CN104282214A - 一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置 - Google Patents

一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置。该装置由控制整个含水层***水位的溢流槽、装有均匀介质的松散砂槽、槽体内三根不同长度且带微孔与松散砂层保持水力联系的渗流管道、观测孔及出水取样孔等五部分组成。每根管道进水最前端设有示踪剂注入管孔及控制阀。利用进、出水端溢流槽水位控制模拟槽含水层***地下流场变化，形成均匀孔隙渗流与管道流的双重介质环境。试验通过潜水泵供水，利用自动化采集***记录含水层水位，从取样孔定时采集样品，通过示踪剂浓度曲线特征，获得潜水(承压水)岩溶含水层***中岩溶管道流中示踪剂浓度变化峰值特征，为查明野外碳酸盐地区地下水***中岩溶通道发育规律提供科学依据。

Description

一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置
技术领域
本发明涉及一种模拟岩溶地区承压岩溶含水层***中存在岩溶管道试验装置。采用示踪试验方法，探查从示踪剂投入端到出水端之间的均匀的含水层***介质中存在不同尺度及弯曲度的管道发育情况，为探查矿山岩溶地区含水层中岩溶通道发育程度提供重要研究方法。
背景技术
在复杂岩溶地区的矿区，为安全开采矿产资源，需要查明碳酸盐含水层中岩溶通道发育情况。除常规水文地质勘探方法外，采用野外示踪试验是一种较有效的间接勘探方法。利用采样点示踪剂浓度动态变化特征，可探查从示踪剂投放点到接收点之间灰岩含水层中裂隙或溶隙通道发育情况，野外主要从宏观进行测试分析，为从微观上研究其变化规律，发明一种基于该条件下的试验模拟装置，研究在不同水文地质条件下，含水层介质中岩溶通道发育情况，为科学解释现场试验现象提供很重要的依据。
现有裂隙介质示踪试验装置采用平行板模型，该模型仅限于裂隙水流运动，不涉及到双重介质岩溶地下水流***，尤其是均匀介质中管道流地下水运动问题。发明该综合试验装置，对于水文地质补充勘探方法研究及岩溶地区水文地质条件分析具有实际的指导意义。
发明内容
针对现有地下水***模型不足之处，本发明为一种受边界控制的双重介质岩溶含水层***管道流的综合试验装置模型，利用示踪试验方法，解决岩溶含水层***中岩溶通达发育规律，提供一种有效便捷的试验方法。
实现本发明的上述目的所采用的技术方案为：
1、一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：该装置由控制水位的溢流槽、松散砂层模拟槽，槽体内带微孔的渗流管道、若干个观测孔及出水取样孔等五个部分组成，此外，有示踪剂注入管孔及控制阀等相关附件。
进一步地，在每根管道进水最前端设有示踪剂注入管孔及控制阀。
2、进一步地，模拟槽体上部边缘为支撑板，上覆橡胶垫，以及有机玻璃盖板。
进一步地，三根带微孔并有缠丝的渗流管道，其类型为折曲、弯曲的以及直线等三种，通过四通与出水管相链接，连接处均设控制阀门。
进一步地，利用进、出水端溢流槽水位控制整个模拟槽地下水流场，三种类型的管道分别采用不同高度溢流槽控制其水位变化。
进一步地，所有观测孔和出水采样孔均有缠丝包裹。
本发明一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置的有益效果如下：
1、本发明模拟槽底部设有观测孔和出水取样孔，可以同时实现自动化在线监测和取样监测。
2、该装置除模拟承压岩溶含水层***中的管道流示踪试验外，还可模拟潜水岩溶含水层***中的管道流示踪试验。该模型装置既可模拟单一管道流示踪试验，也可模拟多分支管道流示踪试验，具有广泛推广与应用价值。
附图说明
图1为本发明一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置结构图。
图2为本发明溢流槽结构示意图。
图3为本发明的模拟槽内部结构示意图。
附图标记说明：1-控制溢流槽高度的手柄；2-螺母；3-水位调节器；4-溢流箱；5-溢流槽；6-供水箱；7-带螺纹的支耳；8-回水管；9-螺杆支架；10-进水管；11-供水管；12-带螺纹的支座；13-进水阀门；14-供水阀门(1)；15-集水槽；16-潜水泵；17-投放示踪剂孔；18-螺丝孔；19-有机玻璃盖板；20-橡胶垫；21-支撑板；22-模拟槽；23-示踪剂控制阀；24-示踪剂注入管孔；25-渗流管道(1)；26-带阀门的四通；27-二通接头；28-溢流板；29-带小孔的缓冲板；30-出水取样孔；31-管道水位观测孔；32-砂层水位观测孔；33-装置支架；34-橡胶管；35-传感器；36-采集箱；37-电脑；38-出水管；39-出水阀门；40-溢流管；41-供水阀门(2)；42-供水阀门(3)；43-供水阀门(4)；44-渗流管道(2)；45-渗流管道(3)；46-排水孔；47-滑轮
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图与具体实施步骤对本发明进行详细说明：
