专利名称：一种多级次地下水流动系统演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水流动系统演示仪，特别是一种用于多级次地下水流动系统演示仪， 属于水力学领域。
背景技术：
为了提高地下水资源的利用率，达到最佳的社会、环境、经济效益，人们常以地下水流 作为研究实体，力求用系统的方法去考察、分析与处理地下水问题。1963年，托特(J.Toth) 利用解析法绘制均质各项同性潜水盆地中理论的地下水系统时，得出在此盆地中可以出现三 个不同级次的流动系统，即局部的、中间的以及区域的流动系统。此后，托特和英格伦 (G.B.Engelen)等人发展了地下水流动系统理论。与传统的水文地质分析相比较，地下水流 动系统的分析方法更为严谨、综合和直观，从定性分析到定量模拟联系比较密切。而目前在 研究地下水流动系统和层次划分时，或用理想的数学模拟或用定性分析，这些分析与实际都 存在一定差异，理论模式缺乏一定实践验证。为了更好地利用地下水流动系统理论对地下水 问题进行分析，有必要建立一种地下水模拟模型。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种多级次地下 水流动系统演示仪，它的结构设置合理，能较逼真地模拟多个级次地下水的流动系统。
本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为 一种多级次地下水流动系 统演示仪，其不同之处在于，它包括有槽体、降水装置、排泄管、示踪管及观测装置。其中， 槽体为上端开口内部中空的结构，槽体的开口端连有所述降水装置，降水装置包括至少一排 下部均匀布孔降水管，降水管的两头分别与进水管和排气管相连，降水管与进水管排气、管 的连接处均设置有阀门。槽体内部设有一个以上排泄管，排泄管为四周均匀布孔的管状结构， 排泄管的两头贯穿整个槽体并伸出槽体对应的两侧面。槽体的侧面布有一排示踪孔，在示踪 孔处设置示踪管，示踪管为内加纱网的铜管，示踪管的一头穿过通孔插入槽体内部，示踪管 的另一头伸出槽体的侧面并套有橡皮头。槽体的侧面还布有一排以上观测孔，在观测孔处设 置所述观测装置，观测装置包括有观测管和测压板；观测管为内加纱网的铜管，观测管的一
头穿过通孔插入槽体内部，观测管的另一头伸出槽体的侧面，部分观测管伸出槽体侧面端还通过软管与测压板相连接。
进一步的，本实用新型一种多级次地下水流动系统演示仪还包括以下技术特征 所述槽体为有机玻璃粘封而成的长方体，槽体的长和高大于宽；所述示踪孔和观测孔均
设置在槽体长度方向的侧面上。
所述槽体的开口端设置有支护架，支护架为两块有机玻璃间隔地粘贴在槽体的开口面。 所述降水装置包括有三排降水管，每排降水管均包括三根有机玻璃管。 所述排泄管的个数为三个，三个排泄管贯穿槽体的宽度方向并在槽体的长度和高度方向
有一定间隔地设置；排泄管为四周均匀布孔的有机玻璃管，管外包有一层纱网；
槽体设置的示踪孔为一排二十九个示踪孔，示踪孔均设置在长度方向的侧面上，且所有
示踪孔的高度相等，在示踪管内加红色示踪剂。 槽体设置的观测孔为四排二十一个观测孔。
本实用新型的有益效果(1)使用二个降水装置并用阀门调节降水量，形象地再现地下 水三个不同级次流动系统以及流动系统规模和数量的变化，有助于更好地理解地下水流动系 统的概念；(2)实验时通过设置不同的条件观察和理解地下水流动系统的特点，可深入研究 地下水流动系统的物理机理等。(3)本仪器适用于与地下水有关领域(如水坝渗漏、土壤环 境、水资源)的物理模拟与设计等，具有较广泛的应用前景以及继续开发的功能。
图l为本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2为图1中本实用新型的降水装置局部放大图。
在图中，l为槽体，2为降水装置，3为示踪管，4为观测管，5为排泄管，6为支护架， 7为测压板，21为降水管，22为进水阀门，23为进水管，24为排气管，25为排气阀门，26 为降水有机玻璃管，42软管。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
一种多级次地下水流动系统演示仪，它包括有槽体l、降水装置2、排泄管5、示踪管3 及观测装置。槽体1为上端开口内部中空的结构，在本实施例中，槽体l为有机玻璃粘封而 成的长方体，槽体l的长100cm，宽10cm,高50cm,除顶板外均由5mm厚的有机玻璃粘封而 成，为了加固槽体l结构，在槽体l的开口端设置有支护架6，支护架6为两块有机玻璃间 隔地粘贴在槽体l的开口面。
