不规则扇形箱8，所述的矩形箱7后端面与不规则扇形箱8的前端面连接，连接处为第一透水挡板26，水位控制升降器4通过调节螺杆31安装在矩形箱7前端面，通过调节螺杆31调整水位控制升降器4的高度;溢流箱5安装在不规则扇形箱8的后端面，不规则扇形箱8的后端面为第二透水挡板27;
[0023]矩形箱7内上部为洪流径流的模拟山区沟谷9，下部为洪积扇含水层的供水水体10;不规则扇形箱8内为山前洪积物堆积体11;两排测压管12等间距的竖直安装在不规则扇形箱8的一个侧壁上，测压管12底端伸入山前洪积物堆积体11的含水层中，并且所有测压管12的底端在同一水平面上；不规则扇形箱8另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管13，示踪剂注入管13位于不规则扇形箱8的前端至中端的位置，示踪剂注入管13底部伸入山前洪积物堆积体11的含水层中的深度相等；
[0024]矩形箱7底部有第一供水口15，矩形箱7前端面上部有第二供水口 19，第二供水口19位于模拟山区沟谷9内；不规则扇形箱8顶部有模拟降雨装置6;所述的第一供水口 15、第二供水口 19和模拟降雨装置6分别通过管道与储水箱2中水栗1连接;矩形箱7底部还有连接孔17，所述的连接孔17通过管道与水位控制升降器14的进水口连通;水位控制升降器14的出水口 21通过管道与储水箱2连接;不规则扇形箱8底部排水口 23通过管道与储水箱2连接；溢流箱5出水口通过管道与储水箱2连接。
[0025]模拟山区沟谷9由环保树脂材料制成，通过水栗1供水可模拟雨季暂时性洪流对洪积扇含水层的入渗补给。不规则扇形箱8内山前洪积物堆积体11的洪积扇扇顶物质组成为粗颗粒物质、扇中物质为细小颗粒物质、扇缘物质为尘土状或黄土状物质，通过水位控制升降器4调节洪积扇含水层水头可模拟不同状态下含水层中地下水的径流、排泄等特征。实验过程中，通过向示踪剂注入管13注入示踪剂，可以观测不同状态时地下水径流时的运动特征。模拟箱3采用有机玻璃制成，便于观察。
[0026]储水箱2、模拟箱3、水位控制升降器4、溢流箱5连接形成了闭路循环的供、排水系统，循环使用实验用水，降低了仪器造价及运行费用。
[0027]实验范例:
[0028]1.观测无暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水特征
[0029]调节水位控制升降器4，使其处于一定高度；
[0030]接通电源，打开矩形箱7第一供水口15的供水水阀及溢流箱5出水口的排水水阀，一段时间后，处于稳定状态，可观察到洪积扇含水层中地下水埋藏分布特征。不规则扇形箱8侧壁上、下两排测压管12可以观测到洪积扇扇顶、扇中以及扇缘不同部位的水位，通过测压管12水位连线可以观察到潜水面与地形起伏大致相同。同时可以观察到洪积扇扇中砂砾与粉土状物质接触带有水流溢出，即溢流泉，如图3所示。
[0031]调节水位控制升降器4，改变供水水体10的水位高度，观测洪积扇含水层中地下水水位变化情况以及地下水运动特征。
[0032]实验结束后，关闭电源，打开不规则扇形箱8底部排水口23的排水水阀，使箱内的水全部排出。
[0033]2.观测有暂时性洪流入渗补给时洪积扇地下水特征
[0034]调节水位控制升降器4，使其处于一定高度；
[0035]接通电源，打开矩形箱7第一供水口15的供水水阀、第二供水口 19的供水水阀以及溢流箱5出水口的排水水阀，一段时间后，处于稳定状态，打开示踪剂开关，注入示踪剂。可观察到洪积扇含水层中地下水埋藏分布特征随暂时性洪流入渗补给的变化与响应，同时通过示踪剂形成的流线可观察到洪积扇中地下水径流、排泄特征，如图4所示。
