CN204228377U - 一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：包括：供水***（1）、土柱***（2）、测压管观测装置（3）、供水循环***（4）和调节水头***（5）；所述供水循环***（4）的出水口与所述供水***（1）的进水口相连，所述供水***（1）的出水口与所述土柱***（2）的进水口相连，所述土柱***（2）分别与所述测压管观测装置（3）和调节水头***（5）相连。本实用新型提供的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，能够综合测定多种水文地质参数，测量结果科学准确，设计合理，环保，水资源循环利用，适合广泛推广应用。

Description

一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，属于水文地质研究技术领域。

背景技术

在土壤物理、水文地质与工程地质勘察、水利工程及水文长流计算等许多应用和研究领域中，都需要知道水文地质中水分运动情况，对土壤水分运动规律进行研究也是发展精确农业和生态农业的必要因素，而正确评价渗透系数、导水系数、重力给水度、承压含水层储水系数、水动力弥散度等水文地质参数是上述研究的关键任务。

渗流实验是研究土壤和地下水相互作用过程中渗流液迁移转化规律以及土壤性质变化的重要手段，是测定水文地质参数的重要方法。

目前，研究砂土渗透性一般用达西仪进行测定，重力给水度一般用给水度仪进行测定，水动力弥散度一般采用野外弥散实验，而承压含水层储水系数一般是在野外通过抽水试验确定。

综合分析在室内测定渗透系数、导水系数、重力给水度、承压含水层储水系数、水动力弥散度等水文地质参数，存在以下几个缺陷：其一需多装置分多次进行，不仅耗时，更重要的是多次测定对砂土原位扰动性大，获得的实际值与测量值之间存在较大的差异，因而不能准确地测定现场的实际水文地质参数；其二是不能实现变水头和定水头等多种方式测定水文地质参数，且水流方向从上向下，忽略了重力的影响；其三是测定野外含水层方面，现阶段所使用的装置只能测定一个含水层或不能单独测定多层含水层的分层参数，因而试验结果很难与意外情况吻合；其四是测试装置的水不能实现循环利用，费用成本较高。因此，有必要研制能够弥补这些方面不足的综合实验装置，以满足科学研究、生产应用及教学实验的需要。

在渗流实验的基础上，用本实用新型的多功能实验装置研究含水层在不同水位差作用下，水流通过含水层土砂柱发生渗流运动，观测其水文和流量的变化过程，不仅是研究水文地质参数的可靠方法，也是研究多孔介质的饱和状态下的机理性实验一种重要手段。因此，设计一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，这对于评价水文地质参数有十分重要的实际工程意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种实现变水头和定水头方式测定水文地质参数的多功能实验装置；进一步地，本实用新型实现了多层含水层的测定；更进一步地，本实用新型在实现了水的循环利用的同时，解决了水从下向上渗流，克服了重力因素的偏差，实验结果更加精确可靠；更进一步地，本实用新型只需一个装置就能实现多种水文地质参数的测定，且一次测定可得到多种水文地质参数，避免了多次测定带来的对砂土的原位扰动，获得的实际值与测量值之间误差小。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：包括：供水***、土柱***、测压管观测装置、供水循环***和调节水头***；土柱***、供水***、测压管观测装置以及调节水头***安装在同一底座上，保持四者底部水平一致并与第一刻度尺和第二刻度尺同一高度，供水循环***在底座下面。

所述供水循环***的出水口与所述供水***的进水口相连，所述供水***的出水口与所述土柱***的进水口相连，所述土柱***分别与所述测压管观测装置和调节水头***相连；

所述调节水头***包括支架、第二刻度尺、溢水槽、升降导槽、导柄、溢水导水管和第二计量量杯，所述支架的左右两侧设置有所述第二刻度尺，所述支架内部设置有升降导槽，土容器出水管与所述溢水槽的进水口相连，所述溢水槽上设置有所述导柄，所述导柄与所述升降导槽活动连接且可在所述升降导槽内上下移动，所述溢水导水管的一端与所述溢水槽的出水口相连通，另一端伸入所述第二计量量杯。

所述第二刻度尺固定在支架两侧，便于测量溢水槽和供水柱的水位；溢水槽上突起对称的导柄，所述的支架内侧设有升降导槽，所述的导柄与升降导槽相耦合，溢水槽通过导柄安装在支架中间，固定在支架内侧的升降导轨上，带动导柄使溢水槽上下移动来实现调节水头。

所述供水***包括供水柱、出水导水管、补水导水管和溢水管，所述供水柱顶端密封且上方与所述溢水管相连通，所述供水柱底端设置有出水导水管和补水导水管，所述补水导水管与所述供水循环***相连接，所述出水导水管与所述土柱***相连接，溢水管伸入供水循环***。

