CN105243935A - 一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置。该装置由控制边界水位的溢流槽、装有均匀介质砂样的模拟槽、模拟槽内部有一抽水装置、与模拟槽保持水力联系的渗流管道、测量模拟槽底部的测压装置以及供水水箱等六部分组成。模拟槽内有一边为隔水边界，其他三边为定水头边界，内部的抽水装置位置靠近隔水边界。控制溢流槽的位置和抽水量大小，使模拟槽内形成稳定的地下水流场。试验通过测压管记录下模拟槽底部各位置的水位数据，观测分析其数据特征，验证其是否符合地下水动力学中的井流中的镜像法原理。本装置为地下水井流规律的研究提供科学依据，同时也是对镜像法原理的验证。

Description

一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置

技术领域：

本发明涉及一种在隔水边界附近稳定井流的试验中，主要用于测试在该边界处的水位等势线的试验装置，并用来验证镜像法原理，属于地下水动力力学领域。

背景技术：

在地下水动力学的井流试验中，大部分的井流公式都是在一个无界含水层的假设中推导的，而现实中很少遇到无界含水层，一般都是有边界的。关于地下水向边界附近处井的运动研究中，一般采用镜像法原理来求解，但在教科书中直接引用该定理，却缺少验证该原理的试验装置。

为了弄清地下水中的井流试验在边界处的运动情况，以及为了学生更好的理解镜像法原理。因此，设计了一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置，该试验装置的发明对地下水动力学的研究与教学有着较好促进意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置，结构设置合理，能较逼真地模拟在隔水边界处的井流试验中地下水流动情况。

实现本发明的上述目的所采用的技术方案为：一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置，其特征在于：该装置由控制边界水位的溢流槽、装有均匀介质砂样的模拟槽、模拟槽内部有一抽水装置、与模拟槽保持水力联系的渗流管道、测量模拟槽底部的测压装置以及供水水箱等六部分组成，各部分连接主要为：右端的溢流槽与模拟槽之间通过渗流管道连接；模拟槽内部有一个抽水装置；模拟槽底部安装有测压管接嘴，通过测压软管与左端测压装置连接；供水水箱为一个潜水泵和水箱组成，主要对溢流槽中水进行补给；各装置之间通过控制阀来控制水量大小。

进一步地，模拟槽是由有机玻璃制成，且足够大，方便内部凿孔等一些优点。在模拟槽内部三边都固定有一个挡板，三个挡板之间粘滞密封。

进一步地，在三个挡板与模拟槽三个边界之间的空隙作为定水位边界，为模拟槽内部提供水量补给。并在挡板上分布有均匀的圆孔，并缠有铁纱网，方便水流流入，避免模拟槽内砂样流出。

进一步地，在模拟槽右侧有一个溢流槽，通过调节溢流槽的高低来对定水位边界中水的补给，溢流槽中的水通过下部的供水水箱补给。

进一步地，在模拟槽内靠近隔水边界处有一个圆筒，圆筒也为有机玻璃制成，并在圆筒壁上有分布有均匀圆孔，并四周缠有铁纱网。方便水流流入，避免模拟槽内砂样流出。

进一步地，在圆筒中有一个小型潜水泵，潜水泵型号较小在抽水时影响半径较小，达不到定水位边界；与隔水边界较近，隔水边界对抽水直接产生影响。小型潜水泵出水管直接连接供水水箱内。

进一步地，模拟槽底部分布八排五十六个测压管接嘴，测压管接嘴横穿模拟槽。保留在模拟槽内部的部分缠了铁纱网，防止砂砾流出。另一头伸出模拟槽外的部分，通过测压软管与左侧的测压板上的测压管装置连接，以此获得模拟槽底部各位置的水位值。

本发明一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置的有益效果如下：

本发明模拟槽底部安装有八排五十六个测压管嘴，通过测压软管连接到测压管和测压装置，利用观测到的水位数据来分析地下水井流试验在边界处的水流情况。在模拟槽底部设置如此多的测压管嘴是为了更好的再现整个底面上各位置处的水位值，使试验的数据更加具有代表性。同时将观测到的数据绘成流网图，分析是否与镜像法原理得到的结果是否相符。

附图说明：

图1为本发明一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置立体结构图。图2为本发明模拟槽平面图。

图中：1-模拟槽；2-模拟槽支架；3-圆孔；4-带缠铁纱网的挡板；5-测压管接嘴；6-有圆孔和缠有铁纱网的圆筒；7-小型潜水泵；8-潜水泵出水管；9-出水孔(1)；10-出水孔(2)；11-进水孔；12-测压板；13-测压管；14-测压连接软管；15-进水管；16-进水管阀门；17-出水管；18-出水管阀门；19-三通接口；20-铁支架；21-绳；22-溢流槽；23-溢流槽进水管；24-溢流槽出水管；25-潜水泵；26-水箱；27-供水水箱进水管；28-供水水箱进水管阀门。