如图1所示，该装置由控制水位的溢流槽5、松散砂层模拟槽22，槽体内三根带微孔渗流管道25、44、45，若干个砂层水位观测孔32、管道水位观测孔31及出水取样孔30等五个部分组成。此外，在每根管道进水最前端设有示踪剂注入管孔24及控制阀23。三根带微孔渗流管道通过四通与出水管相接，连接处均设阀门，渗流管道***均有缠丝包裹。
模拟槽体上口边缘为有机玻璃支撑板21，并有橡胶垫20，然后用盖板19密封形成一个承压环境，模拟承压岩溶含水层***中管道流示踪试验。
溢流槽5包括供水箱6和溢流箱4。溢流槽5上端处设置水位调节器3。水位调节器中带有螺母2、带螺纹的支耳7、带螺纹的支座12，调节螺杆9一端依次穿过螺母、支耳上的螺纹而伸入支座中与之螺纹转动，并通过手柄1上下调节高度从而控制试验模型水位。利用进、出水端溢流槽水位控制整个模拟槽的水位，形成一个地下水渗流环境，处于渗流环境中三个管道采用不同高度溢流槽控制其水位变化。试验中通过潜水泵16进入供水端溢流槽，实现试验过程中供水的循环利用，并通过排水孔46排出装置中多余的水。
模拟槽及渗流管道底部设有若干缠细丝网的水位观测孔，它通过橡胶管34与水位传感器相连接，通过采集箱36接入电脑37，与渗流管道底部缠丝的出水取样孔30形成一个完整的观测***。利用自动化采集***记录试验过程中含水层水位的变化，并定时从取样孔中采集示样品。
一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，试验实施包括以下两种情况：
(1)单一管道流示踪试验
试验前，配制一定浓度示踪剂，向模拟槽22和三根带微孔渗流管道25、44、45中装入砂土，并将渗流管道安装好，打开带阀门的四通26控制裂隙管道25的阀门，关闭进水阀门13、供水阀门14、供水阀门41、供水阀门42、供水阀门43、出水阀门39、带阀门的四通26和示踪剂控制阀23。
试验中，首先打开进水阀门13，通过进水管10上水，待供水箱6充满水后，打开供水阀门14、供水阀门42分别向实验槽22和渗流管道25进行充水，让砂土处于饱和状态。打开出水阀门39，当水位达到一定高度时，利用水位调节器3调节溢流槽5的高度，控制水位。调节左、右两侧溢流槽高度，使得模拟槽及渗流管道内的地下水位保持一个流动状态。待槽内水位稳定后，打开示踪剂控制阀23，向示踪剂注入管24中瞬时注入示踪剂。通过自动化采集***实时记录试验***各观测孔水位数据，同时从各出水口取样，并测定溶液浓度。
(2)多分支管道流示踪试验
试验前，向模拟槽22和三根带微小孔渗流管道25、44、45中装入砂土，并将渗流管道安装好，打开带阀门的四通26上控制渗流管道25、44、45的阀门，关闭进水阀门13、供水阀门14、供水阀门41、供水阀门42、供水阀门43、出水阀门39、带阀门的四通26和示踪剂控制阀23。
试验中，首先打开进水阀门13，通过进水管10上水，待供水箱6充满水后，打开供水阀门14、供水阀门41、供水阀门42、供水阀门43分别向实验槽22和渗流管道25、渗流管道44、渗流管道45进行充水，打开带阀门的四通26上控制渗流管道25、44、45的阀门，让砂土处于饱和状态。打开出水阀门39，当水位达到一定高度时，利用水位调节器3调节溢流槽5的高度，使得模拟槽及渗流管道内的地下水位保持一个流动状态。待槽内水位稳定后，打开示踪剂控制阀23，瞬时注入示踪剂，实时记录各观测孔水位，同时从各出水口定时取样，并测定溶液浓度。
上述实例只说明本发明的技术结构及方法，凡根据上述说明所作的改进或变换，都应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：该装置由控制水位的溢流槽、松散砂层模拟槽，槽体内带微孔的渗流管道、若干个观测孔及出水取样孔等五个部分组成，此外，有示踪剂注入管孔及控制阀等相关附件。
2.如权利要求1所述的承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：在每根管道进水最前端设有示踪剂注入管孔及控制阀。
3.如权利要求1所述的承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：模拟槽体上部边缘为支撑板，上覆橡胶垫，以及有机玻璃盖板。
4.如权利要求1所述的承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：三根带微孔并有缠丝的渗流管道，其类型为折曲、弯曲的以及直线等三种，通过四通与出水管相链接，连接处均设控制阀门。
5.如权利要求1所述的承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：利用进、出水端溢流槽水位控制整个模拟槽地下水流场，三种类型的管道分别采用不同高度溢流槽控制其水位变化。
6.如权利要求1所述的承压岩溶含水层***的管道流示踪试验综合装置，其特征在于：所有观测孔和出水采样孔均有缠丝包裹。
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