所述土柱***包括柱状砂土容器，所述柱状砂土容器顶端由可开启密封盖密封，所述柱状砂土容器内部由上到下依次设置有用于装填土样的填充区、设置于所述填充区下面的过滤层、设置于所述过滤层下面的缓冲容器，所述缓冲容器下方设置有导水管，所述导水管的侧壁与所述出水导水管相连通，所述导水管的下方设置有第一计量量杯，所述填充区的侧壁上依次设置有若干测压管接嘴，所述测压管接嘴的对面侧壁上设置有若干电极，所述可开启密封盖与示踪剂添加装置相连通，示踪剂添加装置位于所述可开启密封盖的上方，所述填充区的上方侧壁上还设置有所述土容器出水管，所述土容器出水管与所述调节水头***相连。

柱状砂土容器内部盛放有土样，柱状砂土容器的侧壁上均匀分布有测压管接嘴和电极，测压管接嘴通过测压连接管和测压管连接，通过位于测压管接嘴上的阀门控制分层液体进入测压管观测装置；可开启密封盖与柱状砂土容器顶部紧密镶嵌到达密封柱状砂土容器上层的效果，在测定不同的水文地质参数时，可开启密封盖处于不同的状态，实现水流可向上流动或向下流动的不同状态；示踪剂添加装置位于柱状砂土容器的上方，用固定支架固定，位于示踪剂添加装置上的阀门控制示踪剂的量并均匀进入柱状砂土容器中。

位于出水导水管上的阀门用于控制供水柱内的水通过出水导水管进入柱状砂土容器，位于导水管上的阀门用于控制柱状砂土容器中的水流入第一计量量杯，测量单位时间内柱状砂土容器向下流量。

所述测压管观测装置包括若干测压管、第一刻度尺和测压固定板，所述测压管和第一刻度尺平行等高并且均固定于所述测压固定板上，若干所述测压管分别与其对应的所述测压管接嘴相连，所述第二刻度尺与所述第一刻度尺平行等高，测压连接管在测压固定板背面与测压管下端连接。

所述供水循环***包括水泵和盛水槽，所述水泵一端伸入所述盛水槽，另一端与所述补水导水管相连，所述盛水槽上还设置有进水管。

补水导水管与盛水槽连接并通过阀门控制补水，盛水槽中的水通过水泵抽入供水柱，水达到一定水位高度，流入柱状砂土容器和溢水槽中，水从溢水槽和溢水管溢流到第二计量量杯或放入盛水槽中，再进入水泵内，形成供水循环***。

所述溢水槽由溢水槽隔板分割为进水区和出水区，所述进水区与所述土容器出水管相连，所述出水区与所述溢水导水管相连，所述溢水槽隔板的高度小于所述溢水槽的高度，所述溢水槽的外壁上设置有所述导柄。

所述支架、供水柱、柱状砂土容器和测压固定板均固定于底座上。

底座上固定有供水柱、柱状砂土容器、测压固定板以及支架，供水循环***位于底座 的下面。

所述示踪剂添加装置内填充有示踪剂，所述示踪剂添加装置底部还设置有出水口，所述出水口伸入第三计量量杯。

所述土容器出水管、出水导水管、导水管、测压管接嘴、进水管和示踪剂添加装置上均设置有阀门。

所述测压管和电极的个数相等且均至少为6个。

所述的供水柱和柱状砂土容器的材质均为有机玻璃，所述的出水管、出水导水管、补水导水管、溢水管、溢水导水管、导水管、测压管接嘴、进水管、土容器出水管均为有机玻璃管，所述的测压连接管为硅胶管。

本实用新型提供的实验装置的工作原理如下：

1、测量参数并装样

记录本实用新型的基本参数，如柱状砂土容器的内径D，相邻测压管之间的距离d等。采集需要测量含水层样本处理后，将土样装入柱状砂土容器中并压实，同时注意本实用新型各个阀门和开关的开闭状态。为防止漏水漏气，在本实用新型每个连接处涂上凡士林。

2、根据不同水文地质参数的需求调节定向稳定流

打开位于进水管上的阀门（注：实验前所有的阀门都处于关闭状态），水流通过进水管开始向盛水槽供水，等到盛水槽中的水位达到2/3左右时，打开水泵电源，水泵开始向供水柱供水；随着水泵不断的注水，供水柱的水位不断上升并从供水柱上方的溢水管流出，这时还要继续向盛水槽供水，直至盛水槽中水接近盛满状态时，方可关闭位于进水管上的阀门。此时左边的供水***就通过水泵达到了循环状态；打开位于出水导水管、导水管、土容器出水管以及每个测压管接嘴上的阀门，左边的供水***就开始向右边的柱状砂土容器供水，直至土柱中充满水。此时，排除位于导水管上的阀门左右两边的空气，关闭位于导水管上的阀门。调节溢水管和溢流槽的高度，使装置中形成定向稳定流。

