风沙地下水相互作用试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发明属于地下水测试技术领域，特别涉及一种风沙地下水试验系统。
【背景技术】
[0002]现在中国乃至世界上其他很多地区空气污染严重，雾霾天气盛行，空气中灰尘含量大，对人们的衣食住行用产生不良影响、破坏工业设备试验仪器的正常运行，解决空气污染是当前一段时间的重大课题，空气中的降尘除沙是解决这一重大课题的重要途径。同时，风沙对地面的破坏作用显著，分析探索风沙在水作用下的沉积机理和规律，对减少风沙破坏作用具有重大的理论和工程价值。还有，风沙成丘并冷凝空气中水进而聚水，这一过程及机理的分析将在沙漠中找水取水具有重要的现实意义。
[0003]雾霾中有大量的粉尘颗粒、水、同时含带所附着的污染物。发明人曾近年在美国威斯康星州访问一段时间，发现此州的空气污染不重，印象最为深刻的直观表现是衣服鞋子很长一段时间内不脏、路边花草树木上没有落尘。分析雾霾粉尘的运动路径:产生一一进入空气中一一随风飘走、降落地面、植物水流吸附，并可能再次进入空气循环。
[0004]对比当前我国大城市的情况，例如北京雾霾严重、路面、路边积灰严重。相对于美国来说，北京及周边的粉尘排放大，工业、汽车甚至是农业、家庭生活等所排放的烟尘粉尘量巨大；人口密度大，人们在地面的活动量大，搅动地面已经沉积的烟尘粉尘，降落地面的粉尘就会再次被扰动进入空气，同时在近地面的空气被搅动大，也就不容易降落到地面。
[0005]我们当前治理雾霾的重点在于减少排放，以此为基础的治理当然很重要，但是不容忽视的一个治理角度是，捕捉空气中的雾霾颗粒，减少已经降落到地面粉尘的再次扰动后进入空气中的量，也将是治理雾霾的重要方法和途径。
[0006]沉积沙受到三个方面的作用:1是风的吹拂推动力；2是地表淤积沙的摩擦力；3是水的吸附粘接力。加强这三个方面、尤其是水的吸附粘接力，是降尘除霾的一个重要分析方向，和不可逾越的科学问题。
[0007]风沙对地面的破坏主要有两种:风(沙)蚀和风(沙)积。风(沙)蚀是风以及与所携带的沙共同对地面进行剥蚀破坏作用；风(沙)积是风所携带的沙沉积下来，堆积覆盖森林草原等植被、人工建筑构筑物等。在沙漠区以及沙漠的边界处都受到影响。当近地面处的空气中含有水时，细小颗粒将会吸附粘接在一块，这种胶结作用将会大大削弱这种风蚀破坏，并将风中的沙进行一定程度的捕捉，保护地面。
[0008]沙漠中的日夜温差很大，白天温度高，水蒸发进入空气；夜间温度降低，空气中的水冷凝进入沙中，这一过程是一个周期循环的过程，好像沙漠中永远没有水；但是沙漠中的沙丘处，使这一周期循环成为非可逆的循环，即可能出现沙丘聚水；同样这一作用，也会出现相互的促进作用，即沙丘聚水与水成沙丘两大作用相互促进。这一过程及机理的分析将在沙漠中找水取水具有重要的现实意义，对丘水作用的认识将会起到积极的作用。
[0009]但是迄今为止，有关这涉及到风沙水三者之间的相互作用，以及解决上面所涉及到的三个方面的问题的技术方案还没有出现。
【发明内容】
[0010]鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种考虑风沙水三者之间的相互作用，探究空气中雾霾的沙尘沉积规律，解决空气污染，寻找基于地下水角度的降尘除沙技术方法。具有一定粘性的液体，通过沙体向上持续渗透，粘接空气中的沙尘，减少沙的流失和空气中的沙尘，以此进行降尘除沙，分析获得最佳的降尘除沙技术方法。
[0011]为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0012]一种风沙地下水相互作用试验装置，所述装置包括鼓风系统、加沙系统、加水系统、升降温系统、地下水系统、飘沙收集系统和监测控制系统，以及风沙启动区、风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区，其中，
