地下水动态模拟实验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种环境水文地质模拟装置，具体地说是一种地下水动态模拟实验平台O
【背景技术】
[0002]地下水资源在我国水资源中占有举足轻重的地位，在维护生态环境安全和经济社会健康发展等方面发挥着不可替代的作用。然而，随着社会经济发展，大量不合理排放的生活废水废物、工业废水废物、农业污染物等，以及地下水无序开发，导致大量污染物进入地下水环境，引起包气带土壤和地下水污染愈加严重，致使地下水环境污染问题日益复杂。
[0003]地下水污染是我国面临的严峻问题，控制和修复地下水污染是保护水资源的重要工作之一。包气带结构复杂，污染物通过水流等作用极其缓慢向下迀移转化，因此包气带既是污染物通道，也是污染物储存空间，导致污染物进入含水层，以及在含水层中运动都比较缓慢，污染往往是逐渐发生，发现地下水污染后，确定污染源也远不如地表水那么容易。因此，多年来，众多科研工作者不断开展地下水污染防治的科学研宄工作，而探索此类科学问题必须依托相应的模拟地下水环境实验装置，因此设计合理的地下水动态模拟装置成为从事地下水污染修复研宄热点问题。
[0004]研宄发现，当今的地下水物理模拟装置存在如下缺点:首先，从功能上看现有模拟装置大多片面针对包气带或者含水层，缺乏包气带与饱水带两方面模拟功能的有机组合装置，从而缺少污染物从包气带进入饱水带途经模拟监测功能，不能够从整个循环流程上抓住污染物迀移转化过程，导致模拟装置缺乏整体性；其次，野外原位进行实验和数据采集往往难以实现。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种地下水动态模拟实验平台，以解决现有模拟装置功能单一和模拟效果差的问题。
[0006]本发明是这样实现的:一种地下水动态实验模拟平台，包括有动态模拟装置、曝气装置、模拟雨淋装置和中控计算机；
所述动态模拟装置的主体为长方形的箱式壳体，所述箱式壳体采用有机玻璃板加工而成，外围采用不锈钢方管加固和支撑；在所述箱式壳体的前壁板与后壁板的内侧按100_的间距设置有若干直立的凹形卡槽，所述卡槽的下沿与所述箱式壳体的底板相接触，所述卡槽的上沿与所述箱式壳体的上口平齐；在所述箱式壳体的前壁板与后壁板上的位置相对的两个所述卡槽之间插接一张矩形的多孔配水板，在所述多孔配水板的板面上密布有孔径为2_的过流孔眼，所述多孔配水板的下沿与所述箱式壳体的底板相接触，所述多孔配水板的上沿与所述箱式壳体的上口相平齐；
在所述箱式壳体的一端侧壁板上接有分层设置的若干进水口，在所述箱式壳体的另一端的侧壁板上接有分层设置的若干出水口，所述进水口和所述出水口均由孔径为8mm的有机玻璃管制成，在所述箱式壳体的侧壁板上呈矩阵分布；
在所述箱式壳体的前壁板与后壁板上分别设置有若干分层设置的由孔径为8mm有机玻璃管制成的采样口，所述采样口分布在由所述多孔配水板分隔开的每个样品空间所对应的前壁板或后壁板上，在每个所述采样口上安装有取样器或者封接有封口塞，在所述箱式壳体的前壁板与后壁的两端分别设置有呈纵向排列的一列由孔径为8_有机玻璃管制成的溢流口，在所述溢流口处安装有取样器或者接有带控制阀的溢流管；
在所述箱式壳体的底板上开有若干排水排泥孔，每个排水排泥孔上接有一个排水排泥管，所述排水排泥管用直径40mm的PVC管制成，在所述排水排泥孔的内孔口处封接有不锈钢纱网，在所述排水排泥管上接有排水排泥控制阀，所有所述排水排泥管的下端共接到一根排水排泥总管上；
在所述箱式壳体的底部架设有底盘，所述底盘由若干脚轮支撑连接；在所述底盘的两端各连接一个折叠式矩形吊架，在所述吊架上安放有高度可调的水箱，一个所述水箱通过连通管路连接到所述箱式壳体的所述进水口上，另一个所述水箱通过连通管路连接到所述箱式壳体的所述出水口上；在所述连通管路上分别安装有电磁阀和流量计，所述流量计上的数据线连接到所述中控计算机上；
