[发明专利]潜水等水头线观测仪及观测方法

说明书

本发明涉及一种潜水等水头线观测仪，以及一种采用该潜水等水头线观测仪进行实施的方法。本发明在实验室建立了潜水等水头线观测实验系统，以自然界松散孔隙介质为模拟对象，模拟潜水的形成，潜水的补、径、排特征及水动力条件等，通过实验观测潜水在运动过程中的等水位线，确定潜水面的分布形态，以快速掌握渗流空间中各点的运动要素。本发明为沿途水势分布、渗流剖面上任意点水势的大小、流量、渗透流速等观察与量测提供了一套全新的技术手段。也为区域水文地质条件调查、地下水位资源评价、工程建设中的地下水灾害和环境负效应问题提供了重要的基础信息，具有良好的经济实用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种潜水等水头线观测仪，以及一种采用该潜水等水头线观测仪进行实施的方法，属于水文地质学研究技术领域。

背景技术

自然界的松散介质内，因孔隙的存在，为地下水的储存提供了有利的空间。在降雨及侧向地表水体的补给下，孔隙介质内充填着地下水，形成饱水带。饱水带以上的第一个具有自由表面的地下水，又称为潜水。潜水面是指在供水后，孔隙介质内部形成稳定的、无压的水位面。潜水面以下的含水部位即为潜水含水层。潜水含水层内部的任意两点，因存在水势的差异，潜水处于流动状态，且始终沿着水力梯度最大的方向运动。潜水稳定运动时，潜水面的形状值得关注。潜水面形状决定了研究区的潜水埋深、潜水含水层厚度等。这为工程场地的水文地质条件的查明提供重要的信息。潜水广泛分布地带，存在着无数个相同水势的点。如何确定这些点的位置，确定潜水等水头线是个重要的基础科学问题。

潜水面到下部隔水底板的垂直方向上的距离可称为潜水含水层厚度，地表至潜水面的垂距称为潜水的埋藏深度，潜水含水层的厚度和潜水埋藏深度随潜水面形状变化而变化。受大气降水及地表水体的影响，潜水面出现变化，不同区域、不同的地下水动力条件下，潜水面的形状各异，如何有效确定潜水面形状，进而确定水力梯度，确定单位面积上、单位时间里的流量也是进行水文地质条件分析的基础。

潜水分布地带可以接受降雨及地表水体的侧向或垂向补给。潜水赋存地带的地貌地形决定了潜水的排泄形式多样化，地形被强切割地带，潜水一般以点状排泄的形式溢流于地表或汇入地表水体，也可通过毛细管传导到达地面，以蒸发形式排泄等，缓坡地带，潜水则以线状或面状排泄为主。潜水面的形状受控于地形，潜水等水位线形成的坡度通常缓于地形坡度。

在工程场地内开展人类工程活动(房屋建筑工程、城市地下工程、高铁、高速公路等)，一个首要的问题则是查明场地内的水文地质条件，包括地貌地形、地层岩性、地质构造、新构造运动、区域地下水类型、地下水补给、径流及排泄条件等。如前所述，潜水面的形状与区内两点或上下游的水势密切相关。潜水在松散孔隙介质内流动过程中，存在着许多水势相同的点，这些点的连线即可宏观上反映潜水等水头线的走势和分布特征。因此，对潜水含水层内潜水等水头线的确定是个十分有科学意义的课题。

潜水在自然界分布广泛，埋藏浅，便于开采和利用，是水文地质学重要的研究对象。潜水面的形状是了解区域水文地质条件的重要要素，其中，对潜水等水头线的观测显得尤为重要。在对区域水文地质条件的查明过程中，往往采用野外现场地质调查，工程勘探、试坑、井、泉、沼泽地、重要水点等进行调查，并结合一些必要的水文地质试验进行查明，往往耗资大，耗时长。野外水文地质调查工作具有现象不直观、测试数据不便于观察、可重复性差等缺点，这给潜水等水头线、判定地下水流向、潜水埋深等研究和认识带来不便，也使初学者难以认识和理解。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种潜水等水头线观测仪，可以较方便地在室内进行潜水等水头线的相关实验研究。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：潜水等水头线观测仪，包括地质体模拟箱、潜水等水头线观测系统及注排水系统；