一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置。包括：可循環(huán)、大小可調節(jié)的孔隙結構介質模型，污染投放裝置，用于測量實驗裝置內水流流動和溶質運移特征的壓力傳感器與電導率傳感器，自動化讀取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？刹鹦秾嶒炑b置特征在于包括帶弧形軌道的亞克力板(前后兩側)，以及有截斷裝置的左右側截板和底板。本裝置結構合理，可操作性強，可以實現(xiàn)模擬介質的更換，改變模型尺寸，調整介質的表面坡度。模型裝置中的傳感器以及集成式巡檢儀系統(tǒng)可以高效自動讀取整個系統(tǒng)的水頭和溶質濃度信息，并且自動化讀取數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的可拆卸，并可自行調節(jié)模型大小的實驗裝置，屬于地下水模擬技術領域?！颈尘凹夹g】
[0002]地下水溶質運移的研究，在處理簡單問題的理論上已十分成熟，研究重心已移向復雜或特殊條件下的問題。實際工程遇到的地基條件與地下透水條件時常是復雜多變的， 即使在簡單條件下已被實踐證明為成熟甚至完善的理論，在復雜或特殊條件下往往難于直接發(fā)揮作用，或可信度不高。
[0003]現(xiàn)有的地下水孔隙介質溶質迀移模型數(shù)量較少，且往往尺寸單一，無法調節(jié)。同時，現(xiàn)有的模型中多孔介質易吸附污染物，形成殘留，對后期實驗結果造成影響。對于污染源的源頭，傳統(tǒng)模型往往不加以區(qū)分，未能根據(jù)具體情況分設研究裝置，使得迀移規(guī)律不具有全面性和針對性。
[0004]地下水污染問題是當代水文水資源和水環(huán)境保護研究領域之中的重要科學問題之一。地下水污染通常發(fā)生在地表以下，其物理機制復雜，監(jiān)測困難，環(huán)境修復技術手段也不成熟。本次實驗裝置的研制，是為了給地下水污染機理和修復研究提供監(jiān)測直觀、操作靈活的儀器，以研制可視化強、自動化數(shù)據(jù)采集、試驗場景變換簡單的物理實驗模型為目標， 便于輔助更深入的地下水污染問題的研究，具有重要的科學意義和應用價值。
【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有孔隙結構介質模型結構單一、難以清理的缺點，提供一種設計新穎，孔隙結構介質模型結構可擴展調節(jié)且易清理的實驗裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，可采用如下技術方案:
[0007]—種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，包括孔隙結構介質模型，點源投放裝置、非點源投放裝置，壓力傳感器、電導率傳感器、數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器及電導率傳感器均用于測量整個流場與溶質特征；
[0008]所述孔隙結構介質模型包括若干基礎介質單元及連接基礎介質單元的擴展介質單元;所述擴展介質單元包括孔隙結構介質模型一對對應的擴展側壁;所述若干基礎介質單元包括一對對應的基礎側壁、位于該一對基礎側壁一端的端壁;而該一對基礎側壁的另一端連接所述擴展側壁;所述每個擴展側壁的一端內表面以及基礎側壁一端的內表面均設有縱向延伸的插槽;而每個擴展側壁的另一端內表面設有縱向延伸并與相鄰的基礎側壁或者擴展側壁的插槽配合的縱向延伸的插塊;基礎介質單元位于整個孔隙結構介質模型的一端;而位于孔隙結構介質模型的另一端的擴展介質單元則設有插于該擴展介質單元插槽內的插板；
[0009]每個基礎介質單元中及擴展介質單元中均包括用以承載實驗介質的承載板;每個基礎介質單元中及擴展介質單元中還設有與承載板兩端配合的弧形軌道，所述承載板的兩端分別裝配在弧形軌道中，并通過承載板兩端分別在兩側弧形軌道中的滑動而調整承載板的傾斜角度;在基礎介質單元中，所述弧形軌道位于基礎側壁的內側;在擴展介質單元中， 所述弧形軌道位于擴展側壁的內側；
[0010]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接壓力傳感器及電導率傳感器并接收連接壓力傳感器及電導率傳感器采集的數(shù)據(jù)；
[0011]所述非點源污染投放裝置設置在孔隙結構介質模型上方。
[0012]與【背景技術】相比，本發(fā)明中的孔隙介質結構模型的可擴展設計可以方便地調整模型的大小并且方便模型的拆卸以利于清洗;弧形軌道的設計，可調節(jié)承載板坡度的大小;在模型裝置中的不同位置安裝壓力傳感器與電導率傳感器，可以測量整個流場中的溶質運移情況;另外，使用巡檢儀與計算機，自動化讀取數(shù)據(jù)，避免人為誤差。
[0013]優(yōu)選的，所述基礎介質單元縱向層疊設置為一列。
