本發(fā)明屬于水利工程試驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，本發(fā)明還涉及采用上述裝置監(jiān)測潛流交換通量的方法。

背景技術(shù)：

潛流帶是河流河床內(nèi)水分飽和的沉積物層，是河水與地下水相互作用的區(qū)域，存在上覆水體與地下水之間物質(zhì)和能量的交換與過渡，是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。水作為熱量的優(yōu)良載體，在水流動過程中會攜帶能量變化的信息，觀測河流，湖泊、濕地、河渠底部溫度場的時空分布，能夠確定地下水與地表水體的交換過程。

目前，研究河床潛流交換過程模式的方法大多采用室內(nèi)試驗去實現(xiàn)。查閱國內(nèi)外文獻，以往水槽裝置多用于溶質(zhì)示蹤、地表水水動力變化、河床形態(tài)改變和沉積物滲透性改變等因素，研究河床的潛流交換過程模式。然而，試驗過程中沉積物存在各項異性，溶質(zhì)分布存在非均一性，準(zhǔn)確測量其濃度，難度大、誤差大，不能準(zhǔn)確地模擬地表水與地下水潛流交換的瞬態(tài)過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能控制水槽地表水加熱與冷卻來研究潛流交換的瞬態(tài)過程問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種監(jiān)測潛流交換通量的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，包括水槽，沿水槽內(nèi)壁豎直設(shè)置有兩個相互平行的擋砂板，擋砂板將水槽分為上游水箱、地表水箱、下游水箱，兩個擋砂板之間的區(qū)域為地表水箱，地表水箱的內(nèi)部從上之下依次分為過水層、沉積物層，上游水箱底部通過管道連通有水泵，水泵通過管道連接有出口三通，出口三通通過管道分別連通有管道加熱裝置和管道冷卻裝置，管道加熱裝置和管道冷卻裝置通過管道共同連通有進口三通，進口三通通過管道與下游水箱底部連通，進口三通還連接有供水管道，供水管道連通有供水箱，位于沉積物層的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有溫度傳感器陣列，溫度傳感器通過導(dǎo)線連接有溫度記錄儀，進口三通與下游水箱之間的管道上設(shè)有自循環(huán)閥門，供水管道上設(shè)置有供水閥門。

管道冷卻裝置包括冷卻水箱，出口三通通過管道連通冷卻水箱，冷卻水箱通過管道共同連通有進口三通，冷卻水箱還連通有冷卻循環(huán)水進水管和冷卻循環(huán)水回水管，冷卻循環(huán)水進水管連接有循環(huán)水抽水泵，冷卻循環(huán)水抽水泵接通供水箱，冷卻循環(huán)水回水管連接有冷卻循環(huán)水回水泵，冷卻循環(huán)水回水泵接通供水箱，冷卻循環(huán)水回水管上設(shè)置有回水閥門，上游水箱與過水層之間設(shè)有消能孔板，消能孔板上均勻開設(shè)有多個孔，消能孔板固定在擋砂板上，下游水箱與過水層之間設(shè)置有尾門裝置，尾門裝置固定在擋砂板上，下游水箱內(nèi)設(shè)置有水位調(diào)節(jié)板。

上游水箱與水泵之間的管道與進口三通與下游水箱之間的管道均設(shè)置為塑料伸縮軟管，上游水箱與水泵之間的管道上設(shè)有電磁流量計，出口三通與管道加熱裝置之間的管道上設(shè)置有第一閥門，和出口三通與冷卻水箱之間的管道上設(shè)置有第二閥門，管道加熱裝置與進口三通之間的管道上設(shè)置有第三閥門，冷卻水箱與進口三通之間的管道上設(shè)置有第四閥門。

下游水箱底部還連接有回水管，回水管另一端接通供水箱，回水管上設(shè)置有常閉閥門。

地表水箱設(shè)置為長方體，兩個擋砂板沿地表水箱的長度方向依次布置，溫度傳感器在地表水箱的長度方向中間5m處等間距分布，溫度傳感器沿地表水箱深度方向在沉積物層下10、20、30、50cm位置依次布置。

