地下水一维渗流实验仪的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
[0002]本实用新型与地下水学科的渗流有关，特别与运用相似模拟理论，采用物理模型模拟地下水一维渗流的地下水一维渗流实验仪有关。
[0003]【背景技术】:
[0004]地下水在含水层的孔隙中在重力作用下的运动称为渗流，在含水层孔隙中运动的水流质点沿一定的轨迹有条不紊的运动称为层流，一维流是指地下水在渗流场中的运动只与空间坐标的一个方向有关。地下水一维流是地下水最常见的渗流类型之一，如地下水在等厚承压含水层中的运动。
[0005]地下水的二维流是地下水在渗流场中任意点的速度变化与空间坐标上的二个方向有关。
[0006]在自然界地下水的运动形式主要取决于含水层的几何形状、含水层的边界条件、埋藏条件、含水层的结构等。当含水层在地下空间一定范围内厚度相等，透水性各向相同，含水层顶、底板为隔水层，且地下水充满含水层，则构成承压含水层，地下水在承压含水层上，下游承压水头压力差的作用下，从高水位向低水位运动时就形成了典型的一维流，地下水的这种渗流方式是自然界最常见的一种渗流方式。“地下水一维渗流实验仪”就是以这种渗流方式为模拟对象研制的实验仪，仪器以通过承压含水层上游补给区至下游排泄区，纵向水文地质剖面为模拟断面，该断面可以完整展现地下水一维渗流的状态和特征，进行相关试验、研究。
[0007]当地下水分布于地表以下第一个含水层，且含水层包气带与大气连通，地下水具自由表面(随补给量的变化，地下水面可自由上升或下降)，地下水从补给区(如高水位的地表水体)向排泄区(如低水位的地表水体，井、泉等)运动时，地下水面是倾斜的，地下水除沿水平方向运动外，还有垂直向下的运动，此时地下水的运动即为二维流，如自然界潜水含水层中的地下水大部分为二维流。
[0008]在野外天然状态下地下水渗流最常见的就是一维流和二维流。
[0009]在人工钻井取水的情况下，如在一个面积广大、均质、等厚的承压含水层中钻井取水，或在潜水含水层中当抽水井中的水位降深相对于含水层厚度所占的比例较大时，在以上两种情况下，在抽水井周围可形成地下水的三维流，即地下水呈收敛状流动，有两个方向的分量，在垂直剖面上又有向下的分量。
[0010]地下水渗流是地下水科学与工程重要的研究内容。在野外实际工作时，要了解地下水的渗流状况，往往需要进行地质调查勘探、或采取物探方法，查清地下水的埋藏深度，地下水流的方向等资料，间接获取地下水的渗流状况，研究成本高，直观性不好，初学者难以理解。
[0011]【实用新型内容】:
[0012]本实用新型的目的是为了提供一种能模拟野外地下水一维渗流状态，直观性好，操作方便，造价和运行费用低，便于教学、科研的地下水一维渗流实验仪。
[0013]本实用新型的目的是这样来实现的:
[0014]本实用新型地下水一维渗流实验仪，箱体正面有窗口，箱体内面对窗口处有带分别垂直于箱体底面且互相平行的透明板和乳白色板的截面形状为矩形的渗流显示区，渗流显示区上设置有下隔水层、上隔水层，渗流显示区宽1.0?1.5mm，箱体内位于渗流显示区上游处依次装有与渗流显示区平行的清水补给槽、示踪剂补给槽，乳白色板上从上到下设置有多个将清水补给槽与渗流显示区连通的透清水孔，乳白色板上从上到下设置有相对透清水孔间隔排列的多个将示踪剂补给槽与渗流显示区连通的透示踪剂孔，箱体顶部装有清水供给箱、示踪剂供给箱，一端与清水供给箱连通的带控制阀的清水供给管的另一端伸入清水补给槽中，一端与示踪剂供给箱连通的带控制阀的示踪剂供给管的另一端伸入示踪剂供给槽中，在箱体内渗流显示区下游处设置有泄水槽，乳白色板上从上到下设置有多个将泄水槽与渗流显示区连通的透水孔，泄水槽底部设置有泄水孔。
[0015]上述的箱体底部设置有带排水孔的排水箱。
[0016]上述的渗流显示区宽1.0mm。
[0017]上述的清水供给管、示踪剂供给管上分别装有流量观测滴管。
[0018]本实用新型地下水一维渗流实验仪的基本原理是利用水流在狭小空间即渗流显示区中运动与地下水在含水层孔隙中运动相似的原理，利用狭小空间中液体流动与液体通过多孔介质的运动规律相似性来模拟地下水的一维渗流。
[0019]渗流显示区正面采用透明板，便于观察水流状态，背面采用乳白色不透明板，起屏幕作用，使水流状态清晰可辨，渗流显示区上游背面乳白色板通过透清水孔、透示踪剂孔分别与清水补给槽和示踪剂补给槽连通。渗流显示区下游背面乳白色板通过透水孔与排水槽连通。渗流显示区顶部和底部密封，模拟实际含水层的隔水顶板和隔水底板。
[0020]平行设置于渗流显示区上游清水补给槽和示踪剂补给槽组成补给区。清水补给槽中的清水和示踪剂补给槽中的示踪剂分别通过透清水孔、透示踪剂孔进入渗流显示区，形成渗透水流。
[0021]设置于渗流显示区乳白色板的下游端的泄水槽和泄水孔组成排泄区，流经渗流显示区的渗透水流通过透水孔进入泄水槽，再通过泄水孔排出。