槽体1的开口端连有降水装置2，降水装置2包括至少一排下部均匀布孔降水管21，为了形象地再现地下水三个不同级次流动系统以及流动系统规模和数量的变化，本实施例的降 水装置2包括有三排降水管21，每排降水管21均包括三根有机玻璃管26，这样使得每排降 水管21降水都更加均匀。降水管21的两头分别与进水管23和排气管24相连，降水管21与 进水管23、排气管24的连接处均设置有阀门(22、 25)。降水管21与进水管23接口处的进 水阀门22可以调节降水量，使降水大小按左、中、右三个位置依次降低，形象地再现地下水 三个不同级次。
槽体1内部设有一个以上排泄管5，排泄管5为四周均匀布孔的管状结构，排泄管5的 两头贯穿整个槽体l并伸出槽体l对应的两侧面。所述排泄管5的个数为三个，三个排泄管 5贯穿槽体1的宽度方向并在槽体1的长度和高度方向有一定间隔地设置，以槽体1的左下 方为原点，水平向右为正方向建立坐标，三个排泄点中心坐标分别为(30， 40)， (65， 38)， (97， 36)。排泄管5为四周均匀布孔的有机玻璃管，管外包有一层纱网，纱网可以起到防止 漏沙堵孔的作用。
槽体1的长度方向的侧面上布有一排示踪孔，在示踪孔处设置示踪管3，示踪管3为内 加纱网的铜管，示踪管3的一头穿过通孔插入槽体1内部，示踪管3的另一头伸出槽体1的 侧面并套有橡皮头。槽体1设置的示踪孔为一排二十九个示踪孔，示踪孔均设置在长度方向 的侧面上，且所有示踪孔的高度相等，这排示踪孔除支护架6外每隔3cm展开，仍然以槽体 1的左下方为原点，水平向右为正方向建立坐标，坐标分别为(2， 43.2)， (5.0， 43.2), (8.0， 43.2)， (11.0， 43.2)， (14.0, 43.2)， (17.0， 43.2)， (20.0， 43.2)， (23.0， 43.2), (26.0， 43.2)， (34.0， 43.2)， (37.0， 43.2)， (40.0， 43.2)， (43.0， 43.2)， (46.0， 43.2)， (49.0， 43.2)， (52.0， 43.2)， (55.0， 43.2)， (58.0, 43.2)， (61.0， 43.2)， (70.5， 43.2)， (73.5， 43.2)， (76.5， 43.2)， (79.5， 43.2)， (82.5, 43.2), (85.5， 43.2)， (88.5, 43.2), (91.5， 43.2)， (94.5, 43.2)， (97.5， 43.2)。在示踪管3内还可以加红色示踪剂，使示踪效果更明 显。槽体的侧面还设置有四排共二十一个观测孔。在槽体上每排观测点相隔10cm，每列之间 相隔5或10cm。四排中心坐标分为为(10， 35)， (20， 35)， (30， 35)， (40， 35)， (50， 35)， (60， 35)， (70， 35)， (80， 35)， (90， 35); (20， 25)， (40， 25)， (60， 25)， (80， 25); (20， 15)， (40， 15)， (60， 15)， (80， 15); (20 ， 5)， (40 ， 5)， (60 ， 5)， (80 ， 5);在观测孔处设置所述观测装置，观测装置包括有观测管4和测压板7;观测管4为内加 纱网的铜管，观测管4的一头穿过通孔插入槽体1内部，观测管4的另一头伸出槽体的侧面， 部分观测管4伸出槽体侧面端还通过软管42与测压板7相连接。
本实施例的主要工作过程为
(1) 装样将石英砂分层均匀装入本实用新型的槽体l中，使之密实，因为槽体l的高度为50cm，装入砂样的高度控制在47.5 48cm。考虑到室内实验尺度效果的要求，选择粒径 小于0. 045咖的人工石英砂样；石英砂样的渗透系数为20 25m/d，孔隙度为38%。
(2) 排气包括两个部分的排气。 一是降水装置2的排气，打开降水装置2的进水口和
排气口阀门(22、 25)，且排气口阀门25高于进水口阀门22，排出降水装置2中的气体使得 降水装置2充满水；二是槽体l的排气，先用橡皮管将最底层观测点连接稳定水源，打开进 水开关使水从仪器底部向上部缓慢进入，直至水从仪器槽体1上部流出，即完成了槽体l排 气，最后用红皮头套住各个观测管4。
(3) 试调阶段将关键观测管4 (主要是第一排)与测压板7相连，调节降水装置2的 进水口阀门22，使降水大小从做到右依次减小。待降水、排水稳定后在各示踪管3注入少量 红色示踪剂，观察实验现象和记录观测管4水位和测量排泄管5流量，判断和记录演示仪出 现三个不同级次流动系统的降水强度、各观测管4水位和三个排泄管5的流量。