上游水箱和下游水箱中均設(shè)置有溫度監(jiān)測裝置。

水槽底部設(shè)置有液壓支撐桿和可旋轉(zhuǎn)支撐桿，水槽外側(cè)壁上固定安裝有記錄儀放置板，溫度記錄儀固定在記錄儀放置板上。

管道加熱裝置包括溫度控制器和溫度加熱棒。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是，一種監(jiān)測潛流交換通量的方法，采用一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，具體按照以下步驟實施：

步驟1，向地表水箱中加入沉積物，然后關(guān)閉自循環(huán)閥門，打開供水閥門，打開水泵，由供水箱向水槽中供水至地表水箱中的地表水水位恒定；

步驟2，關(guān)閉供水閥門，打開自循環(huán)閥門，改變水泵開度待流量達到實驗要求，使地表水水位穩(wěn)定；

步驟3，調(diào)節(jié)地表水溫度，并保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)；

步驟3.1，開啟管道加熱裝置將地表水加熱至試驗要求最高溫度，待地表水加熱至試驗要求最高溫度后，關(guān)閉管道加熱裝置；

步驟3.2，打開管道冷卻裝置，將地表水降溫至實驗要求的最低溫度，待地表水冷卻至試驗要求最低溫度后，關(guān)閉管道冷卻裝置；

步驟3.3，保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)。

步驟4，根據(jù)溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)計算地表水箱的潛流交換量，單位面積潛流交換量計算公式為：

其中：κ_e為有效熱擴散系數(shù)m²/s，C為沉積物的比熱容J/m³/℃，C_w為水的比熱容J/m³/℃，Ar為不同深度的2個溫度傳感器溫度振幅比，

v為河床入滲率；P為溫度變化的周期，Δz為不同深度的兩個測量點之間的直線距離。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1，向地表水箱中加入沉積物，關(guān)閉自循環(huán)閥門，打開供水閥門，打開水泵，打開第一閥門，打開第三閥門，由供水箱向水槽的沉積物層中加入清水，使沉積物層達到飽和狀態(tài)，即水面恰好淹沒沉積物層表面，且小時內(nèi)水面無下降；

步驟1.2，調(diào)整水位調(diào)節(jié)板的角度使過水層的水深達到實驗要求水位；

步驟3.1具體按照以下步驟實施：

步驟3.1.1，開啟管道加熱裝置，并在溫度控制器上設(shè)置試驗要求最高溫度，恒溫加熱；

步驟3.1.2，觀察溫度監(jiān)測裝置，待地表水加熱至試驗要求最高溫度后，關(guān)閉管道加熱裝置，關(guān)閉第一閥門，關(guān)閉第三閥門；

步驟3.2具體按照以下步驟實施：

步驟3.2具體按照以下步驟實施：

步驟3.2.1，打開第二閥門和第四閥門，使水流入冷卻水箱；

步驟3.2.1，待冷卻水箱滿后，打開冷卻循環(huán)抽水泵，打開冷卻循環(huán)水出水閥門；

步驟3.2.2，打開冷卻循環(huán)水回水泵；

步驟3.2.3，觀察溫度監(jiān)測裝置，當(dāng)溫度降至試驗要求最低溫度時，關(guān)閉冷卻循環(huán)抽水；

步驟3.2.4，當(dāng)冷卻水箱中的水抽完，關(guān)閉冷卻循環(huán)回水泵，此時，為一個循環(huán)周期。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，通過設(shè)置上下游水箱之間的自循環(huán)水系統(tǒng)，可模擬地表水與地下水潛流交換自循環(huán)，在溫度控制準(zhǔn)確地情況下完成了地表水與地下水耦合試驗；通過布置在地表水箱邊壁內(nèi)側(cè)的溫度傳感器測定不同位置的溫度，從而可以利用溫度示蹤法研究地下水對潛流交換的影響。通過溫度時序曲線定性分析方法，間接測定指定位置的孔隙水溫度，進而得到潛流交換通量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是圖1的仰視圖；