[0013]鼓风系统位于风沙启动区风沙淤积粘接区、风沙收集区和地下水渗流区的前端，加沙系统和加水系统分别位于风沙启动区之上，升降温系统位于风沙淤积粘接区之上，风沙淤积粘接区位于地下水渗流区的上方，地下水渗流区中有地下水系统。
[0014]其中所述装置包括前面板、后面板、上面板、下面板和端面板，形成水平向的通道;
[0015]前面板中部开有透明窗，利用螺栓将透明材料固定在透明窗上；
[0016]下面板中部有开口，通往地下水渗漏箱，后部也有开口，通往风沙收集区；
[0017]端面板由前板、后板、上板、下板和端板焊接组成。
[0018]另外在下面板中部开孔周边有翼片，在翼片和开孔周围布置螺孔；在下面板后端开孔周边也有翼片，翼片与下面板是一体的，在翼片和开孔周围布置螺孔。
[0019]地下水渗流箱包括渗流箱前面板、渗流箱后面板、渗流箱侧面板、渗流箱下面板、渗流箱上面板、渗流箱内隔板和活动底板；
[0020]这些面板除了活动底板外，其他的各板相接触位置处彼此进行焊接，渗流箱内隔板在距离渗流箱下面板一定距离以上部分布置有透水孔；
[0021]活动底板底部与液压机相连，在液压机的带动下，可以在内部的空腔内上下移动，同时与渗流箱内隔板和渗流箱前、后面板所接触处严密接触；
[0022]地下水渗流箱的渗流箱上面板周围有平面翼片，在翼片上的周围均匀布置螺孔；
[0023]在地下水渗流箱的周围渗流箱侧面板上布置有一个或者多个进出水口。
[0024]地下水渗流箱的上部镶嵌一个泥沙粘接板，粘接板上布置有空洞，所述空洞是圆形空洞、多个圆形空洞、多个矩形空洞、椭圆形空洞中的一种，所述空洞与面板的过渡为光滑过渡；
[0025]所述泥沙粘接板与渗流箱前面板或渗流箱后面板的镶嵌方式为，泥沙粘接板两侧有圆凸点，渗流箱前面板或渗流箱后面板面板上有圆凹坑，圆凸点对准圆凹坑进行镶嵌固定。
[0026]所述上面板设置有喷水口、加沙口、冷凝管和热辐射灯；其中，
[0027]喷水口与外部的水管连接，采用直接喷水或采用超声波喷雾方式加水，通过控制发生装置的电流或者电压的大小，来控制水雾的添加量和添加速度；
[0028]加沙口上部设有加沙传送皮带，通过控制皮带机的传送速度来控制加沙速度；
[0029]冷凝管与外部的加热和制冷管相连，内部充有冷凝剂通过压缩机进行制冷或者加执.JtW ，
[0030]热辐射灯对泥沙和风沙加热，通过调节电压电流来控制加热灯的加热速度。
[0031]所述鼓风系统采用鼓风机，在入口截面上布置有间隔的多层格栅；
[0032]所述加沙系统在加沙区进行加沙，加沙系统设置在在风沙启动区的顶部，分别设置有几道撒沙窗口，通过电机皮带传送机构，将沙输送到撒沙窗口进行撒沙；
[0033]所述加水系统根据所加的沙根据需要提前加入一定量的水，以满足一定含水量要求或者采用超声波喷雾方式在加水系统的顶部向下加水雾，整个加水系统与加沙装置一块密封在一个大的透明罩体内；
[0034]所述升降温系统包含三部分:一部分是对整个装置进行整体的温度控制，这部分主要是通过试验室内的空调和暖气对试验室内的温度的大致粗略控制，基本满足试验系统的整体温度控制，可以调整设备的温度调控范围；另一部分是对进入设备的空气、水雾温度精确控制；第三部分是试验区顶部的热量辐射吸收控制带所进行的温度辐射的精确控制。
[0035]所述装置的监测控制系统包括温度、速度、湿度、力传感器，可以实现温度、风速、加雾量、加沙量、沉积沙量、回收沙量、地下水流速、水压力、沉积堆积沙丘含水量的实时监测、控制和记录，并可以监测记录沙水作用体的位移，沙水作用体的推拉力。
[0036]一种风沙地下水相互作用试验方法，包括以下步骤:
[0037]Al、风沙淤积粘接区底板固定，表面平整，堆积或撒沙均匀一层；
[0038]B1、将地下水系统中通水，并保持一定的渗流，并一直持续；待水向上渗流达到稳定后，鼓风系统开始吹风，加沙系统加沙，试验开始；
[0039]Cl、经过一定时间的试验，在风沙淤积粘接区底板上水渗流到表面，在风沙淤积粘接区底板上就会出现沙丘，根据风沙淤积粘接区底