[发明专利]间歇性河流控制下的包气带与饱水带渗流实验装置

说明书

技术领域

本发明属于水文地质学试验装置，具体涉及间歇性河流控制下的包气带与饱 水带渗流实验装置。

背景技术

在水文地质学中，地下水通过补给和排泄与外界交换物质与能量，保持循环 交替，支撑相关水文系统和生态环境系统的运行。

地下水的研究主要涉及补给来源、机制、影响因素以及补给量。地下水补给 来源包括大气降水、地表水等。

河水在空间上是现状补给且在时间上为连续或经常性补给源。由于上中游水 资源的过多开发利用，我国西北干旱区有些内陆河下游水量骤减，故常年性河流 逐渐转变成间歇性河流。

间歇性河流具有河流河道充水和停水过程周期性重复出现的水文特征。汛期， 由于河流长期断流，地下水位处于河床以下一定深度，出现水力联系脱节现象， 河床下出现非饱和带，故河道充水后，河水以非饱和流方式垂向入渗补给地下水。 下渗水到达地下水面形成补给，河下形成条状地下水丘。一段时间后，地下水位 升高并与河水衔接连成一体，此时河水位与地下水位具有统一的浸润曲线。当河 道停水时，河流无水补给地下水，河道渗漏量等于零，条状地下水丘向两侧消散， 太高一定范围内的地下水位。

当间歇性河流充水补给地下水使其水位上升到最大高度并稳定时，若附件存 在污染物堆积体，污染物可能进入地下水中从而污染地下水，使得可利用的地下 水资源因水质恶化而减少。

河道充水和停水过程使河水与地下水的演化过程复杂化，研究难度较大。采 用野外调查方法不便于直观、清晰的认识到该演化过程，并且需要搜集至少一个 水文年的资料，历时长，耗资大。而采用数值模拟作为研究手段，无法观察到演 化过程中某些重要的水文地质现象与信息，并且概化水文地质模型时存在如何利 用有限的野外数据获得较多的模型运转所需的参数，计算结果较为模糊，初学者 学习和研究河流补给地下水的过程具有一定的难度。

发明内容

本发明通过一种间歇性河流控制下的包气带与饱水带渗流实验装置，为学习 河流与地下水之间关系演化的动力学机制以及演化规律等提供了一种有效的研 究手段。

具体技术方案为：

间歇性河流控制下的包气带与饱水带渗流实验装置，包括有储水箱、矩形模 拟箱；矩形模拟箱内包括大腔室和小腔室，所述的大腔室后端与小腔室前端通过 有机玻璃透水挡板连接，大腔室前端通过升降螺杆安装有前水头溢流箱，小腔室 后端通过升降螺杆安装有后水头溢流箱；

所述的大腔室内有平缓山丘状含水层，平缓山丘状含水层上方靠近大腔室前 端有地表水体；平缓山丘状含水层中设置中等渗透介质模拟自然界中的松散孔隙 介质，并且渗透介质中设置一倒梯形污染物堆积体；大腔室底部有排水口与储水 箱连接；

大腔室的侧壁上等间距竖直安装三排测压管，各排测压管底端伸入平缓山丘 状含水层的在同一水平面上；所述三排测压管分别为第一测压管、第二测压管、 第三测压管，第一测压管的底端设置在污染物堆积体下方；

所述小腔室内有地下水供水水体；

所述的前水头溢流箱包括前进水箱和前排水箱；所述的前进水箱与储水箱的 水泵连接，前排水箱通过管道与储水箱连接；所述的地表水体与前进水箱通过管 道连接；

所述的后水头溢流箱包括后进水箱和后排水箱；所述的后进水箱与地下水供 水水体通过管道连接；所述的后排水箱通过管道与储水箱连接，所述的地下水供 水水体与储水箱的水泵连接。

平缓山丘状含水层靠近大腔室前端处有地形罩；所述地形罩与平缓山丘状含 水层表面的起伏相匹配。

本发明提供的间歇性河流控制下的包气带与饱水带渗流实验装置，根据相似 原理设计出间歇性河流控制下的实验装置，通过调节河水位和地下水位分别模拟 河流在充水和停水的过程中河水与地下水的演化规律。通过该装置的实验学习， 有助于对内陆干旱地区的沿河地带多孔介质中的渗流模式、水分运移机制及渗流 基本规律的认识，了解河水补给地下水的过程，深化认识沿河地段水资源的形成。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明实施例河道停水期地下水位分布示意图；

图4是本发明实施例河道充水初始阶段未形成统一浸润曲线的地下水位分 布示意图；