具体实施方式

如图1至图3所示，一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置，包括供水系统A、砂槽B、河道模拟装置C、溶解氧监测模块D、排泄系统E和压力监测模块F：

供水系统A由供液箱1、水泵2、若干导管3和流量计4组成，其中供液箱1用于存储实验所需溶液，通过导管3依次连接水泵2和流量计4后与砂槽侧壁的进水孔11相连，水泵2用于控制入渗速度，流量计4用于监测实验过程中通过河道模拟装置的入渗流量；

砂槽B垂直放置，内部从左至右分为左子室B1、中部子室B2和右子室B3，左子室B1为水头高度调节装置，与供水系统A相连，中部子室B2为砂槽主体部分，用于填充场地原状河床沉积物及含水层介质，右子室B3为模拟场地开采井的装置，与排泄系统E相连，左子室B1与中部子室B2之间通过透水板6和隔水挡板9分隔，透水板6位于上部，隔水挡板9位于下部；右子室B3与中部子室B2之间通过透水板6分隔，透水板6均匀密布若干透水孔；

砂槽B的左子室B1的侧壁上布设有进水孔11和若干第一出水孔5，其中进水孔11位于砂槽B侧壁下端，与供液箱1相连，用于为砂槽B提供实验所需液体，若干第一出水孔5位于砂槽B的左子室B1的侧壁上端不同高度处，通过打开响应高度的第一出水孔5以控制不同河水水位，砂槽B的右子室B3的侧壁下端布设有第二出水孔16，第二出水孔16与马氏瓶14连通，第二出水孔16通过与不同高度马氏瓶14相连以控制排泄水位，马氏瓶14的排泄水位高度低于第一出水孔5，以河水与排泄水位之间水头差为驱动力促进河水入渗补给地下水；

河道模拟装置C位于砂槽B的中部子室B2的左上部，河道模拟装置C的底部为倾斜的透水板6，该倾斜的透水板6是模拟河道，考虑到天然条件下河床沉积物结构，按等比例缩放模拟河道的坡度，河道模拟装置C左、右和下侧为透水板6，用于模拟河流垂向入渗和侧向入渗过程，河道模拟装置C的模拟河道上铺设不同厚度的淤积层7，以模拟河流不同冲淤程度；

溶解氧监测模块D由溶解氧膜片20、光纤数据采集器12和溶解氧数据处理系统13组成，其中溶解氧膜片20粘贴于砂槽B内壁靠近孔隙水取样孔8的位置，光纤数据采集器12一端与溶解氧数据处理系统13相连，光纤数据采集器12一端垂直照射于溶解氧膜片20，光纤数据采集器12能够对溶解氧膜片20的测定信息进行自动实时记录并将数据传递到溶解氧数据处理系统13中，溶解氧数据处理系统13对接收到的信号依据实验过程中温度和压力变化自动转化为溶解氧浓度信息，从而实现对溶解氧浓度的原位监测；

排泄系统E由马氏瓶14和高度调节装置15组成，马氏瓶14放置在高度调节装置15上；通过调节马氏瓶14的高度并与砂槽B的第二出水孔16相连，以控制不同排泄水位；

压力监测模块F由压力变送器、压力数据采集器18和压力数据处理系统19组成，压力变送器布设于砂槽B的压力传感器布设孔17内，数据采集器18一端与压力传感器相连，数据采集器18另一端与压力数据处理系统19相连，测量电极能够监测到砂槽内部含水率变化情况，并将信息传递到压力数据采集器18，压力数据采集器18能够对电极的测量信息进行自动的实时记录并将数据传递到压力数据处理系统19当中，压力数据处理系统19对接收到的信号转化为压力信息，从而实现对砂槽内部压力变化情况的原位监测。

本发明中，砂槽内部河床沉积物和含水层介质依据实验场地颗分数据配比而成，根据实验场地不同可自行选择；砂槽B制作材料选择为有机玻璃，玻璃板厚度设定为1.5cm，砂槽尺寸设定为长×宽×高为1.5m×0.2m×1.0m，左子室长度为5cm，中部子室长度为140cm，右子室长度为5cm，透水板6和隔水挡板9的厚度为5mm，进水孔11、第一出水孔5和第二出水孔16的内径和外径分别为10mm和12mm；供液箱1和排泄装置E均为体积为25L的马氏瓶，导管3选用内径和外径分别为6mm和9mm的乳胶管，溶解氧膜片20位直径为5mm的圆形贴片，压力变送器前端材料选择陶土头，与不锈钢钢管相连，管径为10mm，钢管长度与陶土头长度共计10cm，压力变送器前端陶土头需水平放置于砂槽内部。