[0014]優(yōu)選的，所述孔隙介質模型還包括進水口、出水口。
[0015]優(yōu)選的，在進水口設置調速栗，對進水流流量進行調速;在出水口處通過管道設一水箱，同時，在介質模型后增加一水栗，將水抽入進水口，起到循環(huán)作用。
[0016]優(yōu)選的，所述非點源污染投放裝置為設置在孔隙結構介質模型上方的降雨器。
[0017]優(yōu)選的，所述點源污染裝置為在介質表面或內部任意位置上放置的乳膠管。
[0018]優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一個巡檢儀和一個電源。
[0019]優(yōu)選的，所述擴展側壁、基礎側壁、承載板均為亞克力板?！靖綀D說明】
[0020]圖1是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置的結構示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置中孔隙結構介質模型的結構示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明中擴展介質單元與相鄰基礎介質單元/擴展介質單元連接的結構示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明中位于整個孔隙結構介質模型一端的擴展介質單元中設置插板的結構示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置的坡度調節(jié)示意圖。【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施案例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0026]請參閱圖1所示，本發(fā)明監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置包括孔隙結構的介質模型13,水箱7,非點源投放裝置6,用于循環(huán)的水栗4,壓力傳感器與電導率傳感器12,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11以及計算機10。水流通過布水管1進入到水箱7中，再進入孔隙結構介質模型 13，水流經孔隙結構介質模型13流出到出水口，在出水口處安裝流量計14，用來測量出流口的流量過程，再通過水箱及濾網15后排放。為分析孔隙介質中水流運動規(guī)律以及其他水力學特征，需測定孔隙介質中的壓力水頭，電導率等參數(shù)，在孔隙介質中選擇相應的位置點9 中的部分點作為測壓孔并通過導管連接到壓力傳感器系統(tǒng)12,測得對應點處的水力參數(shù)， 將壓力傳感器及電導率傳感器系統(tǒng)連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時輸出，在計算機10中安裝數(shù)據(jù)處理軟件，自動化讀取所需數(shù)據(jù)值。為了直觀地觀測到孔隙介質中溶質運移規(guī)律，將有色液體通過進口水箱7注入到介質模型中，可視化研究溶質運移規(guī)律。在本實施方式中所述非點源污染投放裝置6為設置在孔隙結構介質模型上方的降雨器3。所述點源污染裝置為利用針管在介質表面或在9處任意位置放置的乳膠管處注射污染物(未圖示)。
[0027]請結合圖2至圖5所示，所述孔隙結構介質模型13包括若干基礎介質單元21及連接基礎介質單元21的擴展介質單元22。在本實施方式中，所述基礎介質單元21縱向層疊設置為一列，同樣的擴展介質單元22也層疊設置為一列或者多列。所述擴展介質單元22包括孔隙結構介質模型一對對應的擴展側壁23。所述若干基礎介質單元21包括一對對應的基礎側壁24、位于該一對基礎側壁24—端的端壁25。而該一對基礎側壁24的另一端連接所述擴展側壁23。參閱圖3、圖4所示，每個擴展側壁23的一端內表面以及基礎側壁24—端的內表面均設有縱向延伸的插槽26;而每個擴展側壁23的另一端內表面設有縱向延伸并與相鄰的基礎側壁24或者擴展側壁的插槽26配合的縱向延伸的插塊27。如圖4所示，基礎介質單元21位于整個孔隙結構介質模型13的一端;而位于孔隙結構介質模型13的另一端的擴展介質單元22 則設有插于該擴展介質單元插槽內的插板28而使該端密封。若在該端仍需要進行整體結構擴展，則可以將插板28取下而加裝芯的擴展介質單元。在本實施方式中，該插板28的橫截面為中字形。
[0028]請再結合圖2及圖5所示，每個基礎介質單元21中及擴展介質單元22中均包括用以承載實驗介質的承載板16。每個基礎介質單元21中及擴展介質單元22中還設有與承載板16 兩端配合的弧形軌道17,所述承載板16的兩端分別裝配在弧形軌道17中，并通過承載板16 兩端分別在兩側弧形軌道17中的滑動而調整承載板16的傾斜角度。在基礎介質單元21中， 所述弧形軌道17位于基礎側壁24的內側;在擴展介質單元中，所述弧形軌道17位于擴展側壁23的內側。
