[发明专利]一种监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置及其实验方法

说明书

本发明公开一种监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置及其实验方法，装置包括补给系统、可变结构立方体岩溶介质物理模型、泉流量监测系统和压力传感系统。其中补给系统用以模拟自然界的不同的降雨补给，立方体岩溶介质物理模型设置于补给系统的下方，用以模拟岩溶介质的裂隙网络；立方体岩溶介质物理模型内设置压力传感器系统实时监测模型内部各测点的水头变化情况；数据采集系统接压力传感器系统和泉流量测量系统，实时记录数据并存储到计算机中。本装置结构合理，最大程度地模拟了岩溶地区错综复杂的裂隙‑纵向管道介质三维空间的分部网络，自动化数据采集和气泡消除装置能有效的减少误差，适用于对岩溶水溶质运移规律机理的探究。

技术领域

本发明涉及一种自动化监测岩溶介质结构即裂隙纵向管道结构中的水流运动机理的多维度实验装置，尤其是不同结构的储水以及释水能力，属地下水探测技术领域。

背景技术

岩溶系统的主要组成部分是发育水平较高的纵向管道系统以及发育水平较低的裂隙网络系统，两者在不同的补给方式下会呈现储水介质和释水介质互相转化的现象。因此探明岩溶介质中水流的运动规律以及不同介质间水量交换规律具有重大意义。目前通过物理实验法研究岩溶含水系统已经成为一种常用手法，而目前针对岩溶介质的溶质运移规律的物理试验研究大部分是基于对单裂隙、简单的交叉裂隙以及单一纵向管道交叉模型的试验分析，存在模型结构单一、可操作性弱、模拟效果一般的缺点，试验数据存在较大误差。

公告号为CN10513698A的中国发明专利，公开了“一种监测裂隙-纵向管道介质溶质运移规律的试验装置”，其建立的物理模型仅在平面内对裂隙-纵向管道双重介质进行了刻画，在纵向没有设立网络，且模型存在试验后溶液排出不完全、受气泡影响较大、底层纵向管道溶液滞留等问题。

以上的问题造成了现有岩溶介质物理试验模型对真实岩溶地区的水文地质模拟程度较差，适用范围较低，并最终影响试验结果。

发明内容

为了克服现有物理试验模型结构单一，可操作性弱，模拟效果一般，存在流量数据受气泡影响较大、模型在单组试验结束后存在溶液滞留等缺陷，本发明提供一种在XYZ三个平面内都对岩溶介质系统进行模拟的立方体物理试验模型，并在模型内部设置初始水利梯度，以及对泉口出流溶液进行特殊处理，消除气泡对模型试验数据的影响，最大限度地减小试验误差。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

一种监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，包括:

补给系统,用以模拟自然界的不同的降雨补给，包括补给水箱、补给管道以及底板，其中，补给水箱的侧壁上设有补给口，补给口与补给管道连接，补给水箱的底部可拆卸地连接所述底板，底板上开孔；

立方体岩溶介质物理模型，设置于补给系统的下方，尺寸与上部的补给水箱相同包括：透明立方体框架、以及设置于透明立方体框架内部的透明块体组合，其中，所述透明块体组合包括多层，每一层均包括若干块透明空心块体，若干块透明空心块体之间两两相隔布置，相互间可在横、纵两个方向以毫米为单位进行移动，以形成位于透明立方体框架四个角处的纵向管道以及位于透明立方体框架内部的裂隙网络；所述透明立方体框架的上端比透明块体组合的最上层要高，以使补给水箱和所述立方体岩溶介质物理模型组合后，补给水箱的底板与透明块体组合的最上层之间留有一储水层；

每个所述纵向管道的管壁上沿管道轴线方向均布若干圆孔，圆孔表面覆盖有个税透气膜；

一隔板，设置于透明立方体框架内位于透明组合块体的底部，所述隔板将立方体岩溶介质物理模型分隔为上、下两层，其中上层与裂隙网络相连通，下层与纵向管道相连通，透明立方体框架位于上层的侧壁上设有与裂隙网络出水口相连通的第一泉口；透明立方体框架位于下层的侧壁上设有与纵向管道相连通的第二泉口，第一泉口和第二泉口上均连接有流量计；