地下水局部与区域渗流演示仪

摘要

本发明地下水局部与区域渗流演示仪，包括有演示屏和隔水底板的箱体，位于箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，在渗流板上相对演示屏的位置的二边上分别有模拟硐室、区域渗流排水孔，一端与模拟硐室连接的硐室排水管上装有硐室排水控制阀，区域排水管一端与区域渗流排水孔连接，箱体内位于窄缝槽渗流演示区处有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔。本演示仪工作时，可以单独展现区域渗流，或同时展现区域渗流与局部渗流迭置的现象，进行相关研究，预测局部渗流形成的地下水降位漏斗的范围及地下硐室涌水量的大小，也可帮助初学者认识。

权利要求

1.地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于包括有演示屏和隔水底板的箱体，位于箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，窄缝槽渗流演示区的宽度为0.5～2mm，在与演示屏相对的渗流板左半边或右半边上设有模拟硐室、在另一半边上设有区域渗流排水孔，一端与模拟硐室连接的硐室排水管上装有硐室排水控制阀，区域排水管一端与区域渗流排水孔连接，在箱体内位于窄缝槽渗流演示区处有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，在渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔，箱体上部装有清水供给箱和示踪剂供给箱，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀的清水供水管和带示踪剂调节阀的供示踪剂管分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂。

2.如权利要求1所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于窄缝槽渗流演示区的截面形状为矩形。

3.如权利要求2所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于窄缝槽渗流演示区的宽度为1mm。

4.如权利要求1～3之一所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于箱体上有流量观察孔，示踪剂观察孔。

5.如权利要求1～3之一所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶。

6.如权利要求1～3之一所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于硐室排水控制阀装在箱体上。

7.如权利要求1～3之一所述的地下水局部与区域渗流演示仪，其特征在于区域排水管的排水口低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度。

说明书

地下水局部与区域渗流演示仪

技术领域：

[0001] 本发明与地下水局部与区域渗流演示仪有关。

[0002] 背景技术：

[0003] 地下水区域渗流运动状态最典型的结构为地形切割强烈的山区，地下水以大气降水为补给源，渗入地下补给含水层，地下水从高水位向低水位缓慢运动，最后在当地切割最低的河流或沟谷排泄，当有次一级沟谷切割至潜水面以下，特别近些年来大规模的基本建设，当人类工程开挖的地下硐室(如水电站的地下厂房、铁路、公路燧道的开挖)进入含水层时，一定范围内的地下水将通过人工开挖的硐室排泄，形成新的地下水径流和排泄途径，特别是地下水的流向与原来区域性地下水流向完全不一样，这种状况即为地下水的局部渗流；局部渗流的产生，致使地下水位下降；形成地下水降位漏斗，导致地面井、泉干涸，水库的泄漏等。对原来的地下水环境带来不利影响。严重时可造成地面塌陷，地下硐室的突水。由于排泄点位置及强度差异，在空间上形成浅层局部循环与深层区域水循环迭置的状态。
人们常用数字模拟法或水电比拟来了解地下水局部与区域渗流情况，成本高，且不直观。 [0004] 发明内容：

[0005] 本发明的目的是为了提供一种以上述两套水循环系统为模拟对象，工作时，可以单独展现区域渗流，或同时展现区域渗流与局部渗流迭置的现象，进行相关研究，预测局部渗流形成的地下水降位漏斗的范围及地下硐室涌水量的大小，也可帮助初学者认识和理解地下水局部与区域渗流的基本知识的地下水局部与区域渗流演示仪。

[0006] 本发明的目的是这样来实现的：

[0007] 本发明地下水局部与区域渗流演示仪，包括有演示屏和隔水底板的箱体，位于箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板间形成窄缝槽渗流演示区的渗流板，窄缝槽渗流演示区的宽度为0.5～2mm，在与演示屏相对的渗流板上左、右两侧分别有模拟硐室、区域渗流排水孔，一端 与模拟硐室连接的硐室排水管上装有硐室排水控制阀，区域排水管一端与区域渗流排水孔连接，在箱体内位于窄缝槽渗流演示区处有清水渗透箱、示踪剂渗透箱，在渗流板上有若干将清水渗透箱、示踪剂渗透箱分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔，箱体上部装有清水供给箱和示踪剂供给箱，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀的清水供水管和带示踪剂调节阀的供示踪剂管分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂，由设置于渗流演示区顶部的清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供实验用水，模拟大气降水垂直入渗补给地下水，由设置于渗流板上的区域排水孔模拟区域最低侵蚀基准面——河流，为地下水的区域排泄点，由设置于窄缝槽渗流板上的模拟硐室，为地下水的局部排泄点，用示踪剂来模拟，水流迹线，由各管路、各流量控制阀、观察孔等组成流量控制系统并通过该系统可控制渗流演示区为区域渗流或局部与区域渗流同时展现。