圖4是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的溫度傳感器與溫度記錄儀連接關(guān)系示意圖；

圖5是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的管道冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的消能孔板與擋砂板安裝關(guān)系示意圖；

圖7是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的局部管道連接示意圖；

圖8是本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的管道加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.水槽，2.過水層，3.沉積物層，4.上游水箱，5.下游水箱，6.消能孔板，7.尾門裝置，8.水位調(diào)節(jié)板，9.第一閥門，10.溫度監(jiān)測裝置，11.第二閥門，12.電磁流量計，13.水泵，14.出口三通，15.管道加熱裝置，16.管道冷卻裝置，17.進口三通，18.自循環(huán)閥門，19.冷卻循環(huán)水進水管，20.冷卻循環(huán)水回水管，21.冷卻循環(huán)水抽水泵，22.回水閥門，23.冷卻循環(huán)水回水泵，24.供水箱，25.供水管道，26.供水閥門，27.溫度傳感器，28.液壓支撐桿，29.可旋轉(zhuǎn)支撐桿，30.回水管，31.溫度控制器，32.溫度加熱棒，33.溫度記錄儀，34.擋砂板，35.記錄儀放置板，36.地表水箱，37.第三閥門，38.第四閥門，39.冷卻水箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，如圖1-圖3所示，包括水槽1，沿水槽1內(nèi)壁豎直設(shè)置有兩個相互平行的擋砂板34，擋砂板34將水槽1分為上游水箱4、地表水箱36、下游水箱5，兩個擋砂板34之間的區(qū)域為地表水箱36，地表水箱36的內(nèi)部從上之下依次分為過水層2、沉積物層3，上游水箱4底部通過管道連通有水泵13，水泵13通過管道連接有出口三通14，出口三通14通過管道分別連通有管道加熱裝置15和管道冷卻裝置16，管道加熱裝置15和管道冷卻裝置16通過管道共同連通有進口三通17，進口三通17通過管道與下游水箱5底部連通，進口三通17還連接有供水管道25，供水管道25連通有供水箱24，位于沉積物層3的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有溫度傳感器27 陣列，如圖4所示，溫度傳感器27通過導(dǎo)線連接有溫度記錄儀33，進口三通17與下游水箱5之間的管道上設(shè)有自循環(huán)閥門18，供水管道25上設(shè)置有供水閥門26。

如圖5所示，管道冷卻裝置16包括冷卻水箱39，出口三通14通過管道連通冷卻水箱39，冷卻水箱39通過管道共同連通有進口三通17，冷卻水箱39還連通有冷卻循環(huán)水進水管19和冷卻循環(huán)水回水管20，冷卻循環(huán)水進水管19連接有循環(huán)水抽水泵21，冷卻循環(huán)水抽水泵21接通供水箱24，冷卻循環(huán)水回水管20連接有冷卻循環(huán)水回水泵23，冷卻循環(huán)水回水泵23接通供水箱24，冷卻循環(huán)水回水管20上設(shè)置有回水閥門22，如圖6所示，上游水箱4與過水層2之間設(shè)有消能孔板6，消能孔板6上均勻開設(shè)有多個孔，消能孔板6固定在擋砂板34上，下游水箱5與過水層2之間設(shè)置有尾門裝置7，尾門裝置7固定在擋砂板34上，下游水箱5內(nèi)設(shè)置有水位調(diào)節(jié)板8。

如圖7所示，上游水箱4與水泵13之間的管道與進口三通17與下游水箱5之間的管道均設(shè)置為塑料伸縮軟管，上游水箱4與水泵13之間的管道上設(shè)有電磁流量計12，出口三通14與管道加熱裝置15之間的管道上設(shè)置有第一閥門9，和出口三通14與冷卻水箱39之間的管道上設(shè)置有第二閥門11，管道加熱裝置15與進口三通17之間的管道上設(shè)置有第三閥門37，冷卻水箱39與進口三通17之間的管道上設(shè)置有第四閥門38。

