[发明专利]可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置及试验方法

权利要求书

1.一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，该装置包括：

组合有机玻璃槽：由设置在右端用以模拟河道的有机玻璃槽部件R(30)、设置在左端用以模拟地下水的有机玻璃槽部件G(28)以及设置在有机玻璃槽部件R(30)和有机玻璃槽部件G(28)之间且数量可调节的有机玻璃槽部件M(29)组成，所述的有机玻璃槽部件R(30)和有机玻璃槽部件G(28)内设有透水挡砂板(7)，并且在左右透水挡砂板(7)之间的空间内铺设用以模拟河岸带沉积物的石英砂层(24)，所述的有机玻璃槽部件R(30)内通过卡槽(1)垂直设置的透水挡砂板(7)将有机玻璃槽部件R(30)内部空间分为河道水槽和右河岸带砂槽，所述的有机玻璃槽部件G(28)内通过卡槽(1)垂直设置的透水挡砂板(7)将有机玻璃槽部件G(28)内部空间分为地下水水槽和左河岸带砂槽，所述的右河岸带砂槽、有机玻璃槽部件M(29)内部空间和左河岸带砂槽共同连通构成河岸带砂槽；

水位控制系统：包括分别与有机玻璃槽部件G(28)和有机玻璃槽部件R(30)上的水槽进出水口连接的供水组件和弃水组件；

电导率监测系统：包括电导率数据采集仪(23)以及通过导线分别与电导率数据采集仪(23)连接的多个分别设置在石英砂层(24)内不同高度和水平位置处的电导率传感器(22)，用以实时获取电导率数据。

2.根据权利要求1所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的有机玻璃槽部件R(30)的河道水槽后面板上开设河道水槽进水口(2)，前面板上开设多组设置在不同高度处的河道水槽出水口(3)，所述的有机玻璃槽部件G(28)的地下水水槽后面板上开设地下水水槽进水口(4)，前面板上开设多个设置在不同高度处的地下水水槽出水口(5)，所述的河道水槽进水口(2)高于河道水槽出水口(3)，所述的地下水水槽进水口(4)高于地下水水槽出水口(5)。

3.根据权利要求1所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的透水挡砂板(7)为多孔有机玻璃板，其外部包裹尼龙纱布以防止试验砂土被水带出。

4.根据权利要求1所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的有机玻璃槽部件M(29)与有机玻璃槽部件R(30)、有机玻璃槽部件M(29)与有机玻璃槽部件G(28)以及相邻的有机玻璃槽部件M(29)之间均通过锚固螺栓(6)锚固连接成型，并且在连接处设置止水橡胶垫(8)保证密闭性。

5.根据权利要求2所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的供水组件包括通过地下水水槽进水软管(18)与地下水水槽进水口(4)连接的地下水水槽供水箱(19)以及通过河道水槽进水软管(12)与河道水槽进水口(2)连接的河道水槽供水箱(13)，所述的地下水水槽进水软管(18)上设有地下水水槽蠕动泵(17)，所述的河道水槽进水软管(12)上设有河道水槽蠕动泵(11)，用以控制水槽的进水流量。

6.根据权利要求2所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的弃水组件包括通过地下水水槽出水软管(20)与地下水水槽出水口(5)连接的地下水水槽弃水箱(21)以及通过河道水槽出水软管(14)与河道水槽出水口(3)连接的河道水槽弃水箱(15)，在地下水水槽出水软管(20)与地下水水槽出水口(5)的连接处以及河道水槽出水软管(14)与河道水槽出水口(3)的连接处分别设有软管垫(26)，并且在河道水槽出水软管(14)和地下水水槽出水软管(20)上分别设有止水夹(27)。

7.根据权利要求1所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的河岸带砂槽内底部铺设一层丁基止水胶带(25)，用以减小砂土颗粒与有机玻璃底部壁面间的孔隙对侧向潜流交换的影响。

8.根据权利要求1所述的一种可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的有机玻璃槽部件R(30)、有机玻璃槽部件G(28)以及有机玻璃槽部件M(29)底部均设有组合有机玻璃槽支撑底座(10)。

9.一种应用如权利要求1所述的可调节长度的河岸带侧向潜流交换模拟装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定组合有机玻璃槽的长度：

根据试验目的设置组合有机玻璃槽中两侧地下水水槽和河道水槽的水位变化过程，测量石英砂层(24)的水平渗透系数和孔隙度，由达西定律估算潜流交换深度，从而确定有机玻璃槽部件M(29)的个数及组合有机玻璃槽的长度；

2)填砂及电导率传感器的布设：

在组合有机玻璃槽中两块透水挡砂板(7)之间采用分层振捣密实方法铺设石英砂，将多个电导率传感器(22)布设于石英砂层(24)中的不同高度和水平位置处，并通过导线与电导率数据采集仪(23)连接；

3)水位控制：

31)分别打开地下水水槽h₀高度和河道水槽H₀高度的出水软管的止水夹，且h₀H₀，并通过蠕动泵持续供水以保持地下水水槽中水位不变，模拟地下水向河道稳定渗流的状态；

32)打开电导率数据采集仪(23)，获取石英砂层(24)的孔隙水电导率初始值，向河道水槽供水箱(13)中投放导电盐至设定浓度，关闭河道水槽初始水位H₀对应出水口的软管止水夹，向河道水槽投放导电盐至与河道水槽供水箱中导电盐浓度相同的设定浓度，同时打开蠕动泵以q₁流量从河道水槽供水箱(13)向河道水槽持续供给设定浓度的导电盐溶液，河道水槽中水位持续抬升；

33)当河道水槽的水位达到目标水位H₁时，设置蠕动泵反向工作，以q₂流量从河道水槽中抽水，且q₂q₁，待河道水槽水位返回初始水位H₀时，关闭蠕动泵，同时打开河道水槽的初始水位H₀对应出水口的软管止水夹；

4)电导率监测及数据处理：

41)电导率监测：

在河道水槽的水位升降过程中，持续监测石英砂层(24)内的各电导率传感器(22)处的电导率值，当石英砂层(24)中各监测点的电导率值趋于稳定时，关闭电导率数据采集仪(23)，试验结束；

42)数据处理：

将电导率传感器(22)采集的导电率值转换成导电盐浓度值，对电导率传感器(22)处的导电盐浓度值进行插值计算，获得石英砂层(24)中的水平-垂直方向上的导电盐浓度场，再根据导电盐浓度场的动态变化，确定河道水槽水位升降过程中侧向潜流交换的范围、滞留时间及通量，重复步骤3)和4)，获取不同水位变化对河岸带侧向潜流交换的影响规律。