[发明专利]模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法

说明书

一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法，实验装置包括供水系统、砂槽、河道模拟装置、溶解氧监测模块、排泄系统和压力监测模块，砂槽内部从左至右分为三个子室，子室之间通过透水板或隔水挡板分隔，透水板上均匀布设透水孔，左子室设置有水头高度调节装置，与供水系统相连，中部子室用于填充野外原状含水层及沉积物样品，中部子室左上角为河道模拟装置，右子室设置为排泄水头控制装置，与排泄系统相连；压力变送器均匀布设于砂槽上部介质中，压力变送器能够快速检测到含水层内压力变化情况，且将数据传输至数据采集系统，数据采集系统能够实时记录采集到的压力信息，实现对砂槽内部河流‑含水层间水力联系进行探究。

技术领域

本发明涉及河流动力学、地球化学、微生物学和生物化学等相关研究领域，特别涉及一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置及实验方法

背景技术

傍河开采作为改变河水与地下水水动力条件的主要人类活动，会强烈影响河水-地下水间水力联系，同时受到河流冲淤作用影响，河水入渗强度、水分滞留时间、营养物质通量和氧化还原条件会发生改变，导致河水入渗过程中生物地球化学过程较为复杂。另外，由于河水入渗过程中物理、化学、生物梯度的作用，沉积物内铁锰相关矿物厌氧条件下会发生还原性溶解作用，释放铁锰离子及有毒有害类金属As至地下水中，威胁地下水水质安全。

野外条件下河床沉积物组成、结构和厚度处于动态变化，开采井运行方式和开采量多样化，系统探究污染质迁移转化规律需要耗费大量的人力物力。另外，目前对于河床沉积物和含水层非均质条件下，河床冲淤和地下水开采共同作用下河水-地下水水力联系及相关生物地球化学过程变化尚不清楚。

发明内容

本发明提供了一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，包括供水系统、砂槽、河道模拟装置、溶解氧监测模块、排泄系统和压力监测模块：

供水系统由供液箱、水泵、若干导管和流量计组成，其中供液箱用于存储实验所需溶液，通过导管依次连接水泵和流量计后与砂槽侧壁的进水孔相连，水泵用于控制入渗速度，流量计用于监测实验过程中通过河道模拟装置的入渗流量；

砂槽垂直放置，内部从左至右分为左子室、中部子室和右子室，左子室为水头高度调节装置，与供水系统相连，中部子室为砂槽主体部分，用于填充场地原状河床沉积物及含水层介质，右子室为模拟场地开采井的装置，与排泄系统相连，左子室与中部子室之间通过透水板和隔水挡板分隔，透水板位于上部，隔水挡板位于下部；右子室与中部子室之间通过透水板分隔，透水板均匀密布若干透水孔；

砂槽的左子室的侧壁上布设有进水孔和若干第一出水孔，其中进水孔位于砂槽侧壁下端，与供液箱相连，用于为砂槽提供实验所需液体，若干第一出水孔位于砂槽的左子室的侧壁上端不同高度处，通过打开响应高度的第一出水孔以控制不同河水水位，砂槽的右子室的侧壁下端布设有第二出水孔，第二出水孔与马氏瓶连通，第二出水孔通过与不同高度马氏瓶相连以控制排泄水位，马氏瓶的排泄水位高度低于第一出水孔，以河水与排泄水位之间水头差为驱动力促进河水入渗补给地下水；

河道模拟装置位于砂槽的中部子室的左上部，河道模拟装置的底部为倾斜的透水板，该倾斜的透水板是模拟河道，考虑到天然条件下河床沉积物结构，按等比例缩放模拟河道的坡度，河道模拟装置左、右和下侧为透水板，用于模拟河流垂向入渗和侧向入渗过程，河道模拟装置的模拟河道上铺设不同厚度的淤积层，以模拟河流不同冲淤程度；

溶解氧监测模块由溶解氧膜片、光纤数据采集器和溶解氧数据处理系统组成，其中溶解氧膜片粘贴于砂槽内壁靠近孔隙水取样孔的位置，光纤数据采集器一端与溶解氧数据处理系统相连，光纤数据采集器一端垂直照射于溶解氧膜片，光纤数据采集器能够对溶解氧膜片的测定信息进行自动实时记录并将数据传递到溶解氧数据处理系统中，溶解氧数据处理系统对接收到的信号依据实验过程中温度和压力变化自动转化为溶解氧浓度信息，从而实现对溶解氧浓度的原位监测；