(4) 实验阶段利用试调获得的三个降水装置2的降水量与排泄量进行实验。在保持降 雨装置2的稳定供水条件下，首先利用底部观测管4进行(加大)排水，将试调阶段示踪剂 颜色清洗干净，再将底部观测管4套上橡皮头；然后，观测观测管4水位和排泄点5流量， 待排泄点5流量恢复到试调阶段时，开始在示踪管3注入少量红色示踪剂；经过一段时间(30 分钟到2个小时)便可形象地观测到各级流动系统，三个级次的流动系统结果。最后，利用 测压板7观测并记录各观测管4的水头值。
以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权
利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖。
权利要求1.一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于它包括有槽体、降水装置、排泄管、示踪管及观测装置；其中，槽体为上端开口、内部中空的结构，槽体的开口端安设有所述降水装置，降水装置包括至少一排下部均匀布孔的降水管，降水管的两头分别与进水管和排气管相连，降水管与进水管、排气管的连接处均设置有阀门；槽体内部设有一个以上排泄管，排泄管为四周均匀布孔的管状结构，排泄管的两头贯穿整个槽体并伸出槽体对应的两侧面；槽体的侧面布有一排示踪孔，在示踪孔处设置示踪管，示踪管为内加纱网的铜管，示踪管的一头穿过通孔插入槽体内部，示踪管的另一头伸出槽体的侧面并套有橡皮头；槽体的侧面还布有一排以上观测孔，在观测孔处设置所述观测装置，观测装置包括有观测管和测压板；观测管为内加纱网的铜管，观测管的一头穿过通孔插入槽体内部，观测管的另一头伸出槽体的侧面，部分观测管伸出槽体侧面端还通过软管与测压板相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，所述槽体为 有机玻璃粘封而成的长方体，槽体的长和高大于宽；所述示踪孔和观测孔均设置在槽体长度 方向的侧面上。
3. 根据权利要求1或2所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，所述槽 体的开口端设置有支护架，支护架为两块有机玻璃间隔地粘贴在槽体的开口面。
4. 根据权利要求1或2所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，所述降 水装置包括有三排降水管，每排降水管均包括三根有机玻璃管。
5. 根据权利要求1或2所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，所述排泄管的个数为三个，三个排泄管贯穿槽体的宽度方向并在槽体的长度和高度方向有一定间隔 地设置；排泄管为四周均匀布孔的有机玻璃管，管外包有一层纱网；
6. 根据权利要求1或2所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，槽体设 置的示踪孔为一排二十九个示踪孔，示踪孔均设置在长度方向的侧面上，且所有示踪孔的高 度相等，在示踪管内可加红色示踪剂。
7. 根据权利要求1或2所述的一种多级次地下水流动系统演示仪，其特征在于，槽体设 置的观测孔为四排二十一个观测孔。
专利摘要本实用新型涉及一种多级次地下水流动系统演示仪，它包括有槽体、降水装置、排泄管、示踪管及观测装置。槽体内部中空上端开口连有降水装置，降水装置包括降水管与进水管和排气管，管的连接处均设置有阀门；槽体内部设有排泄管。槽体的侧面布有示踪孔和观测孔，在观测孔处设置所述观测装置，观测装置包括有观测管和测压板。本实用新型的有益效果是(1)使用三个降水装置并用阀门调节降水量，形象地再现地下水三个不同级次流动系统以及流动系统规模和数量的变化；(2)可以设置不同的条件观察和理解地下水流动系统的特点，可深入研究地下水流动系统的物理机理等。(3)本仪器适用于与地下水有关领域的物理模拟与设计等。
文档编号G09B25/06GK201181543SQ20082006672
公开日2009年1月14日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者宇 刘, 卢星辰, 孙蓉琳, 张人权, 杏 梁, 沈仲智, 程德运, 郭会荣, 靳孟贵, 马传明 申请人:中国地质大学(武汉)