3、在不同水头下实验

通过调节溢水管和溢流槽的高度，使土柱在不同水头差下形成稳定渗流，通过第二计量量杯测量溢水槽中溢出水的流量，通过测压管观测装置测量柱状砂土容器中的压强，得到实验结果。

4、记录并计算

整理以上数据，根据相关计算公式，计算在加水条件下含水层土样的水文地质参数。

本实用新型提供的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，调节水头***的设置，实现了既能采用变水头的方式又能采用定水头的方式测定水文地质参数；若干测压管和电极的设置，实现了多层含水层的测定，位于测压管接嘴上的阀门全部关闭，则测量一个含水层，选择性打开预测量的含水层的阀门，则可测量相应的含水层，使测量含水层选择性好；供水循环***的设置，使柱状砂土容器内的水流由下向上运动，克服了重力因素的偏差，使实验测量结果更加精确可靠，同时还实现了水的循环利用；可开启密封盖可处于不同的状态，即密封柱状砂土容器的顶部或开启柱状砂土容器的顶部，实现水流可向上流动或向下流动的不同状态，可用于不同参数的测定；选择性地控制各阀门的开启和关闭，电极的状态，可开启密封盖的状态及调节溢水管和溢流槽的高度，则可用于多种水文地质参数的综合测定。本实用新型提供的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，能够综合测定多种水文地质参数，测量结果科学准确，设计合理，环保，水资源循环利用，适合广泛推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中溢水槽的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1~2所示，一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：包括：供水***1、土柱***2、测压管观测装置3、供水循环***4和调节水头***5；

所述供水循环***4的出水口与所述供水***1的进水口相连，所述供水***1的出水口与所述土柱***2的进水口相连，所述土柱***2分别与所述测压管观测装置3和调节水头***5相连；

所述调节水头***5包括支架51、第二刻度尺52、溢水槽53、升降导槽54、导柄55、溢水导水管56和第二计量量杯57，所述支架51的左右两侧设置有所述第二刻度尺52，所述支架51内部设置有升降导槽54，土容器出水管210与所述溢水槽53的进水口相连，所述溢水槽53上设置有所述导柄55，所述导柄55与所述升降导槽54活动连接且可在所述升降导槽54内上下移动，所述溢水导水管56的一端与所述溢水槽53的出水口相连通，另一端伸入所述第二计量量杯57。

所述供水***1包括供水柱11、出水导水管12、补水导水管13和溢水管14，所述供水柱11顶端密封且上方与所述溢水管14相连通，所述供水柱11底端设置有出水导水管12和补水导水管13，所述补水导水管13与所述供水循环***4相连接，所述出水导水管12与所述土柱***2相连接。

所述土柱***2包括柱状砂土容器21，所述柱状砂土容器21顶端由可开启密封盖22密封，所述柱状砂土容器21内部由上到下依次设置有用于装填土样的填充区23、设置于所述填充区23下面的过滤层24、设置于所述过滤层24下面的缓冲容器25，所述缓冲容器25下方设置有导水管26，所述导水管26的侧壁与所述出水导水管12相连通，所述导水管26的下方设置有第一计量量杯，所述填充区23的侧壁上依次设置有若干测压管接嘴27，所述测压管接嘴27的对面侧壁上设置有若干电极28，所述可开启密封盖22与示踪剂添加装置29相连通，示踪剂添加装置29位于所述可开启密封盖22的上方，所述填充区23的上方侧壁上还设置有所述土容器出水管210，所述土容器出水管210与所述调节水头***5相连。

所述测压管观测装置3包括若干测压管31、第一刻度尺32和测压固定板33，所述测压管31和第一刻度尺32平行等高并且均固定于所述测压固定板33上，若干所述测压管31分别与其对应的所述测压管接嘴27相连，所述第二刻度尺52与所述第一刻度尺32平行等高。

所述供水循环***4包括水泵41和盛水槽42，所述水泵41一端伸入所述盛水槽42，另一端与所述补水导水管13相连，所述盛水槽42上还设置有进水管43。

所述溢水槽53由溢水槽隔板58分割为进水区531和出水区532，所述进水区531与所述土容器出水管210相连，所述出水区532与所述溢水导水管56相连，所述溢水槽隔板58的高度小于所述溢水槽53的高度，所述溢水槽53的外壁上设置有所述导柄55。

