地下水动力学实验

1、地下水动力学实验地下水动力学实验有降水和蒸发时河间地块地下水运动模拟有降水和蒸发时河间地块地下水运动模拟实验目的及要求实验目的及要求 1 1、通过本次实验，要求学生学、通过本次实验，要求学生学会利用量筒、烧杯、秒表等，观会利用量筒、烧杯、秒表等，观测渗流槽水的渗流量。测渗流槽水的渗流量。2 2、经过本次实验，要求学生学、经过本次实验，要求学生学会利用渗流槽模拟大气降水、地会利用渗流槽模拟大气降水、地面蒸发和河间地块中地下水运动面蒸发和河间地块中地下水运动的方法。的方法。3 3、本次实验中，要求学生在调整渗、本次实验中，要求学生在调整渗流槽两侧左、右排泄口高差（左、流槽两侧左、右排泄口高差（左、

2、右河水位）时，认真观察渗流槽背右河水位）时，认真观察渗流槽背面各测压管水位变化所反映的渗流面各测压管水位变化所反映的渗流槽砂层中潜水分水岭的迁移方式，槽砂层中潜水分水岭的迁移方式，进一步了解河间地块中地下潜水分进一步了解河间地块中地下潜水分水岭的分布规律。水岭的分布规律。4 4、实验时，要求学生认真观察渗流、实验时，要求学生认真观察渗流槽背面不同位置的张力计上水银柱槽背面不同位置的张力计上水银柱读数变化，了解包气带和饱水带毛读数变化，了解包气带和饱水带毛细管负压分布特征细管负压分布特征实验模型确定实验模型确定假定有一河间地块假定有一河间地块,地块内地下水仅有大气降水入渗补给地块内地下水仅有大气

3、降水入渗补给和通过毛细蒸发与两侧河流排泄。则其概化模型见图和通过毛细蒸发与两侧河流排泄。则其概化模型见图1：通过一定时间间隔通过一定时间间隔t模拟天然条模拟天然条件人工制造降水或蒸发，且连续件人工制造降水或蒸发，且连续观测渗流槽砂层水（河间地块地观测渗流槽砂层水（河间地块地下水）排泄到两侧排水口（两侧下水）排泄到两侧排水口（两侧河流）的流量与渗流槽背面各测河流）的流量与渗流槽背面各测管水位（河间地块各断面上观测管水位（河间地块各断面上观测孔水位）变化，就可模拟河间地孔水位）变化，就可模拟河间地块中地下水渗流场。块中地下水渗流场。实验所用仪器设备实验所用仪器设备1、渗流槽及其供水管路；、渗流槽及

4、其供水管路；2、量筒、量杯等测水量具；、量筒、量杯等测水量具；3、秒表、秒表;实验内容实验内容实验前准备工作 （1）选用渗流槽模型建立模拟）选用渗流槽模型建立模拟地下水渗流场地下水渗流场根据所研究地区根据所研究地区河间地块的水文地质条件，建立河间地块的水文地质条件，建立相应的地下水渗流场模型相应的地下水渗流场模型（2）按所选模型装填渗流槽）按所选模型装填渗流槽要求装填渗流槽时，模拟含水层的要求装填渗流槽时，模拟含水层的沙子应淘洗干净，整个渗流槽内含沙子应淘洗干净，整个渗流槽内含水层沙子厚度应基本均匀，补给河水层沙子厚度应基本均匀，补给河流和排泄河流与含水层砂子接触处流和排泄河流与含水层砂子接触

5、处应用小于含水层砂粒粒径的滤网隔应用小于含水层砂粒粒径的滤网隔开以免沙子流入渗流槽水箱内。开以免沙子流入渗流槽水箱内。 包气带和饱水带介质与厚度，选择相应粒度包气带和饱水带介质与厚度，选择相应粒度的均质砂层按比例模拟；的均质砂层按比例模拟； 隔水层，可概化为水平分布，用渗流槽底板隔水层，可概化为水平分布，用渗流槽底板模拟；模拟； 大气降水，利用在渗流槽顶部将该地区年降大气降水，利用在渗流槽顶部将该地区年降水量按比例分配到水量按比例分配到t喷水时间模拟；喷水时间模拟； 蒸发，利用在渗流槽顶设置红外线灯依该地蒸发，利用在渗流槽顶设置红外线灯依该地区干旱月份地温变化和日照时间加热模拟；区干旱月份地温

6、变化和日照时间加热模拟； 河间地块地下水向河流排泄，利用调整渗流河间地块地下水向河流排泄，利用调整渗流槽左、右排泄口水位模拟。槽左、右排泄口水位模拟。 实验操作步骤及方法实验操作步骤及方法（1）首先关闭所有阀门（见附图）首先关闭所有阀门（见附图3），将），将渗流槽两头河流（水箱）水位设置到一定渗流槽两头河流（水箱）水位设置到一定高程（根据所选的水文地质模型中两河水高程（根据所选的水文地质模型中两河水位差按比例确定），本次实验可设为位差按比例确定），本次实验可设为80cm。（2）慢慢打开总水阀门）慢慢打开总水阀门F1和和F2待上待上面常水头供水箱内水上满且下面溢面常水头供水箱内水上满且下面溢流管