[0022]由清水供给箱和示踪剂供给箱组成供水区。通过供水流量调控系统为补给区提供试验用水。
[0023]由清水供给管、示踪剂供给管、控制阀流量观测滴管组成水流流量调控系统，可以调控清水补给槽和示踪剂补给槽流量的大小，以满足试验要求。
[0024]箱体可采用乳白色有机玻璃板焊接而成。
[0025]本实用新型工作开始前，将清水供给箱和示踪剂供给箱分别注入清水、示踪剂，然后打开清水控制阀先将渗流显示区注满清水，并形成稳定水流，此时再缓慢打开示踪剂控制阀，示踪剂呈线状进入渗流显示区，由于渗流显示区水流为层流、稳定流状态。当示踪剂进入渗流显示区后示踪剂质点沿一定的轨迹呈有条不紊的线状运动，当流线流经渗流显示区时，即可观测地下水一维流状态，通过调控清水流量调节水流流速的大小，可以清晰、直观地模拟地下水一维渗流的过程和动态变化特征，通过渗流显示区显示的地下水水流迹线，分析地下水一维渗流的运动特征和运动要素，对比二维流、三维流的差异。
[0026]本实用新型能模拟野外地下水一维渗流状态，直观性好，操作方便，造价和运行费用低，便于教学、科研。
[0027]【附图说明】:
[0028]图1为本实用新型结构示意图。
[0029]图2为图1的左视图。
[0030]图3为图2中的A向视图。
[0031]图4为图3中的B— B剖视图。
[0032]图5为图3中的C一C剖视图。
[0033]【具体实施方式】:
[0034]参见图1?图5，本实施例地下水一维渗流实验仪，箱体I正面有窗口 2。箱体内面对窗口处有带分别垂直于箱体底面且互相平行的透明板3和乳白色板4的横截面形状为矩形的渗流显示区5。渗流显示区上设置有下隔水层6、上隔水层7。渗流显示区槽宽1.0mm。箱体内位于渗流显示区上游处依次装有与渗流显示区平行的清水补给槽8、示踪剂补给槽9。乳白色板上从上到下设置有多个将清水补给槽与渗流显示区连通的透清水孔10。乳白色板上从上到下设置有相对透清水孔间隔排列的多个将示踪剂补给槽与渗流显示区连通的透示踪剂孔U。箱体顶部装有清水供给箱12、示踪剂供给箱13。一端与清水供给箱连通的带控制阀和清水观测滴管14的清水供给管17的另一端伸入清水补给槽中。一端与示踪剂供给箱连通的带控制阀和示踪剂观测滴管16的示踪剂供给管15的另一端伸入示踪剂供给槽中。在箱体内渗流显示区下游处设置有泄水槽18。乳白色板从上到下设置有多个将泄水槽上与渗流显示区连通的透水孔19。泄水槽底部设置有泄水孔20。箱体底部设置有带排水孔21的排水箱22。
[0035]图1中序号23、24、25分别为地下水一维流水流迹线、模拟地表、模拟地表板散层。
【主权项】
1.地下水一维渗流实验仪，其特征在于箱体正面有窗口，箱体内面对窗口处有带分别垂直于箱体底面且互相平行的透明板和乳白色板的横截面形状为矩形的渗流显示区，渗流显示区上设置有下隔水层、上隔水层，渗流显示区宽1.0?1.5mm，箱体内位于渗流显示区上游处依次装有与渗流显示区平行的清水补给槽、示踪剂补给槽，乳白色板上从上到下设置有多个将清水补给槽与渗流显示区连通的透清水孔，乳白色板上从上到下设置有相对透清水孔间隔排列的多个将示踪剂补给槽与渗流显示区连通的透示踪剂孔，箱体顶部装有清水供给箱、示踪剂供给箱，一端与清水供给箱连通的带控制阀的清水供给管的另一端伸入清水补给槽中，一端与示踪剂供给箱连通的带控制阀的示踪剂供给管的另一端伸入示踪剂供给槽中，在箱体内渗流显示区下游处设置有泄水槽，乳白色板上从上到下设置有多个将泄水槽与渗流显示区连通的透水孔，泄水槽底部设置有泄水孔。
2.如权利要求1所述的地下水一维渗流实验仪，其特征在于箱体底部设置有带排水孔的排水箱。
3.如权利要求1或2所述的地下水一维渗流实验仪，其特征在于渗流显示区宽1.0mm。
4.如权利要求1或2所述的地下水一维渗流实验仪，其特征在于清水供给管、示踪剂供给管上分别装有流量观测滴管。
【专利摘要】本实用新型地下水一维渗流装置，箱体内有带透明板和乳白色板的渗流显示区，渗流显示区上有下、上隔水层，箱体内位于渗流显示区上游处有清水补给槽、示踪剂补给槽，乳白色板上有多个将清水补给槽与渗流显示区连通的透清水孔及多个将示踪剂补给槽与渗流显示区连通的透示踪剂孔，箱体顶部装有清水供给箱、示踪剂供给箱，一端与清水供给箱连通的清水供给管的另一端伸入清水补给槽中，一端与示踪剂供给箱连通的示踪剂供给管的另一端伸入示踪剂供给槽中，在箱体内渗流显示区下游处有泄水槽，乳白色板上有多个将泄水槽与渗流显示区连通的透水孔。本实用新型能模拟野外地下水一维渗流状态，直观性好，操作方便。
【IPC分类】G09B23-40
【公开号】CN204332215
【申请号】CN201420852644
【发明人】杨绍平, 邹渝, 严容, 邵虹波, 虞修竞
【申请人】四川水利职业技术学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日