[实用新型]河水与地下水相互作用温度示踪实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种河水与地下水相互作用温度示踪实验装置，具体地说是一种用于温度示踪河水与地下水相互作用的相关实验室研究，以及用于水文学和水文地质学实验教学的装置。

背景技术

温度示踪方法具有成本低、无污染、易操作、灵敏度高、可自动连续动态监测等优势，使得热作为一种天然的优势示踪剂被用于精细研究地表水与地下水相互作用。 

季节性河流极端变化的特性使得河水位、流量、流速等常规水文数据的长期连续获取非常困难，阻碍了季节性河流与地下水相互作用的连续评估，Constantz等（2002）利用温度示踪方法进行相关研究，利用温度数据具有稳定性好的优势克服了上述困难； Salem等（2004）将温度数据和同位素数据相结合，指示了河流与地下水相互作用带的水流途径； Vogt,等（2010）、Lautz,等（2012）和Briggs等（2012）利用多次修正过的热运移一维形式解析解（Silliman,等，1995；Hatch，等，2006；），进行了地表水与地下水交换量的时空分布特征研究。

将温度数据与水位数据相结合用于约束和校正水流及热运移模型，可以降低模型的不确定性，从而更好地利用反演模型刻画含水层的水力学性质（Ma,等，2012），如Gerecht等（2011）利用温度数据进行模型校正，从而更精确地模拟了地表水与地下水相互作用带中水流流动模式，提高了地表水与地下水交换量的计算精度。

目前，国内有关这方面的研究主要是利用库水或河水与地下水之间的温度差异来探测堤坝渗漏或基坑渗漏（葛健，2008；王新建，等，2009；黄丽，等2012）。

综上所述，利用温度示踪方法研究地表水与地下水相互作用具有其独特的优势，且属于刚兴起研究的技术，应用前景非常广。但目前已有的研究多基于野外实验，野外复杂的水文和地质条件比较复杂，使得野外工作的开展存在一定的困难。根据野外河水与地下水相互作用带的实际情况，建立相关的室内物理模型，可以简化野外河水与地下水相互作用过程的复杂影响因素，减少野外实验条件的不确定因素，可在室内试验中抓住关键性问题来进行研究。从而克服野外条件下进行地表水与地下水相互作用研究的困难。然而，目前还没有实验室研究河水与地下水相互作用的相关报道，传统的河水与地下水相互作用实验装置一般只能实现水流控制，主要是通过监测水位变化来分析河水与地下水的相互作用。国内目前尚未研发有可实现天然地温梯度模拟的装置。

发明内容

本实用新型的目的在于解决目前野外进行河水与地下水相互作用的温度示踪研究存在的水文与地质条件复杂，多因素干扰下难以抓住关键问题进行研究的困难，而提供一种结构简单，制作成本低，操作方便并能去除野外不确定性因素，针对关键性问题在室内进行河水与地下水相互作用温度示踪研究的装置。

为了实现上述的目的，本实用新型采用的技术方案如下：提供的一种河水与地下水相互作用温度示踪实验装置，包括砂槽、水流控制机构、水位监测机构和边界温控机构； 

所述的砂槽为采用有机玻璃制成的长方形槽状体，砂槽内通过填充具有不同特征的沉积物，以模拟天然情况下的野外地下介质，砂槽的顶部中间安装一个模拟河床；砂槽的前侧面板上开设有测压孔、河水进出水口、边界地下水及河水水位监测孔，砂槽的后侧面板上开设有溶质示踪孔，砂槽的左、右侧面板上均设有地下水进出水口和校正刻度表，砂槽中在靠近两侧地下水进水口处各安装一块有机玻璃滤板；

所述的水流控制机构含有地下水稳定供水箱和河水稳定供水箱，地下水稳定供水箱设有地下水溢水口，地下水稳定供水箱进水口和地下水供水管，地下水供水管与设在砂槽左、右侧的地下水进出水口连接；河水稳定供水箱设有河水供水管、河水溢水口和河水稳定供水箱进水口，河水供水管与砂槽前侧面板上的河水进出水口连接；

所述的水位监测机构由砂槽的左、右侧面板上的校正刻度表、测压板、测压刻度表和测压管组成，测压管和测压刻度表均固定在测压板上，通过硅胶管连接测压管与测压孔、河水水位监测孔及边界地下水水位监测孔；

所述的边界温控机构由温控箱、温度传感器、温度调节仪、加热器、蠕动泵及电源构成，所述的温控箱安装在砂槽的底座下方，温控箱内装有水，温控箱的左侧面设有温度传感器接口，温度传感器接入温度传感器接口内，温度传感器和加热器由温度调节仪控制，即通过温度调节仪设定温度值，温控箱的前侧中间设有2个进水口，所述的2个进水口通过硅胶管与加热器连接，2个进水口的两侧各设有出水口；蠕动泵一端也通过硅胶管与加热器相连，蠕动泵另一端与温控箱上的出水口相连；电源为温度调节仪、加热器和蠕动泵供电。