[发明专利]一种实验室中测量斜坡地下水排水量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种实验室中测量斜坡地下水排水量的装置，包括叉车、水槽和基座，基座上设置有用于支撑所述水槽下表面的支撑杆，水槽下表面的右侧连有转轴，转轴的两端穿过位于基座右侧的两个支撑杆的上端，水槽下表面的左侧由所述叉车的升降结构带动上下运动，水槽的右侧面下端开设有与其等宽的排水口，排水口处安置有透水层，排水口装有控制水槽排水的阀门，排水口连有导流槽，导流槽的下方设置有接水容器，接水容器内设置有水位计。本发明还公开了一种验室中测量斜坡地下水排水量的方法。本发明的一种实验室中测量斜坡地下水排水量的装置及方法，能够准确测量斜坡排水前期和排水后期的地下水排水量。

技术领域

本发明涉具体涉及一种实验室中测量斜坡地下水排水量的装置及方法，属于水文学和环境科学领域。

背景技术

水是维持自然生态系统平衡和人类生存的基本资源。近年来，人类对水资源的需求量逐年增加，全球很多国家都面临着水资源短缺的问题。特别是我们国家，有着全世界约20％的人口，但是淡水资源总量却只占全世界的5-7％。根据水利部最新调查数据，在我国660个城市中，有2/3的城市已经存在不同程度的淡水资源短缺情况。并且随着我国社会经济快速发展，到2030年整个国家的用水量将达到7500亿立方米，占可利用淡水资源总量的90％。这种情况下，作为可利用水资源主要的聚集地，一个有效的流域水资源管理方案显得尤为重要，而理解流域水动力过程是制定流域水资源管理方案的关键之一。

河流径流由坡面流和地下径流组成，地下径流是来自于地下水对河流径流的贡献，它描述了地下水的排泄量。作为流域水动力过程研究的主要内容之一，地下径流退水过程是指在降雨很少或无降雨时期内地下连续的排水过程。Brutsaert和Nieber(1977)基于地下水运动方程的解析解指出地下径流退水过程中，地下径流流量(Q)与它对时间的一阶导数(dQ/dt)之间满足指数关系(-dQ/dt＝aQ^b)。此后，通过野外观测、数值模拟和解析解等手段，该关系式被很多的研究所证明。根据这个关系式中b的取值，可以反推出流域潜水层水力参数，比如水力传导系数，潜水层厚度，孔隙率等，这对于在缺少实测潜水层水力参数的流域构建水文模型是很重要的。此外，确定b的取值还可以反推流域地下径流流量和流域蓄水量的关系。

斜坡是流域水文响应基本的单元，因此理解斜坡的地下水排水过程是模拟流域地下径流退水过程的基础。目前，研究者对于b的取值存在很大的争议且关于b取值问题的理论研究都不考虑土壤非饱和效应的影响。最近有研究指出，土壤的非饱和效应会对斜坡排水产生很大的影响，斜坡排水过程分为两个阶段，排水前期(饱和区排水占主导)和排水后期(非饱和区排水占主导)。但是非饱和区排水占主导时斜坡的排水量比饱和区排水占主导时小2～3个量级，因此怎么采用一个装置准确测量斜坡整个排水过程的地下水排水量成为了一个值得研究的问题。

此外，实验室中所采用的水槽变坡方式有两种：一种是通过电机的动力带动齿轮转动使水槽达到预先设定的坡度，但是进行水文实验的实验室一般较为潮湿，电机长期在这种环境中容易被空气中的水分侵蚀，给实验带来不安全的因素；另一种方式是通过人力转动齿轮转动使水槽达到预先设定的坡度，但是很耗费人力。在这两种方式中还存在一个共同的缺点是带动斜坡变坡的齿轮容易磨损和锈蚀，且水槽的变坡幅度较小，坡度不好控制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提出一种实验室中准确测量斜坡排水量的装置及方法，能够准确测量斜坡排水前期(饱和区排水占主导)和排水后期(非饱和区排水占主导)的地下水排水量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：