本實用新型屬于水利工程領域，涉及一種在室內實驗中多孔介質飽和非飽和測量裝置。

背景技術：

側岸帶是河道兩側在河岸一定范圍內河水與區域地下水發生潛流交換的區域。側岸潛流交換對河流生態系統的結構和功能有著重要作用，潛流交換流由于控制著潛流帶內水量的變化及各種物質的滯留時間，對地下水的水量和水質變化具有重要的影響。在側岸橫向結構上，由于河流與河岸交界面具有強烈的水文連通性，因而河水水位上漲時河流水通過側向交換補給河岸地下水，河水位下降時河岸含水層中的地下水又會補給河流，從而在側岸的多孔介質中形成飽和非飽和的交替。海岸帶與湖濱帶與側岸帶相同，在海水位和湖水位變化下，地下水位高于海水和湖水水位時會補給海水和湖水，地下水位低于海水和湖水水位時海水和湖水會補給地下水，從而在海岸和湖岸的橫向結構上產生飽和非飽和交替的現象。對這一交替現象的監測對研究變化水位與多孔介質中地下水之間交換的水動力過程具有重要意義。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種在室內實驗水槽中多孔介質飽和非飽和測量裝置，能夠實現任意變化水位下多孔介質的飽和非飽和情況的測量。

為達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種多孔介質中非飽和變化監測裝置，包括水槽、自動水位控制系統、架設在水槽上方的若干安裝有豎直方向探桿的探頭固定架和數據采集系統，水槽內的區域從左到右依次劃分為地下水區域、多孔介質區域和地表水區域，水槽上多孔介質區域的上方架設有若干探頭固定架，其上設置有與數據采集系統連接的探測裝置的探桿伸入多孔介質區域內，所述自動水位控制系統和地表水區域連接。

進一步的，所述自動水位控制系統包括水位探頭、水箱、雙向泵、直流電機和工業控制計算機，所述與工業控制計算機連接的水位探頭設置在所述地表水區域內，所述雙向泵與直流電機電連接且分別與工業控制計算機連接，雙向泵還分別與地表水區域和水箱連接。

進一步的，所述多孔介質區域兩側設置有與水槽等寬的攔沙架，其上焊接有攔紗網的攔沙架底部焊接有形成三角形的支撐桿，為了增加攔沙架的穩定性。

進一步的，所述探頭固定架為木桿，木桿下方垂直固定兩段相對設置的短木桿，探桿綁于兩個短木桿之間，探桿桿底端設置有鐵塊，增加探桿的穩定性。

進一步的，所述水槽上地下水區域內設置高度可調整的溢流擋板。

本實用新型的有益效果在于：

(1)能夠實現多孔介質的飽和非飽和情況的測量，實驗過程中的測量可自動實現，可節約人力提高實驗效率，本實用新型可以為研究變化水位與多孔介質中地下水之間交換的水動力過程提供科學的指導。

(2)為了增加探桿的穩定性，通過在探桿下端焊接鐵塊來增加自重，保證固定在探桿上的探測裝置在變化的水位下保持穩定，不至發生偏移影響實驗結果。

(3)為增強沙坡的穩定性，在攔沙架下部焊接形成三角形的支撐桿，用以保證攔沙架的穩定，攔沙架上焊接攔沙網。

(4)只需將水位變化情況導入工業控制計算機，系統就可以通過自動水位控制系統自動實現該變化的水位，并對水位變化情況下多孔介質的飽和非飽和情況進行實時監測，節約了人工提高了實驗效率。

附圖說明

為了使本實用新型的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本實用新型提供如下附圖進行說明：

圖1為本實用新型實施例所述的裝置結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例所述的水槽的俯視圖；

圖3為本實用新型實施例所述的攔沙架和焊接于攔沙架上的攔紗網結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例所述的探頭固定架和探桿的結構示意圖。

附圖標記說明：

1-水槽；2-雙向泵；3-直流電機；4-工業控制計算機；5-水位探頭；6-水箱；7-攔沙架；71-攔紗網；72-支撐桿；8-溢流擋板；9-探頭固定架；10-含水率探頭；11-張力計；12-壓力傳感器；13-探桿；14-短木桿；15-鐵塊；101-地下水區域；102-多孔介質區域；103-地表水區域。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述。

如圖1至圖4所示，一種多孔介質中非飽和變化監測裝置，包括水槽1、自動水位控制系統、架設在水槽1上方的若干安裝有豎直方向探桿13的探頭固定架9和數據采集系統。水槽1沿長度方向依次劃分為地下水區域101、多孔介質區域102和地表水區域103，水槽1上多孔介質區域102的上方架設有探頭固定架9，探桿13伸入多孔介質區域102內，探桿13上設置有分別與數據采集系統相連接的張力計11、壓力傳感器12和含水率探頭10。自動水位控制系統包括水位探頭5、水箱6、雙向泵2、直流電機3和工業控制計算機4，與工業控制計算機4連接的水位探頭5設置在地表水區域103內，雙向泵2與直流電機3電連接且分別與工業控制計算機4連接，雙向泵2還分別與地表水區域103和水箱6連接，水位探頭5將檢測到的水位信號傳遞給工業控制計算機4，工業控制計算機4控制直流電機3，雙向泵2由直流電機3驅動并受直流電機3電極的變化控制其正反向轉動，實現水槽1的進水和出水，結合水位探頭5，將目標水位變化情況導入工業控制計算機4即可實現該水位變化的情況。

水槽1出水口處設置尾水排水管道，在水槽1的地下水區域101安裝高度可以調整的溢流擋板8，可以在實驗中提供任意恒定的地下水高度。水槽1高度為1.5m，兩側地下水區域101和地表水區域103的長度為1m，泥沙區長度為28m，高度為1.3m。

多孔介質區域102兩側設置有與水槽1等寬的攔沙架7，攔沙架7上焊接有攔紗網71，為保證攔沙架7的穩定性在其底部焊接有形成三角形結構的支撐桿72，攔沙架7和水槽1內壁間的縫隙處塞上橡皮泥，用來在水位變動的情況下保持沙坡的穩定并盡可能不影響水流流態，攔沙架7和多孔介質之間設置200目的尼龍攔紗網和土工織物。

探頭固定架9為木桿，木桿下方垂直固定兩段相對的短木桿14，探桿13為鐵桿，探桿13綁于兩個短木桿14之間，為了保證裝置在水流下的穩定性在探桿13的底端焊接有鐵塊15來增加自重。

探頭固定架9越靠近地表水區域103布置越密集，多孔介質區域102上方從靠近地表水區域103的一端開始布置，從距離攔沙架0.3m處開始，依次布置5根距離為0.3m、5根距離為0.5m、5根距離為1m、5根距離為2m、5根距離為3m的探頭固定架9。含水率探頭10、壓力傳感器12和張力計11用尼龍扎帶固定在鐵桿同一水平位置上，每個含水率探頭10、張力計11和壓力傳感器12為一組，從探桿0.3m處至1.3m處每隔0.2m等距布置，并連接數據采集系統對各采樣點處含水率、壓力和張力變化進行實時監測，從而最大程度上捕捉多孔介質中非飽和變化的情況。

水槽1進水口設置有進水閥門，開始實驗時需先開啟自動水位控制系統再打開進水閥門，實驗結束時應先關閉進水閥門再關閉自動水位控制系統，防止開閥門時水槽1中的水從進水口排出對沙坡造成沖刷。

最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本實用新型進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本實用新型權利要求書所限定的范圍。