一种模拟傍河地下水开采的室内砂槽实验装置的实验方法，该方法包括以下步骤：

1)、溶解氧膜片粘贴：溶解氧膜片20的黑色侧与介质接触，粉红色/绿色侧粘附在砂槽B内壁上，粘贴完毕后放置12h等待胶水完全变干，溶解氧膜片20若来自同一批次，则只需根据说明书校准其中一个传感器，无须单独校准每个传感器；

2)、砂槽装填：提前将纱布粘贴于中部子室B1两侧透水板6，以防止介质颗粒堵塞透水孔；按照野外实际场地河床沉积物及含水层结构，选用场地河床沉积物及含水介质作为模拟槽填充介质，同时按照野外河床沉积物及含水层介质天然容重进行填装；淤积层7每填装5cm高度进行压实一次，避免产生空隙裂隙等，同时防止产生优先流，使模拟槽中介质最大限度接近天然状态下河床沉积物和含水层介质；

3)、压力变送器布设：将所有电极同数据采集器18相连，并进行校准。事先设定好电极布设深度，在砂槽B装填过程中，同步将压力变送器埋入实验槽侧壁压力传感器布设孔17内，布设一定深度电极后，利用介质填充砂槽B其他部分，避免砂槽B内部形成较大孔隙，造成优先流，进而导致测量误差；

4)、砂槽饱水：砂槽B填装好后，用导管3将进水区底部的进水孔11与供液箱1相连，控制水泵2速度，自下而上用超纯水缓慢进水，该超纯水是通氩气一段时间，保证氧气浓度小于0.2mg/L的水，待地下水取样孔10有水流流出时，关闭此处止水夹，砂槽B内水头每上升5cm，稳定后再继续供水，将砂槽B内空气完全排尽，砂槽B饱水完成后，继续供水；

5)、示踪剂注入：将砂槽B同供水系统A及排泄系统E相连，固定砂槽B的第一出水孔5的高度，调节砂槽B的第二出水孔16高度，以控制河水入渗水力梯度，示踪剂以NaCl为例，在给定河水位和排泄水位条件下，配制预定浓度的NaCl溶液，利用水泵2，以预定速度通入渗流槽中；

6)、样品采集、测试与处理：示踪剂注入后即可开始采样及测试工作，采样时间间隔根据渗流速度选定，渗流速度通过砂槽B的第二出水孔16排泄水量计算得到，渗流速度较快，设定采样时间间隔较小，反之时间间隔可增大；样品采集后，测定电导率，直至孔隙水取样孔8和地下水取样孔10中电导率达到峰值且稳定不变；对所获取的数据进行处理，可分别得到同一时刻不同位置及同一位置不同时刻浓度变化情况，绘制浓度等值线图，观测示踪剂运移情况并确定弥散带、过渡带和对流带分布范围；

7)、砂槽冲洗：实验结束后，利用去离子水代替示踪溶液继续通入砂槽B，利用水泵2控制通入速度，检测孔隙水取样孔8和地下水取样孔10渗流液电导率，直至电导率数据降低至背景值以下，表明冲洗过程已完成；

8)、实验用水注入及监测：实验过程中，依据实测河水水化学指标配置入渗水源，利用已配置入渗溶液代替去离子水通入砂槽B，固定砂槽B第一出水孔5的高度，调节砂槽B的第二出水孔16高度，以控制河水渗流速度；

9)、样品采集与测试：实验过程中，应用溶解氧膜片20实时监测砂槽B内氧气浓度，设置采样频率，测试相关指标浓度，实验过程中同步监测渗流速度及其他相关指标变化规律，同时测试模拟河水及模拟出水口相关指标变化规律；实验结束后，分层位采集沉积物介质样品，测试相关指标变化规律。

本方法中，实验所用溶液依据场地实测河水水化学指标进行配置，选用腐殖酸作为电子供体，浓度设置为30mg/L，应用硫酸钠和硝酸钾分别调节SO₄ ^2-和NO₃ ^-浓度为50mg/L和2.8mg/L；透水板6两侧粘贴纱布目数可选用100目，淤积层7厚度分别设置为2cm，3cm和5cm，淤积层7颗粒平均粒径设置为20μm。溶解氧膜片20及电极布设情况分别如图1和图2所示；砂槽B左右水头差根据实验需求进行设定；压力记录时间间隔设置为5秒，溶解氧膜片照射时间间隔设置为1d，同一样品重复测试三次以保证结果的准确性。