专利名称：一种用于地层的垂向入渗速度测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于地下水科学与工程技术领域，涉及一种地下水试验装置，尤其是涉及一种用于地层的垂向入渗速度测量仪。
背景技术：
渗水试验是水文地质工作的一项基本野外试验工作。试验的目的在于获取为计算大气降水、灌溉水、河流、渠水及暂时性表流等对地下水补给所需的垂向入渗速度。传统的垂向入渗速度测量采用双环试验法，外环与内环均采用厚度约为Imm的薄钢板制作，试验时将外环插入地表下约10cm，内环置于外环的中央，亦插入地表下约10cm。试验时采用人工或马里奥特瓶向外环不断地供水，并保持某一水位高度，同时也向内环加水，保持内环水位与外环水位同高，记录At内向内环加入的水量q，假定内环的面积为A，则垂向入渗速度
ν = —^—0
AtxA现有技术中双环试验法存在的缺陷和不足是操作性较差，尤其是向环中加水并保持一定的水位、同时还要记录向内环加入多少水量时，难于掌握，导致所得垂向入渗速度
精度差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，测量精度高，测量成本低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于包括内环筒、套装在内环筒外的外环筒、给外环筒内供水的外环筒供水装置、给内环筒内供水的内环筒供水桶和用于采集试验数据的测试板，所述内环筒供水桶的容积与所述内环筒的容积相等，所述测试板包括倒U型玻璃三通管和固定在倒U型玻璃三通管后方且用于对倒U型玻璃三通管内的水位进行测量的测试标尺；所述内环筒为无底有盖式半封闭结构，所述外环筒为无底无盖式开口结构，所述内环筒的顶部侧壁上设置有内环筒进水口且通过内环筒供水管与设置在内环筒供水桶底部的供水桶出水口相连，靠近所述供水桶出水口处的内环筒供水管上设置有内环筒供水阀门，所述内环筒的顶端设置有内环筒出水口且通过内环筒出水管与倒U型玻璃三通管底端的A管管口相连，所述外环筒的一侧筒壁上设置有用于供内环筒供水管通过的内环筒供水管接口和多个用于供水排出的溢流口，所述溢流口上设置有溢流管和溢流阀门，所述内环筒供水管接口位于所述溢流口的下方，所述外环筒的另一侧筒壁上设置有外环筒出水口和供内环筒出水管通过的内环筒出水管接口，所述外环筒出水口位于所述内环筒出水管接口的下方且通过外环筒出水管与倒U型玻璃三通管底端的B管管口相连，所述倒U型玻璃三通管拱形顶端的管口处设置有三通管阀门。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒供水装置
3为设置在外环筒上方的水龙头或水桶。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述内环筒的下部为圆柱形，所述内环筒的上部为圆锥形，所述内环筒内部的直径为O. Im O. 25m。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒为圆柱形， 所述外环筒内部的直径为O. 5m O. 7m。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒内部的直径为 O. 618m。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述内环筒、外环筒和内环筒供水桶均由厚度为Imm 2mm的钢材制成。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述倒U型玻璃三通管的直径为8mm 10mm。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述测试标尺为毫米级精度的标尺。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述溢流口、溢流管和溢流阀门的数量均为2 6个。上述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述溢流口、溢流管和溢流阀门的数量均为4个。本发明与现有技术相比具有以下优点I、本发明的结构简单，设计新颖合理，实现方便。2、本发明的使用操作便捷，能够方便地测得垂向入渗速度，还可以方便地求得垂向入渗速度与水层厚度的关系。3、本发明在操作时，外环筒内水位可以方便地通过溢流口、溢流管和溢流阀门进行控制且控制精度高，测试标尺为毫米级精度的标尺，整个垂向入渗速度测量仪的测量精度高。4、本发明的实现成本低，能够多次重复使用，降低了垂向入渗速度测量成本。5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。综上所述，本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，测量精度高，测量成本低，实用性强，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本发明的结构示意图。
