本發(fā)明屬于水文地質(zhì)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體指代一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置及工作方法。

背景技術(shù)：

巖溶管道在我國西南巖溶地區(qū)廣泛分布，為巖溶地區(qū)污染物運移最主要的通道。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，該地區(qū)的污染日益嚴(yán)重，大量的工業(yè)和生活污水通過落水洞等直接排入巖溶管道，并快速運移擴散到其他地方，造成該地區(qū)地下水大面積污染。研究溶質(zhì)在巖溶管道中的運移過程對于西南巖溶地區(qū)地下水污染預(yù)測與防治具有重要意義。巖溶管道中污染物運移過程可能受到很多因素的影響，例如管道壁的粗糙程度、管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管道內(nèi)沉積物的吸附等，其中管道中溶潭的存在對污染物的運移過程具有顯著的影響，一般認(rèn)為管道中的溶潭能降低污染物的峰值濃度，增加污染物的拖尾時間，目前對于管道中溶潭對污染物運移影響大多數(shù)為定性認(rèn)識，且很少探討不同的溶潭結(jié)構(gòu)對污染物運移的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置及工作方法，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠定量研究不同溶潭結(jié)構(gòu)對管道中污染物運移結(jié)果的影響。

為達到上述目的，本發(fā)明的一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置，包括：定水頭水箱、圓管、流量控制閥、電磁流量計、載體、矩形出口水槽、針管注射器，該定水頭水箱的兩端分別設(shè)有第一出水口與第二出水口，該圓管的入口與上述定水頭水箱的第二出水口相連，該圓管上還依次連接有流量控制閥、電磁流量計及載體，圓管的出口與矩形出口水槽相連；該矩形出口水槽用于放置監(jiān)測儀器的探頭并排水；該圓管上還設(shè)有溶質(zhì)注入口，置于電磁流量計與載體之間，其與針管注射器配合使用，向圓管內(nèi)注射溶質(zhì)；其中，

當(dāng)模擬單一管道溶質(zhì)運移時，上述的載體為圓管；

當(dāng)模擬管道+水箱溶質(zhì)運移時，上述的載體為水箱。

優(yōu)選地，所述的定水頭水箱內(nèi)部被玻璃板分割為左右兩部分，玻璃板高度略低于定水頭水箱外壁高度，右側(cè)水箱底部的第二出水口給圓管供水，左側(cè)水箱底部的第一出水口用于排泄多余的水；外部供水供給右側(cè)水箱，當(dāng)右側(cè)水箱滿后，多余的水會流入左側(cè)水箱，通過左側(cè)水箱底部的第一出水口排出，當(dāng)供水水量大于右側(cè)水箱第二出水口水量時，右側(cè)水箱一直處于滿水和定水頭狀態(tài)給管道供水。

優(yōu)選地，所述的水箱上設(shè)有排氣孔，用于實驗開始后排出水箱內(nèi)的空氣。

優(yōu)選地，所述的水箱的出口與入口呈一條直線設(shè)置或呈對角線設(shè)置。

優(yōu)選地，所述的溶質(zhì)為高濃度nacl溶液。

優(yōu)選地，所述的監(jiān)測儀器采用電導(dǎo)率自動監(jiān)測儀器。

本發(fā)明的一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置的工作方法，包括步驟如下：

將定水頭水箱放置于實驗臺上，圓管放置于地上，保證圓管出入口足夠的水壓差；模擬單一管道的溶質(zhì)運移過程，先通過泵或其它外部供水設(shè)備向定水頭水箱供水，使右側(cè)水箱內(nèi)充滿水，隨后打開流量控制閥，保持一段時間直到圓管內(nèi)的氣泡全部排出，整個圓管處于飽水狀態(tài)，之后根據(jù)電磁流量計讀數(shù)調(diào)節(jié)流量控制閥將管道內(nèi)流速設(shè)置為一定流速；待電磁流量計讀數(shù)穩(wěn)定后，通過針管注射器向圓管內(nèi)瞬時注入一定量的溶質(zhì)，在圓管出口通過監(jiān)測儀器實時監(jiān)測溶質(zhì)濃度變化，獲得圓管出口的溶質(zhì)濃度曲線，完成單一管道的溶質(zhì)運移實驗；