[0029]操作時，按照需要的坡度和尺寸依次安裝并固定介質模型13,并連接好進水口 1， 傳感器12,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11和計算機10等。打開壓力傳感器和電導率傳感器系統(tǒng)12和電腦 10,然后打開閥門8。先讓水流經降雨器充滿孔隙結構介質模型13,若有溢流情況，水流會從管道經水栗4抽回水箱，循環(huán)利用。待孔隙結構介質模型13中水流穩(wěn)定后，將有色液體投放在水箱7中，有色液體通過水箱7，降雨器3流入到介質中，可直接觀測溶質運移狀態(tài)，并通過壓力傳感器以及電導率傳感器12將信息收集于電腦，實現(xiàn)自動化和可視化研究孔隙介質中的溶質運移規(guī)律。
[0030]另外，本發(fā)明的具體實現(xiàn)方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。 應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【主權項】
1.一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:包括孔隙結構介質模型，點 源投放裝置、非點源投放裝置，壓力傳感器、電導率傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器及電 導率傳感器均用于測量整個流場與溶質特征；所述孔隙結構介質模型包括若干基礎介質單元及連接基礎介質單元的擴展介質單元； 所述擴展介質單元包括孔隙結構介質模型一對對應的擴展側壁;所述若干基礎介質單元包 括一對對應的基礎側壁、位于該一對基礎側壁一端的端壁;而該一對基礎側壁的另一端連 接所述擴展側壁;所述每個擴展側壁的一端內表面以及基礎側壁一端的內表面均設有縱向 延伸的插槽;而每個擴展側壁的另一端內表面設有縱向延伸并與相鄰的基礎側壁或者擴展 側壁的插槽配合的縱向延伸的插塊;基礎介質單元位于整個孔隙結構介質模型的一端;而 位于孔隙結構介質模型的另一端的擴展介質單元則設有插于該擴展介質單元插槽內的插 板；每個基礎介質單元中及擴展介質單元中均包括用以承載實驗介質的承載板;每個基礎 介質單元中及擴展介質單元中還設有與承載板兩端配合的弧形軌道，所述承載板的兩端分 別裝配在弧形軌道中，并通過承載板兩端分別在兩側弧形軌道中的滑動而調整承載板的傾 斜角度;在基礎介質單元中，所述弧形軌道位于基礎側壁的內側;在擴展介質單元中，所述 弧形軌道位于擴展側壁的內側；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接壓力傳感器及電導率傳感器并接收連接壓力傳感器及電導率 傳感器采集的數(shù)據(jù)；所述非點源污染投放裝置設置在孔隙結構介質模型上方。2.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述基礎 介質單元縱向層疊設置為一列。3.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述孔隙 介質模型還包括進水口、出水口。4.根據(jù)權利要求3所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:在進水口 設置調速栗，對進水流流量進行調速;在出水口處通過管道設一水箱，同時，在介質模型后 增加一水栗，將水抽入進水口，起到循環(huán)作用。5.根據(jù)權利要求4所述的一種監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述 非點源污染投放裝置為設置在孔隙結構介質模型上方的降雨器。6.根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述點源 污染裝置為在介質表面或內部任意位置上放置的乳膠管。7.根據(jù)權利要求6所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述的數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)包括一個巡檢儀和一個電源。8.根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測孔隙水溶質運移規(guī)律的實驗裝置，其特征在于:所述擴展 側壁、基礎側壁、承載板均為亞克力板。
【文檔編號】G01M10/00GK106092850SQ201610398388
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】魯程鵬, 吳燕, 劉為鋒, 徐慧敏
【申請人】河海大學