[发明专利]一种室内模拟自然河道演变过程中侧向潜流交换的测量方法

说明书

本发明公开了一种室内模拟自然河道演变过程中侧向潜流交换的测量方法，包括以下步骤：根据实验方案绘制几何河道，并控制流量，连续冲刷一段时间后形成一定发展程度自然河道；改变河道中的水温，用红外热像仪拍摄侧向潜流交换的热图像，进行数据处理；每隔一段时间，对于形成的新的发展程度的河道，重复上述测量，直至河道形态稳定。本发明可连续测得高精度数据；用于室内试验，相对于传统野外测量方法，测量时间短，且易于操作；能够排除垂向潜流交换的干扰；仪器价格便宜、不易破损、寿命长且易于维修保养；测量灵敏，结果直观；可以获得河道演变过程中不同发展程度的河道中的侧向潜流交换特性，确定河道发展程度对侧向潜流交换的影响。

技术领域

本发明涉及河流潜流交换领域，尤其涉及一种室内模拟自然河道演变过程的侧向潜流交换测量方法。

背景技术

潜流带是指河流河床内水分饱和的沉积物层，是河水和地下水相互作用的区域，对于水环境污染研究与河流生态环境的修复有着重要意义。因此，为了彻底解决中国东部水环境污染与确保西部水资源开发中河流生态系统的健康等问题，需要对潜流交换和潜流带有更深、更全面的认识和了解。

而河道演变是一个漫长的过程，在自然条件下，河床总是处在不停的变化之中。在演变过程中，不同发展程度的河道的潜流特性也不同。现有的潜流交换研究，建立在现有的发展到某种程度的河道中，无法对其他发展阶段的河床中的潜流交换过程进行研究分析。将每一阶段潜流交换特性的横向研究与演变过程中不同发展程度的河道潜流交换特性的纵向研究相结合，对于揭示河道演变对潜流交换的影响有着重大意义。

目前对于侧向潜流交换的研究较少，且使用传统现场监测技术对潜流交换机理的研究比较多，比如：液体比重测定方法、地下溶质示踪剂法和河流示踪剂方法。前两种方法存在压力计布置网的问题；后一种方法对活动河道和漩涡之间的交换非常敏感，用它来测定潜流交换也有较大的不确定性。示踪剂方法多是对河流潜流交换模式的半定量分析，无法对河流潜流带动态交换过程的时空分布特征进行精准刻画，成本较高，操作复杂，环境示踪剂在近地表环境中广泛分布，容易对试验过程和计算结果造成干扰，部分示踪剂还可能对环境造成二次污染。

因此亟需开发可用于室内使用的一种在模拟自然演变过程中的不同发展程度河道中侧向潜流交换测量方法，完成测量的室内简化。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种室内模拟自然河道演变过程的侧向潜流交换测量方法，用以研究不同发展程度的河道中的侧向潜流交换特性，揭示河道发展程度对于潜流交换的影响。

技术方案：本发明包括以下步骤：

(1)在水槽内绘制几何河道，并向水槽内注入常温水；

(2)对绘制的河道进行自然冲刷，直至河道稳定，同时拍摄河道形成过程；

(3)改变河道中的水温，用红外热像仪拍摄侧向潜流交换的热图像；

(4)根据河岸潜流带的热图像，分析河流与两侧河岸地下水的交互过程，进行数据处理；

(5)将水槽与常温水箱连接，重复步骤(2)～(4)，直至河道形态稳定。

所述步骤(3)中河道水温的改变方式为：将水槽与恒温水箱连接。

所述的恒温水箱内置有恒温器，以加热和控制水箱中的水在某温度范围内。

所述步骤(4)中的数据处理过程为：

1)首先给定阈值T₀＝(T₁+T₂)/2，将TT₀的区域作为潜流交换有效区域，确定关键参数，其中，T₀为潜流交换温度阈值、T₁为地下水初始温度、T₂为连通恒温水箱后的河道水温；

2)通过热图像的变化过程确定潜流交换的迁移路径；