一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统

1.本实用新型涉及自然监测试验设备技术领域，尤其涉及一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统。


背景技术：

2.采用砂石坑回灌等方式将地表水回灌补给地下水，不仅可以抬高区域地下水水位，实现地下水的多年调蓄能力，同时能够解决或缓解因地下水超采而引发的自然生态环境问题。在地表水与地下水相互作用定量研究中，沉积物的渗透系数直接影响回灌入渗量，如何准确地测定包气带的渗透系数是回灌试验需要解决的问题之一。
3.目前，测定包气带的渗透系数主要存在以下问题：
4.(1)以往试验主要从野外采样，通过实验室分析包气带的渗透系数，但不能直观反映真实包气带渗透系数；
5.(2)试验场地主要在特定区域进行，不同包气带岩性渗透系数各有差异，而在干旱地区戈壁砾石带进行试坑地表水(洪水)回灌试验相对较少，实验方案、实验装置及步骤不清晰；
6.(3)戈壁砾石带地层岩性以卵石、砂砾卵石为主，试坑试验常用的铁环不能保证试验回灌时，回灌水垂向入渗，可能会从圆环周围渗出；
7.(4)野外实验回灌时不能保证连续补充地表水，人为对试坑加水造成水面波动、回灌量读数不准确等因素造成试验结果数据存在较大误差。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统，解决背景技术中所述的问题。
9.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
10.本实用新型一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统，包括上下两端开口的箱体，所述箱体放入到试坑中，所述箱体的四周缝隙用钻井膨润土封堵，所述箱体的底部填充细砂层；还包括蓄水桶，所述蓄水桶的内部设置有水泵，所述水泵通过水管与花洒连接，所述花洒设置在所述箱体的上部，所述箱体的顶面通过固定装置设置有塑料薄膜，所述水泵通过第一连接线与感应开关电连接，所述感应开关与电源电连接。
11.进一步的，所述箱体的侧壁上安装有光学感应器，所述光学感应器通过第二连接线与所述感应开关电连接。
12.再进一步的，所述水管上安装有流量计。
13.再进一步的，所述固定装置包括两个固定座、第一夹紧座和第二夹紧座，两个所述固定座设置在所述第一夹紧座和所述第二夹紧座的两侧；所述固定座包括顶板和底板，所述顶板和所述底板通过衔接板连接在一起，所述顶板和所述底板之间设置有夹紧板，所述衔接板上开设有滑槽，所述夹紧板的侧面连接有与所述滑槽相匹配的滑块，所述夹紧板的
顶面连接有螺杆，所述顶板上开设有与所述螺杆相匹配的螺纹孔；所述第一夹紧座的两端连接在两个所述夹紧板上，所述第二夹紧座的两端连接在两个所述底板上。
14.再进一步的，所述顶板、所述底板和所述衔接板为一体结构。
15.再进一步的，所述底板的底面设置有插杆。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
17.本实用新型一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统，在干旱-半干旱戈壁砾石带进行洪水回灌试验，采用彭润土对箱体底部砂卵砾石缝隙进行封闭，保证了试验期间只有试坑底部渗水，测得准确的垂向渗透系数；加入光学感应器和流量计能够实现自动补水的同时自动计数，免去人工计数；试坑注水装置一端采用花洒形式能够让试验液体均匀喷洒，防止加入回灌水时对水面造成波动，影响光学感应器探测。
附图说明
18.下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。
19.图1为本实用新型戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统结构示意图；
20.图2为本实用新型固定装置侧视图；
21.附图标记说明：1、箱体；2、蓄水桶；3、水泵；4、水管；5、花洒；6、流量计；7、电源；8、感应开关；9、第一连接线；10、第二连接线；11、光学感应器；12、塑料薄膜；13、细砂层；14、固定装置；1401、固定座；1402、第一夹紧座；1403、第二夹紧座；1404、插杆；1401-1、顶板；1401-2、底板；1401-3、衔接板；1401-4、夹紧板；1401-5、螺杆。
具体实施方式
22.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.如图1-2所示，一种戈壁砾石带试坑洪水回灌试验系统，包括上下两端开口的箱体1，所述箱体1放入到试坑中，所述箱体1的四周缝隙用钻井膨润土进行封堵，所述箱体1的底部填充细砂层13；还包括蓄水桶2，所述蓄水桶2的内部安装有水泵3，所述水泵3通过水管4与花洒5连接，所述水管4上安装有流量计6，所述花洒5设置在所述箱体1的上部，所述箱体1的顶面通过固定装置14设置有塑料薄膜12，所述水泵3通过第一连接线9与感应开关8电连接，所述感应开关8与电源7电连接；所述箱体1的侧壁上安装有光学感应器11，所述光学感应器11通过第二连接线10与所述感应开关8电连接；具体的，箱体1为矩形。
