[发明专利]一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法；包括进水系统、裂隙模型、出水系统、监测系统、角度调节系统。本发明采用可调节倾角的试验平台；本发明更新了自然电位监测常用的Ag/AgCl电极，改为直径2mm铜棒电极，且将置于裂隙模型内的参考电极调至进水缓冲箱内，六个测量电极依次间距150mm布置于裂隙模型内；六个测量电以及参考电极均通过导线与数据采集仪相连，数据采集仪将获取的数据传输并储存到电脑上。采用自然电位法，结合传统取样测试，通过改变充填裂隙上下游水头差，调整水流速度，开展了充填裂隙溶质运移试验，根据自然电位响应特征监测充填裂隙内部溶质运移过程，提高监测精度，进一步提升了野外监测实用性和操作性。

技术领域

本发明涉及水源识别领域，尤其涉及一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法。

背景技术

随着人类活动不断向地下深入，基岩裂隙水受到日益严重的污染，引起人们的广泛关注，基岩裂隙水内溶质运移规律成为当前地下水科学的研究热点。天然岩体裂隙往往由未固结的松散物质充填，使得充填裂隙水流及溶质运移特征既不同于非充填裂隙，也与多孔介质有差异。

以往人们较多地关注于非充填裂隙水流及溶质运移特征，近年来，充填裂隙水流及溶质运移也引起了人们的兴趣。现有技术中也研究了充填裂隙水流特性，发现充填裂隙的渗透性仍可用立方定律予以量化描述，不仅受制于裂隙开度和充填物的孔隙性，也与充填介质的物质构成密切相关。另外，现有研究发现以下结果：(1)相较于ADE和ADE-R模型，对于充填裂隙溶质运移穿透曲线采用MIM模型拟合效果更好；(2)充填单管裂隙模型的浓度峰值到达时间快于双管裂隙模型，峰值浓度也高于双管裂隙模型，双管裂隙模型存在两个浓度峰值，且分支裂隙越长，则第一浓度峰值到达时间越快；(3)模拟非均匀填充裂缝中的溶质运移，结果表明填充介质的非均质性不仅导致了非均质速度场的产生，而且还导致了BTCs的早到和拖尾现象；(4)针对两种不同流动条件下的充填裂隙-基质系统中的溶质运移开展研究，发现在径向分散性和注入速率保持不变时，该系统对分散性最敏感，对流动/固定比率不敏感，对径向流动模型中的一级传质速率最不敏感。(5)现有自然电位法多采用Ag/AgCl电极，该电极整体为玻璃材质，内含溶液，多适用于隙宽较大的裂隙中，对于隙宽较小的裂隙存在局限性，且本身易受曝光分解，不宜长期滞留在空气中，保存不易。(6)现有的裂隙模型只能模拟水平方向上的溶质运移试验，存在应用的局限性，不能模拟非水平方向下的溶质运移试验。

上述对充填裂隙溶质运移试验研究结果多采用取样测试溶质浓度、绘制穿透曲线等手段，由于取样点往往只有一处，不能精细刻画充填裂隙内部溶质运移过程。近年来，由于自然电位方法在研究地下水流、传热传质等方面的明显优势，该方法成功应用于地下含水介质渗透系数估算、热量运移及多孔介质溶质运移参数估算。

基于此，目前急需一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法，能够开展较小隙宽内不同流速条件下溶质运移试验，结合不同测点SP实时动态监测数据并详细刻画充填裂隙内部溶质运移过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置及方法，能够开展较小隙宽内不同流速条件下溶质运移试验，结合不同测点SP实时动态监测数据并详细刻画充填裂隙内部溶质运移过程。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种可调节充填裂隙倾斜角的溶质运移试验装置，包括底座、进水系统、裂隙模型、出水系统、监测系统、角度调节系统；

进水系统包含恒压进水槽、进水缓冲箱；

出水系统包含恒压出水槽、出水缓冲箱；

裂隙模型的两端底部分别设有溶质注入口及取样口，所述裂隙模型通过溶质主入口注入有已知浓度的NaCl溶液；

所述监测系统包括电极、DT85G数据采集仪、电脑，所述电极包括参考电极以及六个测量电极；