下游水箱5底部還連接有回水管30，回水管30另一端接通供水箱24，回水管30上設(shè)置有常閉閥門。

地表水箱36設(shè)置為長方體，兩個擋砂板34沿地表水箱36的長度方向依次布置，溫度傳感器27在地表水箱36的長度方向中間5m處等間距分布，溫度傳感器27沿地表水箱36深度方向在沉積物層3下10、20、30、50cm 位置依次布置。

上游水箱4和下游水箱5中均設(shè)置有溫度監(jiān)測裝置10。

水槽1底部設(shè)置有液壓支撐桿28和可旋轉(zhuǎn)支撐桿29，水槽1外側(cè)壁上固定安裝有記錄儀放置板35，溫度記錄儀31固定在記錄儀放置板35上。

如圖8所示，管道加熱裝置15包括溫度控制器31和溫度加熱棒32。

本發(fā)明一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置的工作原理為：工作時，向地表水箱36中加入沉積物，然后關(guān)閉自循環(huán)閥門18，打開供水閥門26，打開水泵13，打開第一閥門9，第三閥門37，向沉積物層3中加入清水，使沉積物層達到飽和狀態(tài)，即水面恰好淹沒沉積物層3表面，且1小時內(nèi)水面無下降，并調(diào)整水位調(diào)節(jié)板8的角度使過水層2的水深達到實驗要求水位；然后，關(guān)閉供水閥門25，打開自循環(huán)閥門18，改變水泵13開度待流量達到實驗要求，使地表水水位穩(wěn)定；再開啟管道加熱裝置15并在溫度控制器31上設(shè)置試驗要求最高溫度后，調(diào)節(jié)第二閥門11，第四閥門38，使水流入冷卻水箱39，同時，打開冷卻循環(huán)抽水泵21，待管道冷卻水箱39中水滿，打開冷卻循環(huán)水出水閥門22和打開冷卻循環(huán)水回水泵23，通過觀察溫度監(jiān)測裝置10，當(dāng)溫度降至試驗要求最低溫度時，關(guān)閉冷卻循環(huán)抽水21，當(dāng)冷卻水箱39中的水抽完，關(guān)閉冷卻循環(huán)回水泵23；然后觀察并記錄溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)計算地表水箱的潛流交換量。通過管道加熱裝置15以及管道冷卻裝置16使地表水箱36中的地表水溫度成周期性變化，由布置在地表水箱36內(nèi)側(cè)壁的溫度傳感器27陣列測定指定位置的孔隙水的溫度，再根據(jù)溫度時序曲線定性分析方法，由不同深度溫度傳感器的溫度曲線相位和振幅變化研究地表水和地下水的潛流交換通量。