25.所述固定装置14包括两个固定座1401、第一夹紧座1402和第二夹紧座1403，两个所述固定座1401设置在所述第一夹紧座1402和所述第二夹紧座1403的两侧；所述固定座1401包括顶板1401-1和底板1401-2，所述顶板1401-1和所述底板1401-2通过衔接板1401-3连接在一起，所述顶板1401-1、所述底板1401-2和所述衔接板1401-3为一体结构，所述顶板1401-1和所述底板1401-2之间设置有夹紧板1401-4，所述衔接板1401-3上开设有滑槽，所述夹紧板1401-4的侧面连接有与所述滑槽相匹配的滑块，所述夹紧板1401-4的顶面连接有螺杆1401-5，所述顶板1401-1上开设有与所述螺杆1401-5相匹配的螺纹孔；所述第一夹紧座1402的两端连接在两个所述夹紧板1401-4上，所述第二夹紧座1403的两端连接在两个所述底板1401-2上；所述底板1401-2的底面设置有插杆1404；具体的，固定装置14的数量为两个，两个固定装置14布置在试坑的两侧，插杆1404可以插入到箱体1周围的地面上，提高固定装置14的稳定性；使用时，将塑料薄膜12的一端放置在第二夹紧座1403的顶面，然后旋转两个螺杆1401-5，两个螺杆1401-5带动两个夹紧板1401-4向下运动，进而带动第一夹紧座1402向下移动，将塑料薄膜12夹紧，塑料薄膜12的另一端通过两一侧的固定装置14夹紧，具体方法与上面相同；通过铺设塑料薄膜12可以防止箱体1内部的水蒸发；塑料薄膜12上还需要开设可供水管4通过的通孔；通过设置固定装置14可以快速固定塑料薄膜12，操作简便。
26.回灌试验原理：首先在试坑嵌入箱体1，用膨润土在箱体1内封闭止水，保证回灌水流垂向渗入，并在底部填充砂层缓冲层，防止补给水量对试坑底部冲刷。试验时向箱体1内注水，同时控制箱体1内水柱高度，当箱体1注入水量相对保持稳定时即试验结束。
27.将试验数据代入公式(1)即可计算出试验土层的渗透系数。
28.k＝q/f
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(1)
29.式中，k为试验土层的渗透系数，m/d；q为稳定渗入水量，m3/d；f为试坑注水面积，m2。
30.具体试验过程如下：
31.步骤一，在干旱-半干旱地区河流附近戈壁砾石带上选择回灌地点，并挖掘试坑，试坑尺寸设置为长度为1米，宽为0.6米，高0.6米(试坑尺寸尽量与真实回灌的尺寸一致，按需所取)；
32.步骤二，在试坑中放入厚0.6mm、长为1米
×
宽0.6米
×
高0.6米的箱体1，箱体1的四周缝隙用钻井膨润土进行封堵，确保试验期间坑壁不渗水(即试验期间只有试坑底部渗水)，在箱体1的底部填充一层2mm厚的细砂层13，防止初始时刻加入回灌水时，对试坑边壁造成冲刷；
33.步骤三，连接流量计6、光学感应器11、电源7、水泵3、花洒5、感应开关8以及蓄水桶2等装置，为防止蒸发在试坑表面铺一层塑料薄膜12，并通过固定装置14夹紧固定；
34.步骤四，实验时，需要向蓄水桶2里补给地表水(附近河流)，箱体1中保持水深稳定在0.4米，当箱体1中水位低于光学感应器11，水泵3就会自动补水，回灌水量每15～60分钟观测一次流量计6；
35.步骤五，当试验满足100％
×
(前1小时回灌水量-后1小时回灌水量)/前1小时回灌水量≤5％，试验结束，得到稳定回灌量，计算单位面积回灌量和包气带渗透系数：
36.单位面积回灌水量q(立方米/日
·
平方米)：
37.q＝0.024
×
稳定回灌水量(升/小时)/试坑底部截面积(平方米)
38.包气带渗透系数计算k(米/日)：
39.k＝0.024
×
单位时间内从试坑底部渗入的水量(升/小时)/试坑底部面积(平方米)
40.式中，0.024为单位换算；
41.步骤六，试验结束后测定试坑底部淤积层厚度(毫米)以及回灌洪水的含沙量。
42.本实用新型的目的是为了研究渗坑回灌的水量随时间变化规律，定量评估回灌能力，明确稳定回灌量；定量研究地表水与地下水之间的水量交换提供必需的河床渗透系数这一重要参数。主要应用于：
43.(1)回灌试验与数值计算反演法推求包气带水力特征参数；
44.(2)地下水数值模拟中垂向渗透系数等参数的确定；
45.(3)地表水回灌补给地下水，确定包气带稳定回灌量，地表水回灌补给地下水达到稳定的时间以及所需水量，用于缓解地下水超采问题或在地下水库方案拟定过程确定回灌能力。
46.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。