隨后保持流量控制閥的閥門位置不變，將模擬單一管道的溶質(zhì)運移過程中的一段圓管分別替換為兩種不同的水箱，重復(fù)上述的充水和排氣過程；微調(diào)流量控制閥的閥門，確保更換為水箱前后的出口流速保持一致；通過針管注射器向圓管內(nèi)瞬時注入一定量的溶質(zhì)，在圓管出口通過監(jiān)測儀器實時監(jiān)測溶質(zhì)濃度變化，分別獲得含有不同水箱結(jié)構(gòu)的圓管出口溶質(zhì)濃度曲線，與單一管道的溶質(zhì)運移結(jié)果對比研究管道內(nèi)溶潭對溶質(zhì)運移的影響。

優(yōu)選地，所述的兩種不同的水箱具體為水箱出入口呈一條直線設(shè)置、水箱出入口呈對角線設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明能夠通過變換管道結(jié)構(gòu)，快速獲得不同實驗條件下出口的溶質(zhì)濃度曲線，為定量分析研究管道內(nèi)溶潭對溶質(zhì)運移的影響提供了十分有效的方法。

附圖說明

圖1為模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為水箱的主視圖。

圖3為出入口呈一條直線設(shè)置的水箱的俯視圖。

圖4為出入口呈對角線設(shè)置的水箱的俯視圖。

圖5為實施例中流速為0.306m³/s不同管道結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)濃度-時間曲線圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

參照圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置，包括：定水頭水箱1、圓管2、流量控制閥5、電磁流量計6、載體3、矩形出口水槽9、針管注射器；該定水頭水箱1的兩端分別設(shè)有第一出水口（溢流口）與第二出水口，該圓管2的入口與上述定水頭水箱的第二出水口相連，該圓管2上還依次連接有流量控制閥5、電磁流量計6及載體3，圓管2的出口8與矩形出口水槽9相連；該矩形出口水槽9用于放置監(jiān)測儀器4的探頭并排水；該圓管2上還設(shè)有溶質(zhì)注入口7，置于電磁流量計6與載體3之間，其與針管注射器配合使用，向圓管內(nèi)注射溶質(zhì)；其中，

定水頭水箱1，其內(nèi)部被玻璃板分割為左右兩部分，玻璃板高度略低于定水頭水箱外壁高度，右側(cè)水箱底部的第二出水口給圓管供水，左側(cè)水箱底部的第一出水口用于排泄多余的水；外部供水供給右側(cè)水箱，當(dāng)右側(cè)水箱滿后，多余的水會流入左側(cè)水箱，通過左側(cè)水箱底部的第一出水口排出，當(dāng)供水水量大于右側(cè)水箱第二出水口水量時，右側(cè)水箱一直處于滿水和定水頭狀態(tài)給管道供水；

其通過泵或其它外部供水設(shè)備不停向水箱供水，打開流量控制閥5后，右側(cè)水箱中的水流向圓管2（實施例中選用pvc圓管），所有實驗場景下流向圓管的流量均小于進水流量，多余的水通過左側(cè)水箱底部的第一出水口流出，維持水箱的定水頭；把定水頭水箱1放置在實驗臺上，確保定水頭水箱1水頭和圓管出口之間有足夠的水頭差；定水頭水箱向圓管供水。

圓管2，實施例中選用pvc圓管，長56m，其中定水頭水箱1第二出水口到溶質(zhì)注入口7的長度為6m，確保溶質(zhì)注入口之后圓管內(nèi)流場的穩(wěn)定，載體3到溶質(zhì)注入口7的距離為20m，pvc圓管內(nèi)徑為19mm，外徑為24mm，放置在地面上。

載體3，當(dāng)模擬單一管道溶質(zhì)運移時，載體為pvc圓管，其與其它區(qū)域圓管內(nèi)外徑一致，內(nèi)徑為19mm，外徑為24mm；當(dāng)模擬管道+水箱溶質(zhì)運移時，載體為水箱，水箱設(shè)計為立方體，由透明玻璃板構(gòu)成，邊長10cm，兩種不同結(jié)構(gòu)水箱主要表現(xiàn)為的水箱進水口和出水口位置不同，分別為水箱11出入口呈一條直線設(shè)置及水箱12出入口呈對角線設(shè)置。

