[发明专利]潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统及方法

权利要求书

1.潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试方法，利用所述的潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统进行模拟，所述潜水流潜水湖水流水力交替下污染物迁移测试系统包括地质模拟箱，所述地质模拟箱为透明箱；

模拟水文地质体，所述模拟水文地质体包括砂层和粘土层，所述粘土层设置于所述砂层顶部和底部，所述砂层和所述粘土层均设置于所述地质模拟箱内，所述砂层与下层所述粘土层的接触处形成上宽下窄逐渐收敛的所述砂层，下层所述粘土层与所述砂层接触处的两端存在高低位差；

稳定供水结构，所述稳定供水结构设置于所述砂层和所述粘土层两侧，下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处得到供水并且由低处流出，水流在所述砂层内水位稳定形成潜水面，所述潜水面以下形成潜水湖，所述稳定供水结构包括长隔板和短隔板，所述长隔板分别设置于所述砂层和所述粘土层两侧，所述长隔板外侧形成第一水槽和第二水槽，所述短隔板垂直设置于所述第一水槽和所述第二水槽内，并将所述第一水槽和所述第二水槽均分为两个分水槽，所述第一水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的高处位置，所述第二水槽位于下层所述粘土层与所述砂层接触处的低处位置，所述第一水槽的最高水位高于所述第二水槽的最高水位，所述长隔板与所述砂层相接触部位能够透水，其余部分不透水，所述长隔板与所述砂层相接触部位设置有透水孔，所述长隔板与所述砂层相接触部位通过所述透水孔进行透水，所述地质模拟箱包括第一箱体，所述第一箱体底端设置有排水阀，所述排水阀位于所述第一水槽和所述第二水槽中外侧的所述分水槽，高于所述短隔板的溢流通过所述排水阀排出；

溶质监测结构，所述溶质监测结构等间隔设置于所述潜水面以下和所述潜水湖底部以上的位置；

溶质投放口，所述溶质投放口顶端伸出所述地质模拟箱，所述溶质投放口底端低于所述潜水面，所述溶质监测结构包括注射式取样器，所述地质模拟箱侧壁低于所述第一水槽的最高水位且高于所述砂层和下层所述粘土层的位置等间隔呈行列设置取样孔，所述取样孔设置有密封橡胶塞，所述注射式取样器逐层预埋于所述砂层内；

蓄水箱，所述蓄水箱设置于所述地质模拟箱内部，所述蓄水箱通过供水管和供水阀连通于所述稳定供水结构；

其特征在于，包括以下步骤：

第一箱体底端的排水阀打开，同时将供水管上的供水阀关闭，通过外接水泵抽水向蓄水箱中供水，直至蓄水箱中水位稳定在最高水位；

打开供水阀，让蓄水箱中的水经供水管缓缓注入稳定供水结构中的第一水槽中，第一水槽右侧分水槽水位逐渐上升，当右侧分水槽水位到达粘土层与砂层接触面时，分水槽中的水能够进入砂层中，模拟地下水；

随着模拟的地下水注入，砂层中水位逐渐上升，直至水位处于右侧的第二水槽左侧分水槽最高水位，地下水模拟水流向第二水槽右侧排泄，蓄水箱对第一水槽的右侧分水槽持续供水，分水槽中水位逐渐上升，并最终稳定在最高水位；

在左右分水槽的稳定水头差作用下，在砂层中存在稳定的潜水面，能够清晰地观察到潜水含水层中的地下水稳定渗流；

采用体积法在地质模拟箱右侧底部的排水阀处测定流量Q，即采用达西公式计算砂层的渗透系数，公式为K=QL/(h1-h2)Mb，式中，Q为流量，单位为m³/s，M为潜水湖静止水面至潜水流稳定水面的平均垂直距离，单位为m，b为地质模拟箱净宽，单位为m，L为渗透途径，单位为m，h1为左侧分水槽最高水位，h2为右侧分水槽最高水位，K为砂层渗透系数，单位为m/s，待潜水流稳定时，通过溶质投放口向砂层中潜水面以下的水中以1L/h的泄露速率投入含特定浓度氯离子的溶液模拟污染物，此时，能够观察到污染物在潜水流中的迁移过程；

关闭供水管上的供水阀后，第一水槽右侧分水槽中水位将逐渐下降，而第二水槽中左侧分水槽水位保持不变，此时，潜水面将发生变化，当第一水槽右侧分水槽中水位下降至粘土层与砂层接触面时，第二水槽的水位保持在最高水位且无排泄现象为止，潜水面保持水平；

砂层中的静止水面就是潜水湖静止的潜水面，处于该静止水面以下的砂层处于饱和状态，潜水湖形成，投入的溶质也完成了一次潜水流及潜水湖水流水力交替下的迁移，模拟潜水流及潜水湖水流水力交替下的污染物迁移过程；

打开供水阀持续侧向补给指定的时间，然后关闭供水阀指定的时间，即指定的时间模拟潜水流，指定的时间模拟潜水湖，每个时间段内从取样孔的注射式取样器进行取样，通过滴定法测定氯离子浓度，监测潜水湖各区域的污染物浓度，据此绘制各个时刻的浓度等值图，通过对比不同时刻的浓度变化，推断出潜水湖的渗流情况，根据渗流强度将潜水湖分为强渗流区、一般渗流区、弱渗流区以及滞留区。