[发明专利]一种模拟含水层抽注水过程中细颗粒运移示踪试验装置

说明书

本发明提供一种模拟含水层抽注水过程中细颗粒运移示踪试验装置，包括模拟含水层单元、注水单元、抽水单元和观测与测量单元，模拟含水层单元主要由试样槽、分隔滤网、两进水槽和两水箱组成。试样槽内填充三种染成不同颜色石英砂的细颗粒与砾石的混合物。分隔滤网将试样槽两侧分为间隔3d、5d、7d的三个不同区域；通过控制水箱的高度可达到控制含水层厚度的目的；进水槽内填满透水石，可模拟含水层的地下水流动情况；注水单元模拟注水；抽水单元模拟抽水；观测与测量单元主要由高速摄像机、压力计组成。高速摄像机用来拍摄细颗粒的运移示踪情况。本发明的有益效果：可观察比较不同试样段内细颗粒在抽水过程和注水过程中的运移情况。

技术领域

本发明涉及抽水试验设备技术领域，尤其涉及一种模拟含水层抽注水过程中细颗粒运移示踪试验装置。

背景技术

能源问题现如今成为全世界所关注的重点问题，传统的化石能源由于燃烧后产生的有害物质对当地环境产生巨大的压力，寻找清洁可再生的能源已逐渐被各国提上日程。浅层地热能是一种新型的可再生的清洁能源，赋存于地表以下两百米范围内，按照赋存介质的不同可以分为岩土体、地表水以及地下水三种类型。其中地下水浅层地热能的开采涉及到含水层的抽灌水等问题。

抽水试验如今已成为水文地质原位测试的一种重要测试方式。常用的抽水试验方式有稳定流单孔抽水试验和多孔抽水试验。单孔抽水试验仅在一个钻孔中进行试验工作，该方法简便、成本较低。多孔抽水试验可在抽水孔周围配置一定数量的观测孔，在试验过程中可观测其周围试验层中地下水位变化的一种试验方法。在地下水浅层地热能开采过程中，通常采用稳定流和非稳定流抽水方式，确定含水层的水文地质参数、抽水孔特性曲线和实际涌水量。根据抽水孔特性曲线可推断和计算孔最大涌水量以评价含水层的富水性。也可根据测出的水文地质参数以确定影响半径、降落漏斗的形态及扩展情况。

在注水过程中，细颗粒会随着水流朝水头降低的方向运移。随着水头降低的速率越来越慢，细颗粒的运移会逐渐停止进而堆积。在抽水过程中，地下水位降低，水头也会随之降低，细颗粒会随着水流向着水头降低的方向运移。

在实际的抽注水过程中由于含水层中细颗粒的运移会导致抽水管道堵塞或抽水孔周围发生塌陷等问题，因此需要研究抽注水而造成的含水层细颗粒运移规律。

发明内容

为了观测含水层在抽注水过程中细颗粒的运移过程，本发明的实施例提供了一种模拟含水层抽注水过程中细颗粒运移示踪试验装置。

本发明的实施例提供一种模拟含水层抽注水过程中细颗粒运移示踪试验装置，包括：

模拟含水层单元，所述模拟含水层单元包括试样槽、第一水箱和第二水箱，所述试样槽内填充满未染色砾石，所述试样槽的两侧壁外侧分别连接第一进水槽和第二进水槽，且这两侧壁上布满滤水孔，这两侧壁之间设有多个间隔设置的分隔滤网，所述试样槽被所有分隔滤网间隔形成多个试样段，每一所述试样段内放入一种染色石英砂，所述染色石英砂的粒径小于所述分隔滤网的孔径，所述未染色砾石的孔径大于所述分隔滤网的孔径，所述第一进水槽和所述第二进水槽内填充满透水石，所述第一进水槽和所述第一进水箱之间用第一导管连接，所述第一导管上设有第一止水阀，所述第二进水槽和所述第二水箱之间用第二导管连接，所述第二导管上设有第二止水阀，所述第一水箱和所述第二水箱底部均设有可移动底座；

抽水单元，所述抽水单元包括抽水泵和第三导管，所述第三导管一端连接所述抽水泵，另一端连接所述试样槽中部，所述第三导管上设有抽水井过滤器和第三止水阀；

注水单元，所述注水单元包括供水箱和第四导管，所述第四导管一端连接所述供水箱，另一端连接所述试样槽中部，所述第四导管上设有注水泵和第四止水阀；

观测与测量单元，所述观测与测量单元包括高速摄像机和多个压力计，所述高速摄像机用于拍摄所述染色石英砂的运动轨迹，所有压力计设置于所述试样槽上且沿着竖直方向间隔设置。