一種用于研究洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下潛流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置及其使用方法，特別是一種用于研宄洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下潛 流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 潛流交換是河流及其臨岸帶地表水和地下水交換混合的動(dòng)力學(xué)過程，對河流生態(tài) 及其景觀異質(zhì)性起著十分重要的調(diào)控作用。
[0003] 一般而言，季節(jié)性的洪水過程將會改變河流區(qū)的水文格局，進(jìn)而影響河流主槽與 其洪泛灘地系統(tǒng)內(nèi)的潛流交換過程。由于潛流交換區(qū)內(nèi)具有復(fù)雜的水流結(jié)構(gòu)，并且地表水 和地下水運(yùn)動(dòng)過程中所涉及的兩種相異的時(shí)間尺度使得這一問題更加復(fù)雜。
[0004] 目前，采用室內(nèi)水槽試驗(yàn)方法研宄潛流交換的相關(guān)問題是國內(nèi)外學(xué)者常用的手 段。文獻(xiàn)調(diào)查表明，過去多數(shù)研宄者通過建立室內(nèi)水槽物理模型模擬河道，通過往水槽中填 充不同粒徑的沙和卵石，并構(gòu)筑所需形狀結(jié)構(gòu)形成河床結(jié)構(gòu)，通過水循環(huán)設(shè)備給水槽提供 試驗(yàn)所需的循環(huán)用水，通過水槽及流量閥控制試驗(yàn)所需的地表水和地下水流條件，并布置 相關(guān)采集儀器和各類傳感器測得各水流參數(shù)、溫度、河床界面壓力強(qiáng)度等所需數(shù)據(jù)。
[0005] 然而，上述室內(nèi)水槽模型通常著眼于因床面地形、河流平面形態(tài)或障礙物等結(jié)構(gòu) (如沙波、階梯、深潭、淺灘、碎石、木頭、彎道等）影響下的潛流交換過程，其最直觀的水流 特征在于河床質(zhì)完全被水流覆蓋，潛流交換的主要驅(qū)動(dòng)力來源于近床面的不均衡壓力，所 關(guān)注的重點(diǎn)為床面結(jié)構(gòu)對垂向潛流交換的影響，其局限是無法用來研宄河流主槽-灘地系 統(tǒng)內(nèi)，因水位快速變化導(dǎo)致的邊灘干濕交替過程對系統(tǒng)內(nèi)的側(cè)向潛流交換的影響規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種用于研宄洪水 脈沖驅(qū)動(dòng)下潛流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置及其使用方法，該模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌涫褂梅椒ǎ?能打破傳統(tǒng)上下游水槽循環(huán)水的一體化模式，使上游地表水位在周期性洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下按 照特定洪峰過程線成比例地周期性變化，而下游地下水位保持恒定。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種用于研宄洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下潛流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置，包括水槽本體、上 游地表水補(bǔ)給系統(tǒng)和下游地下水控制系統(tǒng)，還包括洪水脈沖驅(qū)動(dòng)裝置，其中：
[0009] 所述水槽本體內(nèi)設(shè)置有一塊隔板，該隔板將水槽本體分割成為水位控制室和泄水 室，水位控制室內(nèi)設(shè)置有河浸灘模型。
[0010] 所述隔板內(nèi)設(shè)置有一個(gè)豎直的豎向滑槽，該豎向滑槽包括位于下部的第一豎向槽 和位于上部的第二豎向槽；位于第二豎向槽兩側(cè)的隔板上各設(shè)置有一個(gè)貫通槽，兩個(gè)貫通 槽能將第二豎向槽與水位控制室和泄水室相連通。
[0011] 所述上游地表水補(bǔ)給系統(tǒng)包括一個(gè)補(bǔ)給水箱，其中，補(bǔ)給水箱進(jìn)水口與水位控制 室底部相連接，補(bǔ)給水箱出水口與泄水室相連接。
[0012] 所述下游地下水控制系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置于水槽本體一側(cè)的地下水控制箱，該地下 水控制箱內(nèi)的水位能夠保持恒定，且地下水控制箱與河浸灘模型之間能進(jìn)行潛流交換。
