本发明涉及地下水物理模拟实验技术领域，具体涉及一种模拟地下水回灌井的实验装置及其使用方法。
背景技术：
地下水是我国众多城乡地区的重要供水水源。近几十年来，由于地下水资源过度开发利用，导致地下水资源日益匮乏，造成地下水位持续下降、地面沉降、海(咸)水入侵、土地荒漠化等生态环境问题，维持地下水资源的可持续性，保护和修复地下水系统，已刻不容缓。虽然地下水系统自身具备一定的天然调节能力，但在人类活动的强烈影响下，自我调节能力已日益退化，因此，以人工回灌为主要技术手段的地下水人工调蓄已成为防止地下水资源持续匮乏、维护地下水系统功能的重要举措。
采用井回灌是人工补给地下水的重要方式之一。一方面，它是人工补给深层承压水的唯一方式，另一方面，它是直接人工补给潜水的最有效方式之一，当包气带存在弱透水层时，更是如此。此外，在建成区、工业园区等人工建筑密集区实施地下水人工补给时，由于土地资源限制，地表补给方式通常难以实现，回灌井正可发挥作用。
在设置回灌井时，回灌井的井深是一个较为重要的参数，井深太小，达不到回灌效果，井深太大，经济成本相应较高，因此需要选取合适的回灌井井深以达到兼具较好的回灌效果和低成本的要求。室内沙槽物理模拟实验是研究地下水人工回灌技术的常用手段，通过模拟实验测试得到最合适的回灌井井深。在开展沙槽物理模拟实验时，为了模拟不同井深的回灌井，通常需要在模拟沙槽中埋设多个不同深度的井管，在模拟沙槽内占据较大空间，成本较高，同时，受回灌水源水质影响，地下水回灌过程中经常发生滤料层堵塞现象，因此需要对滤料层进行定期更换，费时费力，影响了物理模拟实验的效率和效果。
本发明提出了一种模拟地下水回灌井的实验装置及其使用方法，可以实现模拟不同的井深，操作简便，并可对滤料层进行反冲洗，不易发生堵塞，实验成本低，实验效率高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种模拟地下水回灌井的实验装置及其使用方法，用以解决现有的单一的回灌井模拟装置井深固定，无法进行多种井深测试，实验成本高，实验效率低，且容易发生滤料层堵塞的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：所述实验装置包括固定底座以及竖直安装在固定底座上方的内井管、中间井管和外井管，所述内井管、中间井管和外井管由内到外依次嵌套设置，所述内井管内设置有可上下移动的井底塞，所述内井管和中间井管之间填充有滤料层，所述内井管、中间井管和外井管上均设置有竖向的条形开缝。
优选的，所述井底塞周缘套接有橡胶圈。
优选的，所述井底塞中间连接有推拉杆。
优选的，所述井底塞与推拉杆下端通过螺纹连接。
优选的，所述内井管、中间井管和外井管的外壁上均包裹有一层滤网。
优选的，所述滤网的孔径为0.2mm。
优选的，所述内井管、中间井管和外井管的外径分别为10cm、20cm和30cm，所述内井管、中间井管和外井管的高度均为1m。
优选的，所述条形开缝的长度为10cm，所述条形开缝的宽度为2mm。
优选的，所述滤料层包括粗砂、碎石子、玻璃珠或陶瓷颗粒。
本发明还提出了一种模拟地下水回灌井的实验装置的使用方法，所述使用方法包括：
将该实验装置放置于模拟沙槽内的适当位置处，在模拟沙槽内填充介质，并使该实验装置的井管口露出介质表面以上，将井底塞固定在内井管内需要模拟的井深位置处；
将回灌水由内井管的管口持续通入，回灌水充满内井管内井底塞以上的空间，并不断由内井管上的条形开缝渗出，经滤料层过滤后依次由中间井管、外井管上的条形开缝流出至模拟沙槽内的介质中，监测单位时间内模拟沙槽内水位高度的变化，测试该井深下的单位时间回灌量；
通过拉动推拉杆，上下调节井底塞在内井管中的高度，按照上述方法测试不同井深下的单位时间回灌量；
模拟实验结束后，定期在外井管与中间井管之间的环形空间内注入清水，并同时由内井管向外进行抽水，以实现对内井管与中间井管之间填充的滤料层的反向冲洗，防止滤料层堵塞。