本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置通過設(shè)置管道加熱裝置15和管道冷卻裝置16，并將管道加熱裝置15與冷卻裝置16并聯(lián)起來，管道加熱裝置15上設(shè)置溫度控制器31，冷卻裝置16上連接冷卻循環(huán)水進水管19和冷卻循環(huán)水回水管20，冷卻循環(huán)水進水管19連接有循環(huán)水抽水泵21，循環(huán)水抽水泵21接通供水箱24，冷卻循環(huán)水回水管20連接有循環(huán)水回水泵23，循環(huán)水回水泵23接通供水箱24，冷卻循環(huán)水回水管20上設(shè)置有回水閥門22，可以解決循環(huán)水加熱與冷卻問題，加熱時：調(diào)節(jié)各個配合的閥門，使水通過管道加熱裝置15，水經(jīng)過安裝在管道上的管道加熱裝置，并通過溫度控制器設(shè)定試驗要求溫度，從而達到加熱的目的；制冷時：調(diào)節(jié)各個閥門出口三通，使循環(huán)水通過管道冷卻裝置16，此后打開冷卻循環(huán)水抽水泵21，向管道冷卻裝置16中泵水，待管道冷卻裝置中充滿水，打開回水閥門22，同時打開冷卻循環(huán)水回水泵20，通過與管道冷卻裝置中的管道形成熱傳遞，從而使得循環(huán)水的溫度得以降低，再由安裝在上下游水箱的溫度監(jiān)測裝置來選擇關(guān)閉冷卻裝置的時間。本發(fā)明的尾門裝置7為帆板門葉片，固定在擋砂板上，調(diào)節(jié)水位調(diào)節(jié)板8的角度可調(diào)節(jié)過水層2的水深；本發(fā)明的溫度加熱裝置15的直徑0.5m，長1.5m，管道冷卻裝置的直徑0.5m，長度1.5m，冷卻循環(huán)水進水管19和冷卻循環(huán)水回水管20直徑為0.1m；溫度傳感器27為TMC50-HD型，溫度記錄儀33采用4通道UX120-006型，一個溫度記錄儀33了連接4個溫度傳感器27，電磁流量計12的量程0-60L/s用來監(jiān)測地表水循環(huán)系統(tǒng)的流量，水泵13為地表水循環(huán)提供動力；供水箱24為整個系統(tǒng)提供用水；在試驗結(jié)束時，或者實驗過程中地表水箱中水位過高時，可以打開回水管30上設(shè)置的常閉閥門通過回水管30將水槽1中的水回收到供水箱中，從而形成整個系統(tǒng)的循環(huán)；地表水箱36的長度、寬度和高度可分別為7m、0.4m和1.2m，地表水箱36的高度設(shè)置為1.2m主要是考慮到要滿足潛流交換，并且不撞到地表水箱36的下邊界，而寬度的設(shè)置是消除過窄地表水箱引起的邊壁回流的問題；上游水箱4和下游水箱5與地表水箱連接處均為防水連接；消能孔板6為50mm厚的有機玻璃板，均勻打有192個直徑為20mm的孔，消能孔板6能夠消能并引導(dǎo)水流穩(wěn)定進入地表水箱；沉積物層3厚度設(shè)置為70cm；連接管道采用直徑為150mm保溫不銹鋼管，管道冷卻裝置冷卻循環(huán)水管采用直徑為100mm的不銹鋼管，供水管道25采用直徑為150mm不銹鋼鋼管；供水箱采用長寬高分別為2m、1.4m和1.2m的塑料箱；上游水箱4與水泵13之間的管道與進口三通17與下游水箱5之間的管道為塑料伸縮軟管主要是考慮變坡之后對管道的作用力，采用可伸縮管道可有效解決變坡問題；液壓支撐桿28和可旋轉(zhuǎn)支撐桿29可以對水槽的角度進行微調(diào)來模擬具有一定邊坡情況，溫度監(jiān)測裝置10為溫度測量儀，可直接觀察測量上下游水箱水的溫度。

本發(fā)明一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置中，消能孔板6能夠消能并引導(dǎo)上游水箱4中的水流穩(wěn)定進入地表水箱36中，尾門裝置7能夠控制從地表水箱36中流入下游水箱5并對流量進行微調(diào)，水位調(diào)節(jié)板8可通過調(diào)節(jié)其角度來控制地表水箱36內(nèi)的水位，上游水箱4與水泵13之間的管道與進口三通17與下游水箱5之間的管道為塑料伸縮軟管的設(shè)置可有效地適應(yīng)因變坡對管道產(chǎn)生作用力管道的影響，通過溫度監(jiān)測裝置10對地表水箱36中的地表水的溫度進行監(jiān)測，電磁流量計12用于監(jiān)測管道流量，水泵13為地表水循環(huán)提供動力，管道加熱裝置15對循環(huán)水進行加熱，管道冷卻裝置16對循環(huán)水進行冷卻，自循環(huán)閥門18用于控制循環(huán)管道內(nèi)水的啟閉，冷卻循環(huán)水進水管19用于將供水箱的水輸送到管道冷卻裝置中，冷卻循環(huán)水抽水泵21 將供水箱中的水抽送到管道冷卻裝置中，回水閥門22用于控制管道冷卻裝置中的水進入供水箱，冷卻循環(huán)水回水泵23用于將管道冷卻裝置中的水泵送到供水箱中，供水箱24為整個系統(tǒng)提供用水，溫度傳感器24用于測定指定位置的孔隙水溫度，液壓支撐桿28和可旋轉(zhuǎn)支撐桿29起到變坡作用，同時作為水槽的支撐結(jié)構(gòu)，回水管30用于試驗結(jié)束后將水槽中的水回收至供水箱，溫度控制器31用于控制管道加熱器中溫度加熱棒的溫度，溫度加熱棒32能將交變電流產(chǎn)生的熱量傳遞給管道加熱器中的循環(huán)水，溫度記錄儀33用于記錄溫度傳感器測得的溫度，擋砂板34用于阻擋沉積物，防止沉積物進入上下游水箱，記錄儀放置板35用于固定放置溫度記錄儀27。

