一种获取地下水参数一维岩柱模拟水压自记数据实验装置的制作方法

一种获取地下水参数一维岩柱模拟水压自记数据实验装置，尤其涉及一种水文地质参数获取、水岩作用变化过程，污染物垂直迁移特征的实验装置；主要应用于水文地质中含隔水层划分，水岩作用变化过程及污染物运移特征研究；适合于水文地质、水文水资源及地下水等单位在处理含水层问题、水源问题及水污染问题时掌握直观信息。

背景技术：

地下水与人类的生产生活密切相关，现阶段由于气候反常越来越剧烈，洪涝问题时有发生，对应的生产生活水源问题也越来越严重，寻找地下水水源问题越来越多的引起社会重视；随着居民环保及生活质量的不断提高，高质量对健康有益的水也愈加引起社会公民的广泛关注，了解水岩作用后水质变化也直接关系到人类健康生活；地下水污染问题同样也引起社会各界广泛关注，由于长期以来垃圾填埋场防渗存在缺陷，污染的雨水会入渗进入地下水，很多矿井水、生活污水、工厂污水未经处理直接排放或入渗进入地下，污染地下水。基于上述问题的存在，通过室内一维岩柱实验获取准确水文地质参数，水岩作用变化过程，污染物经过岩层迁移特征是解决上述问题的关键。目前对于定性判断含隔水层及入渗系数等水文地质参数的获取以抽水试验为主，抽水试验需要占用大量的人力物力，劳民伤财，同时抽水试验抽出的水不利于水资源保护；水岩作用缺少直观系统的详细记录变化过程；污染物迁移变化特征多以第四系松散孔隙水研究为主，缺少岩层污染物迁移变化特征研究；基于上述问题的存在，直观准确的定性含隔水层及入渗系数等水文地质参数，记录水岩作用变化过程及污染物垂直迁移特征的一维岩柱实验装置的设计和研发是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动模拟水压，自动记录实验数据用于定性判定岩土层含隔水性，定量判断水文地质参数，水岩作用过程及污染物迁移特征模拟的一种一维岩柱实验装置。

本发明的目的可以通以下技术方案实现。

一种获取地下水参数一维岩柱模拟水压自记数据实验装置包括：实验装置自动化部分和实验装置主体部分。

所述实验装置自动化部分包括：自吸加压泵、电磁阀、加压泵接触器、电磁阀接触器、控制仪表、压力传感器、电路开关、开关电源、ac220v电源、无纸记录仪（带485通讯）、pc端（内含上位机软件）、流量计（带超声波传感器）、电导率传感器、信号线、电源线组成；所述的压力传感器安装在土柱实验柱体顶部，配合控制仪表、电磁阀接触器、电磁阀、加压泵接触器、自吸加压泵组成自动加压装置为土柱实验顶部施压，保持土柱实验顶部压力及水位不变；所述的流量计自带显示记录通讯功能、电导率传感器，配合无纸记录仪（带485通讯）与pc端（内含上位机软件）组成自动监测记录系统，该系统可实时采集数据并生成时间流量曲线、电导率随时间变化曲线；所述的ac220v电源经电源线为自吸加压泵、电磁阀、加压泵接触器、电磁阀接触器、控制仪表、pc端（内含上位机软件）及开关电源供电；所述的开关电源经电源线为压力传感器、无纸记录仪（带485通讯）、流量计（带超声波传感器）、电导率传感器供电。

所述实验装置主体部分包括：进水口、水箱、进水管、法兰盘、遇水膨胀橡胶、岩芯、止水阀、柱体、侧壁进出水管、底部出水管、量筒、支架组成；所述进水口安装在水箱顶部；所述进水管一端连接在水箱底部另一端经法兰盘安装在柱体顶部；所述遇水膨胀橡胶缠绕在分段岩芯顶底部；所述止水阀安装在进水管、侧壁进出水管及底部出水管上；所述侧壁进出水管安装在柱体测面；所述底部出水管经法兰盘安装在柱体底部；所述量筒内置电导率传感器分别安放在侧壁进出水管和底部出水管下部。