本发明具有如下优点：
本发明提出了一种模拟地下水回灌井的实验装置及其使用方法，通过在内井管中设置可以上下移动的井底塞，通过调节井底塞的位置实现内井管井深的调节，内井管内的位于井底塞下方的一段井管被阻挡可以视为无效井管，可模拟不同的回灌井井深，只用一个单独的回灌井模拟装置即可测试出不同井深下的回灌效果，无需设置多个井深的模拟装置即可得到兼具优良回灌效果和低经济成本的最适当的井深值，简单经济，操作方便；同时该实验装置设置了三层相互嵌套的井管，在装填滤料层的外层还设置有一层外井管，可以在外井管与中间井管之间的空间注清水，并由内井管抽水，以此实现对滤料层的反冲洗，可有效防治滤料层堵塞，节约了实验成本，提高了实验效率。
附图说明
图1为本发明的一种模拟地下水回灌井的实验装置的结构示意图。
图2为本发明的一种模拟地下水回灌井的实验装置的俯视图。
图3为本发明的一种模拟地下水回灌井的实验装置的剖切示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出的一种模拟地下水回灌井的实验装置，该实验装置包括固定底座1以及竖直安装在固定底座1上方的内井管2、中间井管3和外井管4，内井管2、中间井管3和外井管4由内到外依次嵌套设置，内井管2内设置有可上下移动的井底塞5，井底塞周缘套接有橡胶圈51，井底塞5中间连接有推拉杆6，井底塞5与推拉杆5下端通过螺纹连接。
如图2所示，内井管2和中间井管3之间填充有滤料层7，滤料层7可包括粗砂、碎石子、玻璃珠或陶瓷颗粒，可将回灌水中的一些杂质滤除，如图3所示，内井管2、中间井管3和外井管4上均设置有竖向的条形开缝8。
如图2所示，内井管2、中间井管3和外井管4的外壁上均包裹有一层滤网9，滤网9的孔径为0.2mm，可防止模拟沙槽内的沙土介质等杂质进入到实验装置内，堵塞滤料层7。
内井管2、中间井管3和外井管4的外径分别为10cm、20cm和30cm，内井管2、中间井管3和外井管4的高度均为1m。井底塞5的直径与内井管2的内径相同。条形开缝8的长度为10cm，条形开缝8的宽度为2mm，左右两条条形开缝的间距为5-10mm，上下两条条形开缝的间距为15-20mm。
内井管2、中间井管3和外井管4以及井底塞5的材质均为有机玻璃材质。
本实施例的一种模拟地下水回灌井的实验装置的使用方法包括：将该实验装置放置于模拟沙槽内的适当位置处，在模拟沙槽内填充沙土等介质，并使该实验装置的井管口露出介质表面以上，将井底塞5固定在内井管2内需要模拟的井深位置处；将回灌水由内井管2的管口持续通入，回灌水充满内井管2内井底塞5以上的空间，并不断由内井管2上的条形开缝8渗出，经滤料层7过滤后依次由中间井管3、外井管4上的条形开缝8流出至模拟沙槽内的介质中，监测单位时间内模拟沙槽内水位高度的变化，测试该井深下的单位时间回灌量；通过拉动推拉杆6，上下调节井底塞5在内井管2中的高度，按照上述方法测试不同井深下的单位时间回灌量；模拟实验结束后，定期在外井管4与中间井管3之间的环形空间内注入清水，并同时由内井管2向外进行抽水，以实现对内井管2与中间井管3之间填充的滤料层7的反向冲洗，防止滤料层7堵塞。
本发明提出了一种模拟地下水回灌井的实验装置及其使用方法，通过在内井管中设置可以上下移动的井底塞，通过调节井底塞的位置实现内井管井深的调节，内井管内的位于井底塞下方的一段井管被阻挡可以视为无效井管，可模拟不同的回灌井井深，只用一个单独的回灌井模拟装置即可测试出不同井深下的回灌效果，无需设置多个井深的模拟装置即可得到兼具优良回灌效果和低经济成本的最适当的井深值，简单经济，操作方便；同时该实验装置设置了三层相互嵌套的井管，在装填滤料层的外层还设置有一层外井管，可以在外井管与中间井管之间的空间注清水，并由内井管抽水，以此实现对滤料层的反冲洗，可有效防治滤料层堵塞，节约了实验成本，提高了实验效率。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。