[发明专利]一种监测潜流交换通量的装置及监测方法

说明书

本发明公开了一种监测潜流交换通量的装置，包括水槽，沿水槽内壁竖直设置有两相互平行的挡砂板，两挡砂板之间的区域为地表水箱，两侧分别为上游水箱和下游水箱，上游水箱底部通过管道依次连通有水泵和出口三通，出口三通通过管道分别连通有管道加热装置和管道冷却装置，管道加热装置和管道冷却装置通过管道共同连通有进口三通，进口三通通过管道与下游水箱底部连通，进口三通还连接有供水管道，供水管道连通有供水箱。能控制水槽地表水加热与冷却来研究潜流交换的瞬态过程问题。本发明还公开了一种监测潜流交换通量的方法。

技术领域

本发明属于水利工程试验设备技术领域，涉及一种监测潜流交换通量的装置，本发明还涉及采用上述装置监测潜流交换通量的方法。

背景技术

潜流带是河流河床内水分饱和的沉积物层，是河水与地下水相互作用的区域，存在上覆水体与地下水之间物质和能量的交换与过渡，是河流生态系统的重要组成部分。水作为热量的优良载体，在水流动过程中会携带能量变化的信息，观测河流，湖泊、湿地、河渠底部温度场的时空分布，能够确定地下水与地表水体的交换过程。

目前，研究河床潜流交换过程模式的方法大多采用室内试验去实现。查阅国内外文献，以往水槽装置多用于溶质示踪、地表水水动力变化、河床形态改变和沉积物渗透性改变等因素，研究河床的潜流交换过程模式。然而，试验过程中沉积物存在各项异性，溶质分布存在非均一性，准确测量其浓度，难度大、误差大，不能准确地模拟地表水与地下水潜流交换的瞬态过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测潜流交换通量的装置，解决了现有技术中存在的不能控制水槽地表水加热与冷却来研究潜流交换的瞬态过程问题。

本发明的另一个目的是提供一种监测潜流交换通量的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种监测潜流交换通量的装置，包括水槽，沿水槽内壁竖直设置有两个相互平行的挡砂板，挡砂板将水槽分为上游水箱、地表水箱、下游水箱，两个挡砂板之间的区域为地表水箱，地表水箱的内部从上之下依次分为过水层、沉积物层，上游水箱底部通过管道连通有水泵，水泵通过管道连接有出口三通，出口三通通过管道分别连通有管道加热装置和管道冷却装置，管道加热装置和管道冷却装置通过管道共同连通有进口三通，进口三通通过管道与下游水箱底部连通，进口三通还连接有供水管道，供水管道连通有供水箱，位于沉积物层的内侧壁设置有温度传感器阵列，温度传感器通过导线连接有温度记录仪，进口三通与下游水箱之间的管道上设有自循环阀门，供水管道上设置有供水阀门。

管道冷却装置包括冷却水箱，出口三通通过管道连通冷却水箱，冷却水箱通过管道共同连通有进口三通，冷却水箱还连通有冷却循环水进水管和冷却循环水回水管，冷却循环水进水管连接有循环水抽水泵，冷却循环水抽水泵接通供水箱，冷却循环水回水管连接有冷却循环水回水泵，冷却循环水回水泵接通供水箱，冷却循环水回水管上设置有回水阀门，上游水箱与过水层之间设有消能孔板，消能孔板上均匀开设有多个孔，消能孔板固定在挡砂板上，下游水箱与过水层之间设置有尾门装置，尾门装置固定在挡砂板上，下游水箱内设置有水位调节板。

上游水箱与水泵之间的管道与进口三通与下游水箱之间的管道均设置为塑料伸缩软管，上游水箱与水泵之间的管道上设有电磁流量计，出口三通与管道加热装置之间的管道上设置有第一阀门，和出口三通与冷却水箱之间的管道上设置有第二阀门，管道加热装置与进口三通之间的管道上设置有第三阀门，冷却水箱与进口三通之间的管道上设置有第四阀门。

下游水箱底部还连接有回水管，回水管另一端接通供水箱，回水管上设置有常闭阀门。

地表水箱设置为长方体，两个挡砂板沿地表水箱的长度方向依次布置，温度传感器在地表水箱的长度方向中间5m处等间距分布，温度传感器沿地表水箱深度方向在沉积物层下10、20、30、50cm位置依次布置。

上游水箱和下游水箱中均设置有温度监测装置。