[0036]实验结束后，关闭电源，打开不规则扇形箱8底部排水口23的排水水阀，使箱内的水全部排出。
[0037]还可以模拟降雨形成洪流入渗补给时洪积扇地下水特征，如图5所示。
[0038]通过以上实验过程，可以清晰直观的认识到洪积扇地下水补给、径流、排泄特征以及由于地下水水动力条件发生变化而导致堆积物岩性的变化及地下水特征的分带性。本发明弥补了野外现场实验的不足，满足水文地质专业对于实验教学的需求。
【主权项】
1.洪积扇地下水渗流模拟装置，其特征在于:包括储水箱(2)、模拟箱(3)、水位控制升降器(4)、溢流箱(5)，所述的模拟箱(3)包括矩形箱(7)和不规则扇形箱(8)，所述的矩形箱(7)后端面与不规则扇形箱(8)的前端面连接，连接处为第一透水挡板(26)，水位控制升降器(4)通过调节螺杆(31)安装在矩形箱(7)前端面，通过调节螺杆(31)调整水位控制升降器(4)的高度;溢流箱(5)安装在不规则扇形箱(8)的后端面，不规则扇形箱(8)的后端面为第二透水挡板(27);矩形箱(7)内上部为洪流径流的模拟山区沟谷(9)，下部为洪积扇含水层的供水水体(10);不规则扇形箱(8)内为山前洪积物堆积体(11);两排测压管(12)等间距的竖直安装在不规则扇形箱(8)的一个侧壁上，测压管(12)底端伸入山前洪积物堆积体(11)的含水层中，并且所有测压管(12)的底端在同一水平面上;不规则扇形箱(8)另一侧壁上，至少竖直固定两支示踪剂注入管(13)，示踪剂注入管(13)位于不规则扇形箱(8)的前端至中端的位置，示踪剂注入管(13)底部伸入山前洪积物堆积体(11)的含水层中的深度相等； 矩形箱(7)底部有第一供水口(15)，矩形箱(7)前端面上部有第二供水口(19)，第二供水口(19)位于模拟山区沟谷(9)内；不规则扇形箱(8)顶部有模拟降雨装置(6);所述的第一供水口(15)、第二供水口(19)和模拟降雨装置(6)分别通过管道与储水箱(2)中水栗(1)连接;矩形箱(7)底部还有连接孔(17)，所述的连接孔(17)通过管道与水位控制升降器14的进水口连通;水位控制升降器14的出水口(21)通过管道与储水箱(2)连接;不规则扇形箱(8)底部排水口( 23)通过管道与储水箱(2)连接;溢流箱(5)出水口通过管道与储水箱(2)连接。
【专利摘要】本发明涉及一种水文地质模拟装置，具体为洪积扇地下水渗流模拟装置，模拟箱包括矩形箱和不规则扇形箱，矩形箱后端面与不规则扇形箱的前端面连接，水位控制升降器通过调节螺杆安装在矩形箱前端面；溢流箱安装在不规则扇形箱的后端面；矩形箱内上部为洪流径流的模拟山区沟谷，下部为洪积扇含水层的供水水体；不规则扇形箱内为山前洪积物堆积体；两排测压管等间距的竖直安装在不规则扇形箱的一个侧壁上，另一侧壁上竖直固定两支示踪剂注入管。该模拟装置模拟洪积扇含水层中地下水赋存、补给、径流、排泄以及水化学特征的分带性及动态变化特征等；还可以展开洪积扇中的其他水文地质问题的研究。
【IPC分类】G09B23/40
【公开号】CN105489100
【申请号】CN201610061547
【发明人】许模, 李潇, 漆继红, 张强, 郭健, 杨艳娜, 夏强, 凌成鹏, 赵娟, 康小兵, 肖先煊, 杜锋
【申请人】成都理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月28日
最新回复(0)