7、口有水流出后，再慢慢打开右流管口有水流出后，再慢慢打开右侧河流上方的阀门侧河流上方的阀门F3和和F5。通过调。通过调节节F3和和F5使两侧水箱水位保持一致使两侧水箱水位保持一致上升，注意供水流量尽量小点，以上升，注意供水流量尽量小点，以便砂层中空气排出。便砂层中空气排出。 （3）待两侧河流水位上升到预设高）待两侧河流水位上升到预设高度，渗流槽两侧溢流口有水排出且度，渗流槽两侧溢流口有水排出且两水箱水位保持稳定不再上升时，两水箱水位保持稳定不再上升时，维持约维持约2040分钟，使渗流槽砂层分钟，使渗流槽砂层内水位亦上升到此预设高度，再关内水位亦上升到此预设高度，再关闭闭F2阀门停止向渗流槽供水。

8、阀门停止向渗流槽供水。（4）仔细观察渗流槽背面水位观测）仔细观察渗流槽背面水位观测管中的水头，凡在左侧河流水位以管中的水头，凡在左侧河流水位以下同一断面出水口的水位观测管中下同一断面出水口的水位观测管中水位，原则上应一致或相差不大水位，原则上应一致或相差不大（个别管出水口滤网水头损失大（个别管出水口滤网水头损失大点）。若差别太大说明连接胶管内点）。若差别太大说明连接胶管内或连接渗流槽出水口内有空气泡存或连接渗流槽出水口内有空气泡存在，应分别打开排气塞子进行排气，在，应分别打开排气塞子进行排气，一定要将管内空气排净，否则影响一定要将管内空气排净，否则影响实验数据准确性。实验数据准确性。（5）待渗

9、流槽两侧水箱溢流排水口）待渗流槽两侧水箱溢流排水口停止排水后，慢慢打开常水头供水停止排水后，慢慢打开常水头供水箱下方阀门箱下方阀门F4开始人工制造降水。开始人工制造降水。从开始降水从开始降水t0时刻到渗流槽两侧排时刻到渗流槽两侧排水口有水流出的水口有水流出的tI时刻，为模拟一次时刻，为模拟一次降雨补给地下水滞后时间降雨补给地下水滞后时间t。之后。之后可关闭可关闭F4阀门停止人工降水。并用阀门停止人工降水。并用量筒或烧杯、秒表观测两侧排水口量筒或烧杯、秒表观测两侧排水口水流量，每次均取水流量，每次均取5001000ml体体积（积（V），并记录下所用的时间（要），并记录下所用的时间（要求精确到求精

10、确到1/10秒）。同时按下式换秒）。同时按下式换算成流量：算成流量：Q=V/s单单位：位：ml/s直到流量很小为止直到流量很小为止,并将并将其观测结果记入实验报告中相应表其观测结果记入实验报告中相应表格。最后将其按适当比例标在方格格。最后将其按适当比例标在方格纸上纸上,绘出降水补给地下水的流量过绘出降水补给地下水的流量过程曲线。程曲线。（6）再次打开）再次打开F4阀门进行人工降水，阀门进行人工降水，同时观察渗流槽背面各观测管中的同时观察渗流槽背面各观测管中的水头和两侧排泄口水流量，并记入水头和两侧排泄口水流量，并记入实验报告中相应表格，以备将其标实验报告中相应表格，以备将其标在方格纸上，按适当

11、比例绘制河间在方格纸上，按适当比例绘制河间地块地下潜水渗流场潜水水位线地块地下潜水渗流场潜水水位线（浸润曲线）和研究其初始时刻地（浸润曲线）和研究其初始时刻地下水分水岭用。下水分水岭用。（7）可相隔约）可相隔约2030分钟时间，分分钟时间，分别将右侧排泄口降低别将右侧排泄口降低1520cm两次，两次，连续观测两侧排泄口水流量和渗流连续观测两侧排泄口水流量和渗流槽背面测压管水位，并填入实验报槽背面测压管水位，并填入实验报告书中的相应表格内，以备在同一告书中的相应表格内，以备在同一张方格纸上按适当比例绘出所有地张方格纸上按适当比例绘出所有地下潜水水位曲线，观察几条曲线的下潜水水位曲线，观察几条曲线的分水岭变化和两侧水箱溢流口排泄分水岭变化和两侧水箱溢流口排泄流量关系，分析其地下水运动特征。流量关系，分析其地下水运动特征。（8）人工降水一结束，马上打开红）人工降水一结束，马上打开红外线加热灯加热，模拟太阳光照土外线加热灯加热，模拟太阳光照