图2为本发明倒U型玻璃三通管的A管和B管中的水位动态曲线图。
附图标记说明
I-内环筒；2-外环筒；3-外环筒供水装置；
4-内环筒供水桶；5-倒U型玻璃三通管；6-测试标尺；
7-内环筒供水管；8-内环筒供水阀门；9-供内环筒出水管；
10-溢流管；11-溢流阀门；12-外环筒出水管；
13-三通管阀门；14-土壤。
具体实施例方式如图I所示，本发明包括内环筒I、套装在内环筒I外的外环筒2、给外环筒2内供水的外环筒供水装置3、给内环筒I内供水的内环筒供水桶4和用于采集试验数据的测试板，所述内环筒供水桶4的容积与所述内环筒I的容积相等，所述测试板包括倒U型玻璃三通管5和固定在倒U型玻璃三通管5后方且用于对倒U型玻璃三通管5内的水位进行测量的测试标尺6 ;所述内环筒I为无底有盖式半封闭结构，所述外环筒2为无底无盖式开口结构，所述内环筒I的顶部侧壁上设置有内环筒进水口且通过内环筒供水管7与设置在内环筒供水桶4底部的供水桶出水口相连，靠近所述供水桶出水口处的内环筒供水管7上设置有内环筒供水阀门8,所述内环筒I的顶端设置有内环筒出水口且通过内环筒出水管9与倒U型玻璃三通管5底端的A管管口相连，所述外环筒2的一侧筒壁上设置有用于供内环筒供水管7通过的内环筒供水管接口和多个用于供水排出的溢流口，所述溢流口上设置有溢流管10和溢流阀门11，所述内环筒供水管接口位于所述溢流口的下方，所述外环筒2的另一侧筒壁上设置有外环筒出水口和供内环筒出水管9通过的内环筒出水管接口，所述外环筒出水口位于所述内环筒出水管接口的下方且通过外环筒出水管12与倒U型玻璃三通管5底端的B管管口相连，所述倒U型玻璃三通管5拱形顶端的管口处设置有三通管阀门 13。如图I所示，本实施例中，所述外环筒供水装置3为设置在外环筒2上方的水龙头或水桶。所述内环筒I的下部为圆柱形，所述内环筒I的上部为圆锥形，所述内环筒I内部的直径为O. Im O. 25m。所述外环筒2为圆柱形，所述外环筒2内部的直径为O. 5m O. 7m。具体地，所述外环筒2内部的直径为O. 618m。如图I所示，本实施例中，所述内环筒I、外环筒2和内环筒供水桶4均由厚度为 Imm 2mm的钢材制成。所述倒U型玻璃三通管5的直径为8mm 10mm。所述测试标尺6 为毫米级精度的标尺。如图I所示，本实施例中，所述溢流口、溢流管10和溢流阀门11的数量均为2 6个。具体地，所述溢流口、溢流管10和溢流阀门11的数量均为4个。本发明的工作过程是试验的准备工作I、将内环筒I插入土壤14中约O. 2m O. 3m(视土壤14情况也可减小到O. Im)；2、将外环筒2也插入土壤14中约O. 2m O. 3m,视土壤14情况与外环筒2内的水位高低，在外环筒2外围接触土壤14处置入粘土或海带；3、在适当高度处放置外环筒供水装置3、内环筒供水桶4和测试板，具体可采用三角架来实现；4、用内环筒供水管7将内环筒供水桶4的供水桶出水口与内环筒I的内环筒进水口相连，用内环筒出水管9将内环筒I的内环筒出水口与倒U型玻璃三通管5底端的A管管口相连，用外环筒出水管12将外环筒2的外环筒出水口与倒U型玻璃三通管5底端的B 管管口相连；试验工作I、打开位于外环筒2 —侧筒壁上其中一个溢流口处溢流管10上的溢流阀门11，例如位于C-C位置处的溢流阀门11，其余几个溢流阀门11全部关闭，向外环筒2内加水，直至 C-C，多余的水从打开的溢流阀门11中排出；2、打开三通管阀门13和内环筒供水阀门8，向内环筒供水桶4中加水，比如加 E-E,内环筒供水桶4中的水通过内环筒供水管7流入内环筒I中，内环筒I中的水再通过内环筒出水管9和倒U型玻璃三通管5底端的A管管口流入倒U型玻璃三通管5的A管中， 此时注意观察，U型玻璃三通管5的A管中将有气泡上升并通过倒U型玻璃三通管5拱形顶端的管口逸出，此时慢慢加水维持内环筒供水桶4中的水位在E-E附近；3、试验步骤(I)关闭三通管阀门13;(2)停止向内环筒供水桶4中加水；(3)继续向外环筒2内加水，维持外环筒2内的水位在C-C位置；(4)停止向内环筒供水桶4中加水后，U型玻璃三通管5的A管中的水位将随着内环筒供水桶4中的水位从E-E面向下运移且通过D-D面(与C-C面同高)继续向下运移而变化，变化的信息在测试标尺6上可以读出，由于三通管阀门13已关闭，U型玻璃三通管5 的A管中的水位下降，U型玻璃三通管5的B管中的水位必定上升；(5)通过测试标尺6读取数据，记录U型玻璃三通管5的A管中的水位下降、B管中的水位上升的动态过程，绘制A管和B管中的水位高度h随时间t变化的水位动态曲线图；(6)内环筒供水桶4中水位基本下降至桶底，C-C高度的试验工作结束。4、数据处理(I)与外环筒2某高度水位相应的垂向入渗速度的计算如图2所示，将A管和B 管中的水位高度h随时间t变化的曲线表示成方程hA = aA+bAln (t0+t) t ^ OhB = aB+bBln (t0+t) t ^ 0其中，bA = bB,待定常数仅为aA、aB、VbJ或匕)。