所述实自动加压装置具体实施方式如下；加压泵接触器接收到控制仪表信号低于设定压力时，自动吸合，控制自吸加压泵开启；电磁阀接触器接收到控制仪表信号低于设定水位或压力时，自动吸合控制电磁阀开启；水箱中的水经进水管流入柱体内部，压力传感器感受到压力升高，当压力到达设定水位，加压泵接触器接收到控制信号，自动断开，自吸加压泵停止工作同时电磁阀接触器控制电磁阀关闭，阻止水箱中的水进入柱体。

所述自动监测记录系统具体实施方式如下：底部进出水管安装有流量计（带超声波传感器）、量筒内部安装有电导率传感器，配合无纸记录仪（带485通讯）可实现信号有线及无线通讯，pc端（内置上位机软件）接受到无纸记录仪（带485通讯）输出信号，内置上位机软件可实时读取流量、电导率数值，可读取记录仪存储历时数据，同时可生成曲线及统计最值均值。

所述实验装置止水部分具体实施方式如下：完整岩芯的顶底部缠绕有遇水膨胀橡胶，遇水膨胀橡胶具有遇水膨胀自动止水功能，实验准备阶段，将岩芯缠好遇水膨胀橡胶自下而上放入柱体中；完成岩芯添加工作后，关闭所有止水阀，自顶部加水，至设定液位高度，浸泡20-30h后，开启所有止水阀，放出柱体中多余水体；经进水管、侧壁进出水管重新加水测试遇水膨胀橡胶止水效果，至所有止水段均满足要求，则实验装置止水工作完成。

所述岩芯选取遵循如下原则：1）依据岩芯鉴定资料，分地层选取有代表性的岩芯做实验；2）考虑到止水问题，选择岩芯时，根据埋深增加依次选择岩芯十分完整段、岩芯较完整段、破碎段、岩芯较完成段、岩芯十分完整段组成柱体整个岩芯实验材料；3）岩芯长度，依据设计土柱高度，合理选取不同段的岩芯长度。

与现有技术相比本发明具有如下技术特点和优点。

本发明采用自吸加压泵、电磁阀、液位控制器、接触器、电磁阀组成的自动加压装置依据设计压力可准确添加水量，满足潜水、承压水模拟实验自动入渗要求。

本发明利用流量计（带超声波传感器）、电导率传感器、无纸记录仪（带485通讯）、pc端（内置上位机软件）实现实验装置流量、电导率自动监测，在最大限度的节省人力的同时，可提高实验精度。

本发明利用无纸记录仪（带485通讯）配合pc端（内含上位机软件）组成两套监测记录系统，保证数据存储获取的可靠性和安全性。

本发明采用岩芯做一位岩柱垂直入渗模拟实验，可在极低的造价下获得真实的水文地质参数，同抽水试验对比，节省大量人力物力的同时，起到保护水资源的目的。

本发明可同时获取水岩作用变化过程，利用不同层位电导率变化及量筒内水样水化学分析，可获得岩层水岩反应变化过程，为水文地球化学中水源、通道及水质变化提供重要数据支撑。

本发明可同时模拟污染物垂直迁移过程，利用水体中添加污染物后的电导率变化数值可直观获取污染物垂直迁移过程；利用污水做水源经岩层后离子元素变化情况，亦可直观判断污水经通道垂直迁移变化过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中1-自吸加压泵、2-电磁阀、3-电磁阀接触器、4-加压泵接触器、5-控制仪表、6-压力传感器、7-电路开关、8-ac220v交流电源、9-开关电源、10-无纸记录仪（带485通讯）、11-pc端（内含上位机软件）、12-流量计（带超声波传感器）、13-电导率传感器、14-信号线，15-电源线共同组成实验装置自动化部分；16-水箱、17-进水口、18-进水管、19-法兰盘、20-遇水膨胀橡胶、21-岩芯、22-止水阀、23-侧壁进排水管、24-柱体、25-底部排水管、26-底座、27-量筒共同组成实验装置主体部分。