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，该装置由装有均匀介质的模拟槽1、模拟槽1内部有一抽水装置，与模拟槽保持水力联系的渗流管道15、17，测量模拟槽1底部的测压装置，控制边界水位的溢流槽22，以及供水水箱等六部分组成。其中模拟槽1内部三边固定有带缠铁纱网的挡板4，且挡板4上有出水圆孔3，三个挡板4之间粘滞密封。模拟槽1中部且靠近于隔水边界处有带有圆孔和缠有铁纱网的圆筒6，圆筒6内部有一小型潜水泵7，小型潜水泵7抽出的水通过潜水泵出水管8与出水管17利用三通接口19连接流回供水水箱26中；模拟槽1底部分布有八排五十六个测压管接嘴5。

所述供水水箱为一个潜水泵25和水箱26组成，进水管27和阀门28对供水水箱26进行水量补给，供水水箱通过溢流槽进水管23对溢流槽22水量补给，而溢流槽22通过进水管15、进水阀门16，与模拟槽1的进水孔11连接，对模拟槽1边界定水位补给。其中溢流槽22中多余的水量，通过溢流槽出水管24流回水箱26中。

所述模拟槽底部的每个测压管接嘴5通过测压连接软管14与测压板12上的测压管13一一对应连接好。

一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置，试验实施如下所示：

试验前，向模拟槽1中带缠铁纱网的挡板4围成的区域内装入石英砂样，考虑室内试验尺度效果的要求，采用的石英砂样粒径较小，渗透系数为20-25m/d。并将各处管道连接好且密封好。打开供水水箱进水管阀门28对供水水箱26进行水量补给，当水量达到足够后，关闭进水管阀门16、出水管阀门18。

试验中，首先打开进水管阀门16、出水管阀门18。利用供水水箱26对溢流槽水量补给，水流通过进水管15进入模拟槽1与挡板4间隙处，当水位达到出水孔9、10位置时，多余的水通过出水管17流入供水水箱26中。当水位接近于砂样顶端，且模拟槽1中的石英砂样处于饱和状态后。打开小型潜水泵7抽水，当模拟槽1内水流达到稳定，即测压板12上的测压管13中水位不再发生变化后或者波动不大时，记录下模拟槽1底板各测压管接嘴位置处的测压水位值。

试验后，以模拟槽1底板为一平面，左上角的第一个测压管接嘴5为原点，设置好各个测压管接嘴5的坐标，再将记录的各个测压管13的数值一一对应于各坐标。最后将得到数据输入到能生成等值线的软件中，利用得到的等值线图来分析地下水流动变化情况是否符合镜像法原理。

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 (7)

1.一种模拟并验证地下水向边界附近井运动的试验装置，其特征在于：该装置由控制边界水位的溢流槽、装有均匀介质的砂样的模拟槽、模拟槽内部有一抽水装置、与模拟槽保持水力联系的渗流管道、测量模拟槽底部的测压装置以及供水水箱等六部分组成，各部分连接主要为：右端的溢流槽与模拟槽之间通过渗流管道连接；模拟槽内部有一个抽水装置；模拟槽底部安装有测压管接嘴，通过测压管与左端测压装置连接；供水水箱主要对溢流槽中水进行补给；各装置之间通过控制阀来控制水量大小。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：改变溢流槽与铁架之间绳的长短来调节溢流槽的位置，以此来对模拟槽中边界处的水量的补给。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：模拟槽由有机玻璃制成，其规格大小与模拟槽内部小型潜水泵规格和砂样渗透系数来设定。三块有圆孔和缠有铁纱网的挡板与模拟槽的一边围成一个立方体区域，在这个立方体区域内充填砂样，砂样四周为一个隔水边界和三个定水头边界。

4.根据权利要求1、3所述的装置，其特征在于：模拟槽内部的抽水装置放在一个有机玻璃制成的圆筒中，圆筒位于中间且靠近隔水边界，圆筒壁上分布均匀的圆孔，并在圆孔外壁缠有铁纱网。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：圆筒内部有一小型潜水泵，且定水头边界与潜水泵的距离大于潜水泵抽水时的影响半径。边界处的水位主要对模拟槽内部进行侧向补给。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：模拟槽底部安装有八排五十六个测压管接嘴，且测压管接嘴出露于模拟槽内部的部位缠有铁砂网，出露于模拟槽外部的部位通过测压软管与测压板上的测压管连接，以此来得到模拟槽底部各位置的水位值。设置如此多的测压管接嘴是为了更好的再现整个底面上各位置处的水位值，使试验的数据更加具有代表性。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：抽水装置抽出的水量和超出模拟槽边界位置的水量，通过渗流管回流到供水水箱中，各装置之间的水可以循环利用，启到节约水的作用。