[0008] 上述的窄缝槽渗流演示区的截面形状为矩形。

[0009] 上述的窄缝槽渗流演示区的宽度为1mm。

[0010] 上述的箱体上有流量观察孔，示踪剂观察孔。

[0011] 上述的清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶。

[0012] 上述的硐室排水控制阀装在箱体上，操作方便。

[0013] 上述的区域排水管的排水口低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度，在水位差的作用下产生渗流。

[0014] 地下水的运动是不能直接观察到的，需通过理论推导和分析才能理解，当地下水浅层局部渗流和深层区域渗流同时存在时，给理论推导和分析带来很大的困难，特别是使初学者难于理解。本发明演示仪为了展现浅层局部水循环与深层区域水循环迭置的渗流特征，将模拟断面定位于沿地下水水流方向一致的一垂直水文地质剖面。通过本发明演示模拟便可清晰展现浅层地下水局部渗流与深层地下水区域渗流的状态，可以通过渗流演示区的呈现的水流迹线，画出渗流场的等水头线，进而绘出流网，运用流网分析渗流场地下水的水流特征及运动要素。

[0015] 若在野外现场取得含水层的相关参数，根据相似模拟的原理，制作模型，预测人工开挖硐室涌水量的大小，可能形成的地下水降位漏斗的范围(浅层地下水的疏干范围)等，以解决生产实践中的相关问题。

[0016] 学生通过实验，可以认识在同一地区地下水局部渗流同时存在相互迭置的状态，可以学习利用窄缝槽模型，开发设计性的实验，为解决生产实践中的问题打下良好基础。 附图说明：

[0017] 图1为本发明结构示意图。

[0018] 图2为图1的A向视图。

[0019] 图3为图2的B向视图。

[0020] 图4为图3的C—C剖视图。

[0021] 图5为图4的D部放大图。

[0022] 图6为图3的E向视图。

[0023] 图7为硐室排水控制阀关闭时本发明水流迹线演示状态图。

[0024] 图8为硐室排水控制阀打开时本发明水流迹线演示状态图。具体实施方式：

[0025] 参见图1～图6，本发明地下水局部与区域渗流演示仪，包括有演示屏1和隔水底板2的箱体3，位于箱体内与演示屏平行的且与演示屏和隔水底板及箱体两侧面间形成长110mm、高180mm、宽δ(如图5所示)为1mm的矩形窄缝槽渗流演示区4的渗流板5。在渗流板上相对演示屏的位置的一边上有模拟硐室6，在渗流板上相对演示屏的位置的另一边上有区域渗流排水孔7。一端与模拟硐室连接的硐室排水管8上装有固定在箱体上的硐室排水控制阀9。区域排水管10一端与区域渗流排水孔连接。在箱体内位于窄缝槽渗流演示区顶部有清水渗透箱11、示踪剂渗透箱12。在渗流板上相对于清水渗透箱和示踪剂渗透箱的位置有若干将清水渗透箱11、示踪剂渗透箱12分别和窄缝槽渗流演示区相通的渗流孔13。箱体上部装有清水供给箱14和示踪剂供给箱15，分别与清水供给箱和示踪剂供给箱连通的带清水流量调节阀16的清水供水管17和带示踪剂调节阀18的供示踪剂管19分别向清水渗透箱和示踪剂渗透箱提供清水、示踪剂。排水管的排水口20低于清水渗透箱中水位和示踪剂渗透箱中示踪剂的高度。在箱体上相对清水供给箱和示踪剂供给箱上分别有注水口和21和注示踪剂口22。

[0026] 如图2所示，箱体上有流量观察孔23，示踪剂观察孔24。

[0027] 如图4所示，清水供水管及供示踪剂管上分别装有流量观测滴瓶25。

[0028] 如图1、图7、图8所示，在箱体位于演示屏顶部有模拟山区地下水剖面图26直观。 [0029] 通过箱体上的注水口和注示踪剂口分别向清水供给箱和示踪剂供给箱注入清水、红色示踪剂。将模拟硐室排水控制阀关闭，分别打开清水流量调节阀和示踪剂调节阀清水和红色示踪剂分别经过清水供水管、清水渗透箱和供示踪剂管和示踪剂渗透箱及渗流板的渗流孔进入窄缝槽渗流演示区再经区域排水孔和区域排水管流出，从而形成了如图7所示的在演示屏上显现的水流迹线，打开模拟硐室排水控制阀，进入窄缝槽渗流演示区的渗流水和示踪剂分别从模拟硐室排水管和区域排水管流出，从而形成了如图8所示的在演示屏上显现的另一水流迹线。