本發(fā)明的一種監(jiān)測潛流交換通量的方法，采用一種監(jiān)測潛流交換通量的裝置，具體按照以下步驟實施：

步驟1，向地表水箱36中加入沉積物，然后關(guān)閉自循環(huán)閥門18，打開供水閥門26，打開水泵13，由供水箱24向水槽1中供水至地表水箱36中的地表水水位恒定；

步驟2，關(guān)閉供水閥門26，打開自循環(huán)閥門18，改變水泵13開度待流量達到實驗要求，使地表水水位穩(wěn)定；

步驟3，調(diào)節(jié)地表水溫度，并保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄33的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)；

步驟3.1，開啟管道加熱裝置15將地表水加熱至試驗要求最高溫度，待地表水加熱至試驗要求最高溫度后，關(guān)閉管道加熱裝置15；

步驟3.2，打開管道冷卻裝置16，將地表水降溫至實驗要求的最低溫度，待地表水冷卻至試驗要求最低溫度后，關(guān)閉管道冷卻裝置16；

步驟3.3，保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄33的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)。

步驟4，根據(jù)溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)計算地表水箱的潛流交換量，單位面積潛流交換量計算公式為：

其中：κ_e為有效熱擴散系數(shù)m²/s，C為沉積物的比熱容J/m³/℃，C_w為水的比熱容J/m³/℃，Ar為不同深度的2個溫度傳感器溫度振幅比，

v為河床入滲率；P為溫度變化的周期，Δz為不同深度的兩個測量點之間的直線距離。

步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1，向地表水箱36中加入沉積物，關(guān)閉自循環(huán)閥門18，打開供水閥門26，打開水泵13，打開第一閥門9，打開第三閥門37，由供水箱24向水槽1的沉積物層3中加入清水，使沉積物層達到飽和狀態(tài)，即水面恰好淹沒沉積物層3表面，且1小時內(nèi)水面無下降；

步驟1.2，調(diào)整水位調(diào)節(jié)板8的角度使過水層2的水深達到實驗要求水位；

步驟3.1具體按照以下步驟實施：

步驟3.1.1，開啟管道加熱裝置15，并在溫度控制器31上設(shè)置試驗要求最高溫度，恒溫加熱；

步驟3.1.2，觀察溫度監(jiān)測裝置10，待地表水加熱至試驗要求最高溫度后，關(guān)閉管道加熱裝置15，關(guān)閉第一閥門9，關(guān)閉第三閥門37；

步驟3.2具體按照以下步驟實施：

步驟3.2具體按照以下步驟實施：

步驟3.2.1，打開第二閥門11和第四閥門38，使水流入冷卻水箱39；

步驟3.2.1，待冷卻水箱39滿后，打開冷卻循環(huán)抽水泵21，打開冷卻循環(huán)水出水閥門22；

步驟3.2.2，打開冷卻循環(huán)水回水泵23；

步驟3.2.3，觀察溫度監(jiān)測裝置10，當(dāng)溫度降至試驗要求最低溫度時，關(guān)閉冷卻循環(huán)抽水21；

步驟3.2.4，當(dāng)冷卻水箱39中的水抽完，關(guān)閉冷卻循環(huán)回水泵23，此時，為一個循環(huán)周期。

本發(fā)明的溫度變化周期P是通過傳感器測得溫度，對其繪制出相應(yīng)的溫度變化曲線分析得到。

本發(fā)明在確定有效的熱擴散系數(shù)κ_e時，對于同一組溫度傳感器所測數(shù)據(jù)，振幅和相位分別表示的水流速度應(yīng)是一致，河床入滲速率關(guān)于振幅的方程為：