具体实施方式。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

所述实验装置自动化部分包含：1-自吸加压泵安装在16-水箱后面的18-进水管上面，通过4-加压泵电磁阀控制启闭；电磁阀安装在18-进水管上1-自吸加压泵后面，经3-电磁阀接触器控制启闭；所述的5-控制仪表与3-电磁阀接触器、4-加压泵接触器、6-压力传感器连接；所述的7-电路开关安装在4-加压泵接触器与5-控制仪表之间；所述的8-ac220v交流电源通过15-电源线给1-自吸加压泵、2-电磁阀、3-电磁阀接触器、4-加压泵接触器、5-控制仪表、9-开关电源供电及11-pc端（内含上位机软件）供电；所述的9-开关电源将ac220v交流电源转化为24v直流电通过15-电源线给6-液位传感器、10-无纸记录仪（带485通讯）、12-流量计（带超声波传感器）、13-电导率传感器供电；所述的12-流量计（带超声波传感器）、13-电导率传感器与10-无纸记录仪（带485通讯）、11-pc端（内置上位机软件）通过14-信号线连接。

所述实验装置主体部分包含：16-水箱上部有17-进水口，底部安装有18-进水管；19-法兰盘安装在24-柱体顶底部，其中顶部法兰盘安装有6-压力传感器、18-进水管；底部法兰盘安装有25-底部排水管；20-遇水膨胀橡胶，21-岩芯安装在24-柱体内部；22止水阀安装在18-进水管、22-侧壁进排水管、23-底部排水管上；26-底座安装在柱体底部法兰盘上；27-量筒安装在25-底部排水管下方及22-侧壁进排水管下方。

所述的11-pc端（内含上位机软件）包含流量、电导率实时读取记录及10-无纸记录仪（带485通讯）的历史数据读取，同时可生成曲线，统计最值均值。

所述的12-流量计（带超声波传感器）安装在24-底部排水管外壁，对管壁无损坏，对流量自然流出无影响，流量测量精度高。

实施例1水文地质参数获取一维岩柱实验。

按说明书附图连接好本装置，关闭所有22-止水阀。

按设计要求将21-岩芯挑选好并在完整岩芯顶底部缠绕20-遇水膨胀橡胶，按埋深从大到小，依次装入24-柱体内部。

将仪器接通8-ac220v交流电源，在5-控制仪表上设置设计压力；调试10-无纸记录仪（带485通讯）、11-pc端（内含上位机软件）、12-流量计（带超声波传感器）、13-电导率传感器之间通讯，并矫正12-流量计（带超声波传感器）。

仪器自动控制1-自吸加压泵，2-电磁阀启闭，打开18-进水管上的22-止水阀，开始加水；当加水加压至设计压力，2-电磁阀自动关闭，1-自吸增压泵停止工作，此时整个24-柱体内部充满水，浸泡30h。

断开7-电路开关，关闭18-进水管上的22-止水阀，打开23-侧壁进排水阀上的22-止水阀及25-底部排水管上的22-止水阀，放出24-柱体内所有水。

接通7-电路开关，打开18-进水管上的22-止水阀为24-柱体内顶部重新加水，检查止水效果；在23-侧壁进排水管处加水，分段检测止水效果；至各段分层止水满足要求，断开7-电路开关，关闭18-进水管上的22-止水阀，打开其余部分22-止水阀排除24-柱体内所有水。

关闭除18-进水管上的所有22-进水阀，接通7-电路开关，重新加水，开始实验。

打开11-pc端（上位机软件），开始实时采集实验过程中流量、电导率数据。

实施例2水岩作用变化过程一维岩柱实验。

本实施例同实施例1步骤进行，不同之处为，在实施例1开始实验之后，收集28-量筒内的水样，送至实验室分析水化学成分。

实施例3污染物运移特征一维岩柱实验。

本实施例同实施例1步骤进行，与实施例1不同之处为实验开始前14-水箱中加入特征污染物或污水；实验开始后收集28-量筒内的水样，送至实验室分析水化学成分。

由于采用了以上技术方案，本发明具体实施方式可完成定性判定岩土层含隔水层，定量判断入渗系数等水文地质参数，水岩作用过程及污染物迁移变化特征；整个系统结构操作简单、节省人力、经济实用且精度高。

最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，并可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换均在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的保护范围之内。