專利名稱：一種用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物理模擬實驗裝置，特別是一種用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置。
背景技術(shù)：
支持毛細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，地下水流動極其緩慢，地下水污染具有過程緩慢、不易發(fā)現(xiàn)和難以治理的特點。地下水污染與地表水污染有一些明顯的不同:由于污染物進入含水層，以及在含水層中運動都比較緩慢，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，由于人類的活動引起的包氣帶土壤和地下水污染愈來嚴重，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。其實污染物在包氣帶土壤中的運移一直引起了關(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。由于人類活動對包氣帶土壤和地下水的污染不斷加重，支持毛細水帶橫向運移的存在對污染物的遷移有很大的影響，研究污染物在支持毛細水帶的運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)場進行實驗并采集數(shù)據(jù)會很困難，因此急需可以模擬包氣帶污染物運移的物理實驗裝置，現(xiàn)有的模擬實驗裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測量精度不高，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，本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，測量精確，用途廣泛的用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:—種用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置，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升降螺桿、溢水盒、蠕動泵、隔水板和水管，兩個升降螺桿分別設(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)，蠕動泵通過水管與溢水盒連接，溢水盒底部設(shè)置有進水孔和出水孔，進水孔連接有水源，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，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開有通孔，通孔通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計與水源連接，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個測壓孔，測壓孔內(nèi)安裝有測壓裝置，測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)，玻璃管通過硅膠管與電極連接，電極通過設(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玻璃管和錫箔紙，有機玻璃管的長度為1000mm，三根有機玻璃管水平并排設(shè)置在滲流槽的前、后側(cè)的上端，有機玻璃管上涂抹有硅膠，錫箔紙包裹在有機玻璃管的外圓上，三根有機玻璃管的兩端設(shè)置有三向管，三向管通過水管與螺動泵連接。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個降雨孔，降雨孔的直徑為0.5mm,降雨板頂部開設(shè)有至少兩個不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管。所述燈架為長方體結(jié)構(gòu)，燈架的長度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個燈罩，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。本實用新型相比于現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果是:本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，測量數(shù)據(jù)精確，用途廣泛，既可以模擬橫向運移污染的模擬實驗，又可以模擬垂向越流污染的模擬實驗，也可用于水質(zhì)演化機理的探討，同時還可以用于彌散系數(shù)等參數(shù)測定以及模擬研究蒸發(fā)降雨對污染物在包氣帶中遷移的影響的模擬實驗，具有廣泛的應(yīng)用價值和市場價值。模擬研究蒸發(fā)降雨對污染物在包氣帶中遷移的影響。

圖1是本實用新型的結(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-蠕動泵、8-隔水板、9-進水孔、10-出水孔、11-降雨板、12-玻璃轉(zhuǎn)子流量計、13-降雨孔、14-高熱燈、15-燈罩、16-燈架、17-角鋼支架、18-測壓孔、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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。[0025]一種用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置，參照圖1、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升降螺桿5、溢水盒6、蠕動泵7、隔水板8和水管，兩個升降螺桿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)，蠕動泵7通過水管與溢水盒6連接，溢水盒6底部設(shè)置有進水孔9和出水孔10，進水孔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12，降雨板11設(shè)置在滲流槽I上方，降雨板11的側(cè)部開有通孔，通孔通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計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個測壓孔18，測壓孔18內(nèi)安裝有測壓裝置，測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通過硅膠管與電極21連接，電極21通過設(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玻璃管24和錫箔紙25，有機玻璃管24的長度為1000mm，三根有機玻璃管24水平并排設(shè)置在滲流槽I的前、后側(cè)的上端，有機玻璃管24上涂抹有硅膠，錫箔紙25包裹在有機玻璃管24的外圓上，三根有機玻璃管24的兩端設(shè)置有三向管26，三向管26通過水管與蠕動泵7連接。