河床入滲速率關(guān)于相位的方程為：

即就是：v_Ar＝v_ΔΦ，此時便得到有效熱擴散系數(shù)κ_e；

其中，

本發(fā)明在確定河床入滲率v時，對于同一組溫度傳感器所測數(shù)據(jù)，振幅和相位分別表示的水流速度應(yīng)是一致，即就是：v_Ar＝v_ΔΦ，此時，v_Ar＝v_ΔΦ＝v即為河床入滲率。

實施例

假設(shè)室溫為16℃即水的初始溫度為16℃，實驗要求升溫到26℃，降溫到16℃；

步驟1，向地表水箱36中加入沉積物，然后關(guān)閉自循環(huán)閥門18，打開供水閥門26，打開水泵13，由供水箱24向水槽1中供水至地表水箱36中的地表水水位恒定，具體按照以下步驟實施：

步驟1.1，向地表水箱36中加入沉積物，關(guān)閉自循環(huán)閥門18，打開供水閥門26，打開水泵13，打開第一閥門9，打開第三閥門37，由供水箱24向水槽1的沉積物層3中加入清水，使沉積物層達到飽和狀態(tài)，即水面恰好淹沒沉積物層3表面，且1小時內(nèi)水面無下降；

步驟1.2，調(diào)整水位調(diào)節(jié)板8的角度使過水層2的水深達到實驗要求水位；

步驟2，關(guān)閉供水閥門26，打開自循環(huán)閥門18，改變水泵13開度待流量達到實驗要求，使地表水水位穩(wěn)定；

步驟3，調(diào)節(jié)地表水溫度，并保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄33的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)；

步驟3.1，開啟管道加熱裝置15將地表水加熱至試驗要求最高溫度，待地表水加熱26℃后，關(guān)閉管道加熱裝置15，具體按照以下步驟實施：

步驟3.1.1，開啟管道加熱裝置15，并在溫度控制器31上設(shè)置恒溫26℃，恒溫加熱；

步驟3.1.2，觀察溫度監(jiān)測裝置10，待地表水加熱至26℃后，關(guān)閉管道加熱裝置15，關(guān)閉第一閥門9，關(guān)閉第三閥門37；

步驟3.2，打開管道冷卻裝置16，待地表水冷卻至16℃后，關(guān)閉管道冷卻裝置16，具體按照以下步驟實施：

步驟3.2.1，打開第二閥門11和第四閥門38，使水流入冷卻水箱39；

步驟3.2.1，待冷卻水箱滿后，打開冷卻循環(huán)抽水泵21，待管道冷卻裝置16中水滿，打開冷卻循環(huán)水出水閥門22；

步驟3.2.2，打開冷卻循環(huán)水回水泵23；

步驟3.2.3，觀察溫度監(jiān)測裝置10，當(dāng)溫度降至16℃時，關(guān)閉冷卻循環(huán)抽水21；

步驟3.2.4，當(dāng)冷卻水箱39中的水抽完，關(guān)閉冷卻循環(huán)回水泵23，此時，為一個循環(huán)周期。

步驟3.3，保存水溫變化過程中溫度記錄儀記錄33的溫度數(shù)據(jù)以及時間數(shù)據(jù)。

步驟4，根據(jù)溫度記錄儀記錄的溫度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)計算地表水箱的潛流交換量，單位面積潛流交換量計算公式為：

其中：κ_e為有效熱擴散系數(shù)m²/s，C為沉積物的比熱容J/m³/℃，C_w為水的比熱容J/m³/℃，Ar為不同深度的2個溫度傳感器溫度振幅比，

v為河床入滲率；P為溫度變化的周期，Δz為不同深度的兩個測量點之間的直線距離。