[0013] 所述洪水脈沖驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在豎向滑槽內(nèi)的升降活塞和一個(gè)周期性波形驅(qū) 動(dòng)裝置。
[0014] 所述升降活塞的外表面能與豎向滑槽的內(nèi)表面密封配合，升降活塞的高度與第一 豎向槽的高度相等，升降活塞的頂部從水位控制室伸向泄水室的泄水導(dǎo)向槽。
[0015] 升降活塞的頂部與周期性波形驅(qū)動(dòng)裝置相連接，升降活塞能在周期性波形驅(qū)動(dòng)裝 置的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行周期性地升降，使水位控制室內(nèi)的洪峰過程線呈現(xiàn)周期性地變化。
[0016] 所述周期性波形驅(qū)動(dòng)裝置為正弦波形驅(qū)動(dòng)裝置，升降活塞能在正弦波形驅(qū)動(dòng)裝置 的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行周期性地升降，使水位控制室內(nèi)的洪峰過程線為正弦波形。
[0017] 所述正弦波形驅(qū)動(dòng)裝置包括均固定設(shè)置于水槽本體上方且相互嚙合的大齒輪和 小齒輪，小齒輪與電機(jī)相連接，大齒輪的中心點(diǎn)上固定連接有一根沿大齒輪徑向設(shè)置的短 連桿，該短連桿的另一端鉸接有一個(gè)長連桿，長連桿的另一端設(shè)置有一根與升降活塞頂部 相連接的連接件。
[0018] 所述地下水控制箱內(nèi)設(shè)置有手動(dòng)活塞，通過控制手動(dòng)活塞的高度，能夠調(diào)整地下 水控制箱內(nèi)的恒定水位。
[0019] 所述河浸灘模型的頂部傾斜設(shè)置，朝向隔板一側(cè)的河浸灘模型的高度最低。
[0020] 一種用于研宄洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下潛流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置的使用方法，包括以 下步驟：
[0021] 第一步，地下水水位控制：通過調(diào)整地下水控制箱的補(bǔ)給水源，使地下水控制箱內(nèi) 的地下水水位保持恒定；
[0022] 第二步，水位控制室內(nèi)地表水補(bǔ)給：通過上游地表水補(bǔ)給系統(tǒng)中的補(bǔ)給水箱進(jìn)水 口，向水位控制室內(nèi)補(bǔ)給地表水；此時(shí)，升降活塞位于第一豎向槽的底部，升降活塞的高度 即為水位控制室內(nèi)的初始水位；
[0023] 第三步，升降活塞上升：在正弦波形驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，升降活塞上升，水位控制 室內(nèi)的洪峰通過升降活塞頂部的泄水導(dǎo)向槽向泄水室內(nèi)排放，從而使水位控制室內(nèi)的洪峰 過程線呈現(xiàn)正弦波形曲線中從最低水頭向最高水頭進(jìn)行變化；
[0024] 第四步，水位控制室內(nèi)的洪峰過程線達(dá)到最高水頭：升降活塞持續(xù)上升，當(dāng)正弦波 形驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)升降活塞上升至最高點(diǎn)時(shí)，水位控制室內(nèi)的洪峰過程線達(dá)到最高水頭；升 降活塞上升的最大高度小于升降活塞的高度；
[0025] 第五步，升降活塞下降，在正弦波形驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，升降活塞下降，水位控制 室內(nèi)的洪峰過程線呈現(xiàn)正弦波形曲線中從最高水頭向最低水頭進(jìn)行變化；
[0026] 第六步，水位控制室內(nèi)的洪峰過程線恢復(fù)至初始水位：升降活塞持續(xù)下降，當(dāng)正 弦波形驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)升降活塞下降至最低點(diǎn)時(shí)，水位控制室內(nèi)的洪峰過程線恢復(fù)至初始水 位；
[0027] 第七步，重復(fù)第三步至第六步：升降活塞周期性進(jìn)行升降，使水位控制室內(nèi)的洪峰 過程線呈現(xiàn)為正弦波形曲線；
[0028] 第八步，計(jì)算地表水與地下水的潛流交換量。
[0029] 所述第二步中，上游地表水補(bǔ)給系統(tǒng)中補(bǔ)給水箱進(jìn)水口的水源流量為：
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于研宄洪水脈沖驅(qū)動(dòng)下潛流交換的模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置，包括水槽本體、上游 地表水補(bǔ)給系統(tǒng)和下游地下水控制系統(tǒng)，其特征在于：