[发明专利]一种多孔介质中三维溶质运移的模拟装置及实验方法

说明书

一种多孔介质中三维溶质运移的模拟装置及实验方法，模拟装置包括砂槽、注入方式调节装置、供液装置、渗透液收集器、隔水板、井管、电导率测量电极、数据采集器和数据处理系统。砂槽水平放置，内部从左至右分为三个子室，子室之间通过挡板分隔，挡板上均匀密布许多透水孔，左室与供液装置相连，中部子室用于填充多孔介质，右室空置，与渗透液收集器相连；井管均匀布设在砂槽内的多孔介质当中，井管周身侧壁布设有密集透水孔，每个空腔室内布设一个电导率测量电极。本发明可模拟和观测多孔介质中三维溶质运移情况，有助于探究介质非均质性对于污染物迁移的影响。

技术领域

本发明涉及土壤物理学研究领域，特别涉及一种多孔介质中三维溶质运移的模拟装置及实验方法。

背景技术

随着科学技术水平的不断发展，人类生产活动与自然生态环境之间的矛盾显得愈发尖锐，大量农药试剂的使用和企业污水的排放引发了严重的水体污染，这些污染物会随着地下水的流动不断地进行迁移和扩散，破坏土壤生产力的同时也严重威胁到了人体的健康，因此，揭示多孔介质中溶质运移的迁移规律至关重要。

传统的观测溶质运移过程的方法主要有水平土柱法，垂直土柱法和野外示踪试验法。然而，无论是水平土柱法还是垂直土柱法，由于柱体侧壁的限制，水流只能被迫做近一维运动，而在自然界中，由于多孔介质本身的非均质性，水流的运动往往都是三维的，这种运动形式的差异会对实验结果产生较大影响，进而造成观测误差。野外示踪试验法较好地维持了水流的运动形态，但是对于污染物弥散羽的观测往往需要大量的观测井管，观测井的数目太少会影响观测精度，但增多观测井的数目却又会造成巨大的经济压力。

发明内容

本发明提供了一种多孔介质中三维溶质运移的模拟装置。

一种多孔介质中三维溶质运移模拟装置，包括砂槽、注入方式调节装置、供液装置、渗透液收集器、隔水板、井管、电导率测量电极、数据采集器和数据处理系统：

供液装置包括有示踪剂供液箱、蒸馏水供液箱和蠕动泵；砂槽的砂槽左室、悬空子室、隔水板、第一挡板和密布透水孔的第三挡板构成注入方式调节装置；

砂槽水平放置，砂槽内部从左至右分为砂槽左室、中部子室和砂槽右室，砂槽左室中具有悬空子室；

中部子室处所占体积最大，中部子室内填充有多孔介质，砂槽右室空置，砂槽右室与渗透液收集器相连，砂槽左室与中部子室之间通过两个第一挡板分割，第一挡板上均匀密布许多透水孔，两个第一挡板之间存具有空隙，用于放置隔水板，隔水板起到开关的作用，当实验开始时，抽出隔水板使水流流动，当实验暂停时，插入隔水板可终止流动，中部子室与砂槽右室之间通过一个密布透水孔的第二挡板分隔；悬空子室内设置有密布透水孔的第三挡板，该密布透水孔的第三挡板贯穿悬空子室，用以缓解注水时造成的液面扰动。

砂槽左侧侧壁上交错布设有若干第一进水孔、第二进水孔、第一出水孔和第二出水孔；第一进水孔和第二出水孔与悬空子室连通，第二进水孔和第一出水孔与砂槽左室连通；第一进水孔和第二进水孔在同一水平高度；第一出水孔和第二出水孔在同一水平高度；第一进水孔和第二进水孔的水平高度高于第一出水孔和第二出水孔的水平高度。

砂槽右侧侧壁上在不同高度上布设有多组第三出水孔，每组第三出水孔由水平高度相同的两个出水孔组成，第三出水孔的高度皆低于第一出水孔和第二出水孔，用以造成水头差来形成渗流；

砂槽内的多孔介质中布设有若干井管，井管底端深入到砂槽底部，井管贯穿整个多孔介质含水层，井管呈空心圆筒状且周身侧壁布设有第三进水孔，井管被均分为若干空腔室，每个空腔室内布设一个电导率测量电极，电导率测量电极通过电极导线与数据采集器连接；腔室数目根据个人要求设定，腔室数目越多，同一井管内能测量的位置也就越多，此外，每个空腔内除了要放置电导率测量电极以外，其余部分要用多孔介质进行填充，避免不同深度处的溶液在井管内进行混溶，进而造成实验观测误差。