在所述箱式壳体内的由所述多孔配水板分隔开的每个样品空间中装填有用于模拟典型水文地质单元的含水层介质，在每个样品空间中分别插接有若干直立的由管径为20mm的PVC管制成的监测/加药孔管，所述监测/加药孔管的底端与所述箱式壳体的底板相接触，所述监测/加药孔管的顶端与所述箱式壳体的上口相平齐；在所述监测/加药孔管的管壁上沿圆周对称开有四列孔径为2mm的孔眼，每列孔眼的上下间距为10mm，在所述监测/加药孔管的外侧包裹有不锈钢纱网；所述监测/加药孔管供在线监测装置的监测探头插入其中，所述监测探头为水质监测探头、水位监测探头、PH监测探头、氧化还原电位监测探头、电导率监测探头、温度监测探头及溶解氧监测探头中的一种或数种，所述监测探头的数据线连接到所述中控计算机上，以传输和处理所采集的实验检测信号；
在所述箱式壳体的上口设置有可掀起或扣合的密封盖；
所述曝气装置包括供气总管、配气管和曝气管；所述曝气管是在管径为10_的PVC管上沿轴向开有双排气孔，每个气孔的孔径为1mm，每排气孔的孔距为5mm，两排气孔的圆心夹角为45° ;所述曝气管水平设置在所述箱式壳体内的由所述多孔配水板分隔开的各样品空间的底部，所述曝气管的一端连接到插接在所述箱式壳体内各样品空间中的所述配气管上，所述配气管的上端连接到设置于所述箱式壳体上方的所述供气总管上，在每根所述配气管上装有曝气控制阀，所述供气总管由鼓风机或高压氮气瓶供气，通过调控所述曝气控制阀形成曝气；
所述模拟降雨装置包括供水总管、配水管、蛇形管和喷淋管，所述喷淋管包括一根分水管和垂直连接所述分水管上的若干喷淋管，所述喷淋管是管径为1mm的PVC管，在喷淋管上沿轴向开有双排水孔，每个水孔的孔径为1mm，每排水孔的孔距为5mm，两排水孔的圆心夹角为45° ;所述喷淋管分成若干组，水平设置在所述箱式壳体的上方，每组所述喷淋管通过所述蛇形管连接到所述配水管的下端，各组的所述配水管的上端共接到所述供水总管上，在每根所述配水管上装有一个雨淋控制阀；所述供水总管由水泵或自来水管供水，通过调控所述雨淋控制阀形成降雨模拟。
[0007]所述中控计算机通过对所述动态模拟装置的进水流量和水压的调控，实现对典型水文地质单元的含水层介质中地下水的流量、流速等参数的模拟和调控。
[0008]所述中控计算机通过设置于所述动态模拟装置中各种监测装置的监测探头的信息采集，在所述动态模拟装置中实现对典型水文地质单元的含水层介质中地下水动力场、地下水化学场的模拟。
[0009]本发明通过在所述动态模拟装置上的所述监测/加药孔管中添加药物，在所述动态模拟装置中实现典型水文地质单元的含水层介质中地下水的污染模拟；通过在所述模拟降雨装置的所述供水总管中添加药物，在所述动态模拟装置中实现典型水文地质单元的含水层介质受酸雨影响对地下水产生的污染模拟。
[0010]本发明构成一种典型地下水文地质单元模型，配备完善的在线监测系统，可模拟污染物从地表进入到地下含水层过程，模拟污染物在地下水含水层中从补给区、径流区到排泄区的迀移转化过程，能够实现全方位水动力场、水化学场的模拟再现，可清晰地观测药品在包气带土壤及含水层中的运移过程，便于深入分析药品在包气带土壤及含水层中的溶质运移及迀移转化规律。
[0011]本发明改变了原有物理模拟装置的组成、结构和工作原理，实现包气带与饱水带的有机结合，不仅能满足包气带土壤非饱和渗流模拟，而且具有二维及多维流动模拟能力，能够在实验室内“真实”再现野外水文地质条件。本发明可实现药品在包气带到饱水带的溶质运移及在含水层中迀移转化的全方位模拟监测功能，而模拟平台数据采集简单、及时、有效，可实现在线模拟，相对野外现场测量精度更高，数据采集更精准，提高了模拟实验的保真度，降低了模拟实验的成本，扩大了模拟装置的普适性，因此用途也更为广泛。
[0012]本发明结构简单，测量数据精确，用途广泛；可针对不同修复工