这些待定常数都可以利用观测数据按最小二乘法求得。求得两曲线方程后就可求得两曲线的交点，两曲线在交点处(tp，hj)的斜率以V表示，则垂向入渗速度\为2V。(2)同理，可求得垂向入渗速度Ve与水层厚度H(外环筒2中的水位)的关系。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于包括内环筒(I)、套装在内环筒(I)外的外环筒(2)、给外环筒⑵内供水的外环筒供水装置(3)、给内环筒⑴内供水的内环筒供水桶(4)和用于采集试验数据的测试板，所述内环筒供水桶(4)的容积与所述内环筒(I)的容积相等，所述测试板包括倒U型玻璃三通管(5)和固定在倒U型玻璃三通管(5) 后方且用于对倒U型玻璃三通管(5)内的水位进行测量的测试标尺￠);所述内环筒(I) 为无底有盖式半封闭结构，所述外环筒(2)为无底无盖式开口结构，所述内环筒(I)的顶部侧壁上设置有内环筒进水口且通过内环筒供水管(7)与设置在内环筒供水桶(4)底部的供水桶出水口相连，靠近所述供水桶出水口处的内环筒供水管(7)上设置有内环筒供水阀门 (8)，所述内环筒(I)的顶端设置有内环筒出水口且通过内环筒出水管(9)与倒U型玻璃三通管(5)底端的A管管口相连，所述外环筒⑵的一侧筒壁上设置有用于供内环筒供水管 (7)通过的内环筒供水管接口和多个用于供水排出的溢流口，所述溢流口上设置有溢流管(10)和溢流阀门(11)，所述内环筒供水管接口位于所述溢流口的下方，所述外环筒(2)的另一侧筒壁上设置有外环筒出水口和供内环筒出水管(9)通过的内环筒出水管接口，所述外环筒出水口位于所述内环筒出水管接口的下方且通过外环筒出水管(12)与倒U型玻璃三通管(5)底端的B管管口相连，所述倒U型玻璃三通管(5)拱形顶端的管口处设置有三通管阀门(13)。
2.按照权利要求I所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒供水装置(3)为设置在外环筒(2)上方的水龙头或水桶。
3.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述内环筒(I)的下部为圆柱形，所述内环筒(I)的上部为圆锥形，所述内环筒(I)内部的直径为 O. Im O. 25m。
4.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒(2)为圆柱形，所述外环筒(2)内部的直径为O. 5m O. 7m。
5.按照权利要求4所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述外环筒(2)内部的直径为O. 618m。
6.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述内环筒(I)、外环筒⑵和内环筒供水桶⑷均由厚度为Imm 2mm的钢材制成。
7.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述倒U型玻璃三通管(5)的直径为8mm 10mm。
8.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述测试标尺(6)为毫米级精度的标尺。
9.按照权利要求I或2所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述溢流口、溢流管(10)和溢流阀门(11)的数量均为2 6个。
10.按照权利要求9所述的一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，其特征在于所述溢流口、溢流管(10)和溢流阀门(11)的数量均为4个。
全文摘要
本发明公开了一种用于地层的垂向入渗速度测量仪，包括内环筒、外环筒、外环筒供水装置、内环筒供水桶和测试板，测试板包括倒U型玻璃三通管和测试标尺；内环筒的顶部侧壁上设置有内环筒进水口且通过内环筒供水管与内环筒供水桶的供水桶出水口相连，内环筒的顶端设置有内环筒出水口且通过内环筒出水管与倒U型玻璃三通管底端的A管管口相连，外环筒的一侧筒壁上设置有内环筒供水管接口和多个溢流口，外环筒的另一侧筒壁上设置有外环筒出水口和内环筒出水管接口，外环筒出水口通过外环筒出水管与倒U型玻璃三通管底端的B管管口相连。本发明结构简单，设计新颖合理，使用操作便捷，测量精度高，测量成本低，实用性强，便于推广使用。
文档编号G01N15/08GK102590064SQ20121004451
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月26日 优先权日2012年2月26日
发明者孙雄, 李俊亭, 武选民, 王恩志, 王文科 申请人:长安大学