蠕動泵7通過水管和三向管26為有機玻璃管24供水，起到利用循環(huán)水來實現(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將兩根有機玻璃條28的外側(cè)及上面密封，防止填砂時砂粒進入完整井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個降雨孔13，降雨孔13的直徑為0.5mm,降雨板頂部開設(shè)有至少兩個不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管30。通過有機玻璃管插入不同深度的小孔來控制壓強，從而控制不同的降雨強度。如圖3，所述燈架為長方體結(jié)構(gòu)，燈架的長度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個燈罩，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。在本實施例中，參照圖f圖8，在野外較大尺度條件下，土壤并非均值各向同性，土壤水下滲過程中在滲透性較低的相對隔水介質(zhì)如透鏡體中富集，形成眾多小型支持毛細水帶，使支持毛細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。通過蠕動泵7控制溢水盒6的進水量，由下往上緩慢進水，分段提高供水裝置水頭緩慢飽水，整個飽水過程充分保證多孔介質(zhì)中的氣體排出。當壓力傳感器23的數(shù)值和支持毛細水上升高度不再變化時，則說明支持毛細水帶已經(jīng)穩(wěn)定。通過水頭調(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，支持毛細水帶穩(wěn)定后，通過完整井27中的水位標出潛水面的真實水位及支持毛細水帶的位置。然后開始投放示蹤劑，為了能夠直觀形象的觀察穩(wěn)定流場中水流的分布特征，示蹤劑要求顏色鮮明、吸附較小、完全溶于水、粘滯系數(shù)小、無毒等特點。在投放示蹤劑的時候，投放方式為點源投放，通過蠕動泵7定流速連續(xù)性投放。投放示蹤劑后，通過滲流槽I的正面觀察示蹤劑的運移情況，當實驗初期，示蹤劑剛進入支持毛洗水帶時彌散暈變化較快，每2min定點拍攝照片，記錄彌散暈的變化情況，等到示蹤劑完全進入支持毛細水帶后，彌散暈變化緩慢時，每5 — IOmin拍攝照片。等到示蹤劑完全通過支持毛細水帶進入了下游水箱3中，則本次實驗結(jié)束，將實驗所得的數(shù)據(jù)、照片整理可分析出實驗結(jié)果。通過水頭調(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移現(xiàn)象，實驗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，實驗觀察到污染物突破了潛水面進入了飽和帶；而在蒸發(fā)狀態(tài)下，整個實驗過程持續(xù)的時間較長，污染暈較大，污染物也沒有突破潛水面。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移的物理模擬實驗裝置，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升降螺桿、溢水盒、蠕動泵、隔水板和水管，兩個升降螺桿分別設(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)，蠕動泵通過水管與溢水盒連接，溢水盒底部設(shè)置有進水孔和出水孔，進水孔連接有水源，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，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開有通孔，通孔通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計與水源連接，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所述的物理模擬實驗裝置，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個測壓孔，測壓孔內(nèi)安裝有測壓裝置，測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)，玻璃管通過硅膠管與電極連接，電極通過設(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所述的物理模擬實驗裝置，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玻璃管和錫箔紙，有機玻璃管的長度為IOOOmm,三根有機玻璃管水平并排設(shè)置在滲流槽的前、后側(cè)的上端,有機玻璃管上涂抹有硅膠，錫箔紙包裹在有機玻璃管的外圓上，三根有機玻璃管的兩端設(shè)置有三向管，三向管通過水管與蠕動泵連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實驗裝置，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所述的物理模擬實驗裝置，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個降雨孔，降雨孔的直徑為0.5mm,降雨板頂部開設(shè)有至少兩個不同深度的小孔，小孔內(nèi)安裝有控壓玻璃管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述燈架為長方體結(jié)構(gòu)，燈架的長度為1000mm，寬度為200mm，燈架上均勻設(shè)置有四個燈罩，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所述的物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述蒸發(fā)裝置與滲流槽頂端的距離為300mm。
專利摘要本實用新型提供了一種用于研究包氣帶污染物運移的物理模擬實驗裝置，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升降螺桿、溢水盒、蠕動泵、隔水板和水管，兩個升降螺桿分別設(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，降雨板設(shè)置在滲流槽上方，降雨板的側(cè)部開有通孔，通孔通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計與水源連接，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。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，測量精確，用途廣。
文檔編號G01N33/24GK202948016SQ20122068252
公開日2013年5月22日 申請日期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 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)