所述支架51、供水柱11、柱状砂土容器21和测压固定板33均固定于底座6上。

所述示踪剂添加装置29内填充有示踪剂，所述示踪剂添加装置29底部还设置有出水口，所述出水口伸入第三计量量杯。

所述土容器出水管210、出水导水管12、导水管26、测压管接嘴27、进水管43和示踪剂添加装置29上均设置有阀门。

所述测压管31和电极28的个数相等且均为6个。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：包括：供水***（1）、土柱***（2）、测压管观测装置（3）、供水循环***（4）和调节水头***（5）；

所述供水循环***（4）的出水口与所述供水***（1）的进水口相连，所述供水***（1）的出水口与所述土柱***（2）的进水口相连，所述土柱***（2）分别与所述测压管观测装置（3）和调节水头***（5）相连；

所述调节水头***（5）包括支架（51）、第二刻度尺（52）、溢水槽（53）、升降导槽（54）、导柄（55）、溢水导水管（56）和第二计量量杯（57），所述支架（51）的左右两侧设置有所述第二刻度尺（52），所述支架（51）内部设置有升降导槽（54），土容器出水管（210）与所述溢水槽（53）的进水口相连，所述溢水槽（53）上设置有所述导柄（55），所述导柄（55）与所述升降导槽（54）活动连接且可在所述升降导槽（54）内上下移动，所述溢水导水管（56）的一端与所述溢水槽（53）的出水口相连通，另一端伸入所述第二计量量杯（57）。

2.根据权利要求1所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述供水***（1）包括供水柱（11）、出水导水管（12）、补水导水管（13）和溢水管（14），所述供水柱（11）顶端密封且上方与所述溢水管（14）相连通，所述供水柱（11）底端设置有出水导水管（12）和补水导水管（13），所述补水导水管（13）与所述供水循环***（4）相连接，所述出水导水管（12）与所述土柱***（2）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述土柱***（2）包括柱状砂土容器（21），所述柱状砂土容器（21）顶端由可开启密封盖（22）密封，所述柱状砂土容器（21）内部由上到下依次设置有用于装填土样的填充区（23）、设置于所述填充区（23）下面的过滤层（24）、设置于所述过滤层（24）下面的缓冲容器（25），所述缓冲容器（25）下方设置有导水管（26），所述导水管（26）的侧壁与所述出水导水管（12）相连通，所述导水管（26）的下方设置有第一计量量杯，所述填充区（23）的侧壁上依次设置有若干测压管接嘴（27），所述测压管接嘴（27）的对面侧壁上设置有若干电极（28），所述可开启密封盖（22）与示踪剂添加装置（29）相连通，示踪剂添加装置（29）位于所述可开启密封盖（22）的上方，所述填充区（23）的上方侧壁上还设置有所述土容器出水管（210），所述土容器出水管（210）与所述调节水头***（5）相连。

4.根据权利要求3所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述测压管观测装置（3）包括若干测压管（31）、第一刻度尺（32）和测压固定板（33），所述测压管（31）和第一刻度尺（32）平行等高并且均固定于所述测压固定板（33）上，若干所述测压管（31）分别与其对应的所述测压管接嘴（27）相连，所述第二刻度尺（52）与所述第一刻度尺（32）平行等高。

5.根据权利要求4所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述供水循环***（4）包括水泵（41）和盛水槽（42），所述水泵（41）一端伸入所述盛水槽（42），另一端与所述补水导水管（13）相连，所述盛水槽（42）上还设置有进水管（43）。

6.根据权利要求1所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述溢水槽（53）由溢水槽隔板（58）分割为进水区（531）和出水区（532），所述进水区（531）与所述土容器出水管（210）相连，所述出水区（532）与所述溢水导水管（56）相连，所述溢水槽隔板（58）的高度小于所述溢水槽（53）的高度，所述溢水槽（53）的外壁上设置有所述导柄（55）。

7.根据权利要求5所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述支架（51）、供水柱（11）、柱状砂土容器（21）和测压固定板（33）均固定于底座（6）上。

8.根据权利要求3所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述示踪剂添加装置（29）内填充有示踪剂，所述示踪剂添加装置（29）底部还设置有出水口，所述出水口伸入第三计量量杯。

9.根据权利要求5所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述土容器出水管（210）、出水导水管（12）、导水管（26）、测压管接嘴（27）、进水管（43）和示踪剂添加装置（29）上均设置有阀门。

10.根据权利要求4所述的一种水文地质参数综合测定的多功能实验装置，其特征在于：所述测压管（31）和电极（28）的个数相等且均至少为6个。