監(jiān)測儀器4，采用電導(dǎo)率自動監(jiān)測儀器，該監(jiān)測儀器4的探頭放置在矩形出口水槽9中靠近圓管出口處，監(jiān)測不同時刻的電導(dǎo)率值。

流量控制閥5，調(diào)節(jié)流量控制閥來控制圓管2中的水流量的大小。

電磁流量計6，監(jiān)測通過圓管的水流流量值。

溶質(zhì)注入口7，采用2.5ml針管注射器向圓管內(nèi)注入nacl溶液，注入時間小于1秒，近似為瞬時注入。

矩形出口水槽9，三面均由透明玻璃板構(gòu)成，連接圓管出口8，用于放置監(jiān)測儀器探頭并排水。

排氣孔10，其設(shè)于水箱3上，水流進水箱時，空氣通過排氣孔10排出，最終使得水箱充滿水，呈飽水狀態(tài)，待圓管和水箱均充滿水時，夾住排氣孔，防止水流通過該孔流出。

一種模擬管道內(nèi)溶潭對污染物運移影響的裝置的工作方法，實施例中步驟如下：

步驟一：先模擬單一管道的溶質(zhì)運移過程，通過泵或其它供水設(shè)備向定水頭水箱1供水，使右側(cè)水箱內(nèi)充滿水，隨后把流量控制閥的閥門開到最大，讓水流進圓管，保持一段時間直到圓管內(nèi)的氣泡全部排出，整個圓管處于飽水狀態(tài)；待圓管處于飽水且水流流場穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)流量控制閥的閥門至管道內(nèi)流速為0.306m/s，此時圓管內(nèi)雷諾數(shù)大于4000，水流為紊流。

步驟二：調(diào)節(jié)流量控制閥的閥門后，稍等片刻至流量恢復(fù)穩(wěn)定時，取2.5ml提前配置好的濃度為200g/l的nacl溶液，在1s內(nèi)通過溶質(zhì)注入口注入圓管，為保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，每一次實驗需要重復(fù)進行3次溶質(zhì)注入實驗，確保圓管出口的濃度-時間穿透曲線基本相同。

步驟三：注入nacl溶液同時，啟動電導(dǎo)率自動監(jiān)測儀器的自動記錄模式，監(jiān)測圓管出口溶液的電導(dǎo)率值。

步驟四：隨后保持流量控制閥的閥門位置不變，將模擬單一管道的溶質(zhì)運移過程的裝置內(nèi)的某一段圓管（即溶質(zhì)注入口與圓管出口之間的任意一段）替換為兩種不同的水箱，分別為水箱出入口呈一條直線設(shè)置及水箱出入口呈對角線設(shè)置；重復(fù)上述步驟一中的充水和排氣過程；替換為水箱后，圓管內(nèi)的流速可能會出現(xiàn)一定的變化，當(dāng)流速變化較大時，微調(diào)流量控制閥的閥門，根據(jù)電磁流量計讀數(shù)確保更換為水箱前后的水流速保持一致；接著重復(fù)上述步驟二與步驟三。

步驟五：實驗完成后，導(dǎo)出電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。采用實驗用水配置不同溶度的nacl溶液并測量其電導(dǎo)率值，建立nacl濃度與電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線將監(jiān)測的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為濃度值，繪制濃度-時間曲線，見圖5，圖中a為單管道；b為管道中間連接一個對稱水箱（出入口呈一條直線設(shè)置）；c為管道中間連接一個不對稱水箱（出入口呈對角線設(shè)置）。結(jié)果顯示管道中溶潭（即水箱）的存在會導(dǎo)致溶質(zhì)峰值濃度明顯降低，出口處溶質(zhì)持續(xù)時間增加，不對稱溶潭還會導(dǎo)致溶質(zhì)溶度峰值的明顯滯后。

此外，本發(fā)明還可通過調(diào)節(jié)流量控制閥的閥門，來控制圓管內(nèi)水的流速，研究不同流速條件下溶潭結(jié)構(gòu)對管道中污染物運移影響的變化。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。