一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置及其测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置及其测定方法,既不扰动建墙前、后含水层结构，又能直观观测墙体上游残余咸水的净化过程，能够满足滨海含水层截渗墙水动力机理和环境效应的模拟试验需求。通过本发明专利技术的技术方案，解决传统海水入侵模拟装置在进行截渗墙的试验时，需要反复开挖、重新装填多孔介质，无法保证两次构造的含水层物理性质完全一致的问题。本装置和模拟方法既能保证含水层物理性质不变，也能减少重复的实验准备工作，提高实验效率。有效地观测截渗墙上游残余咸水的自然净化过程，可以满足不同类型截渗墙的室内实验需求。通过改变截渗墙的位置和高度，也能进行截渗墙结构对海水入侵防控和残余咸水净化的影响实验。化的影响实验。化的影响实验。

【技术实现步骤摘要】
一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置及其测定方法


[0001]本专利技术涉及海洋模拟装置
，具体而言，特别涉及一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置及其测定方法。

技术介绍

[0002]由于沿海地区经济和社会的高速发展，过量开采地下水，破坏了含水层内部原有的水动力平衡，导致海水沿着含水层向内陆侵入，造成海水入侵现象。而全球气候变化也导致海平面上升，进一步加剧了海水入侵现象。海水入侵会使地下淡水咸化，并引起上游地下水源地咸水的滞留，发生水质型缺水，严重影响着沿海地区社会经济的可持续发展。为了防治滨海含水层海水入侵，许多工程措施被广泛应用，包括人工回灌、水动力帷幕、地下空气帷幕、地下截渗墙和开采井优化管理等。地下截渗墙技术只需一次性投入，即可长期有效的控制海水入侵，受到越来越多国家和地区的关注，并广泛地应用于海水防治工程。
[0003]在设计和建设截渗墙工程之前，必须阐明截渗墙作用下滨海含水层的水
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盐动力学机制和环境效应，该研究常用的方法包括数值模拟和室内物理模拟试验。数值模拟是在水文地质模型概化的基础上，利用数值方法计算含水层中地下水流和溶质运移过程，从而确定地下水位、水量以及溶质的时空变化特征。室内物理模拟试验是基于相似理论，构建砂槽渗流模拟装置，模拟滨海含水层复杂的地下水流动和溶质对流
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弥散过程以及不同因素（潮汐、水力梯度、渗透性等）的影响效应。
[0004]滨海含水层中截渗墙建设会引起地下水流场和浓度场的长期变化。但是，目前均是采用传统的海水入侵模拟装置来研究截渗墙的水
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盐作用机制和环境效应，没有针对截渗墙的专门设计。在进行截渗墙条件下的渗流试验时，需要开挖、重新装填砂槽，才能将截渗墙安装在含水层的某一位置。这时，由于两次装填多孔介质的水环境和按压程度并不完全一致，会引起两者的含水层物理性质（孔隙度、弥散系数、弥散度）发生变化。此外，该装置也无法有效观测墙体上游残余咸水的自然净化过程。因此，需要专利技术新的截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置和测试方法。
[0005]现有技术中，海水入侵室内模拟装置都不包含截渗墙控制部分。在模拟截渗墙阻挡海水入侵的试验中，需要反复开挖、重填多孔介质，才能将截渗墙安装在含水层的某一位置。由于截渗墙设置前、后装填多孔介质的水环境和按压程度不同，导致构造的含水层物理性质（孔隙度，渗透系数、弥散度等）也不一样。另外，这类装置无法有效地观测截渗墙建立后上游残余咸水的自然净化过程。
[0006]针对这类装置的缺陷，本专利技术专门设计一套截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置，既不扰动建墙前、后含水层结构，又能直观观测墙体上游残余咸水的净化过程，能够满足滨海含水层截渗墙水动力机理和环境效应的模拟试验需求。

技术实现思路

[0007]在物理模拟截渗墙作用下海水入侵过程中，传统的海水入侵砂槽模拟装置存在两
方面的技术问题：1）在形成海水入侵之后，为安装截渗墙，需要开挖、重新装填多孔介质，无法保证重新装填后含水层的物理性质完全一致；2）无法模拟建墙后残余咸水的自然净化过程。本专利技术设计一种截渗墙防治海水入侵的模拟装置，既不改变建墙前、后含水层物理性质，又能观测墙体上游残余咸水的净化过程。为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置及其测定方法。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置，包括有机玻璃渗流槽，有机玻璃渗流槽的左侧设置有潮汐驱动器和海水罐，右侧设有淡水罐，有机玻璃渗流槽内部在水平方向分成三个部分，由左至右依次为海水室、中央室和淡水室；中央室通过孔径为0.20 mm的尼龙纱网包覆两块多孔有机玻璃板与两边的海水室和淡水室分隔，中央室内填充多孔介质，填充高度为32 cm，中央室的左侧靠近海水室方向模拟坡度为1:2.5的海滩；海水室左侧下部与潮汐驱动器相连接，海水室左侧上部开设有海水室溢流口，海水罐由潜水泵向潮汐驱动器供应海水，海水罐内海水浓度为35g/L；依据连通器原理，潮汐驱动器中水位的高度与海水室水位高度一致，潮汐驱动器水位周期性的升降引起海水室水位的波动，海水室的平均海水位高度为24 cm，潮汐周期1min，振幅为2cm；淡水室右侧下部与淡水罐相连接，由淡水罐通过潜水泵向其供水，淡水室的上部开设有淡水室溢流口，淡水室水位高度为25 cm；中央室内设置有截渗墙模拟系统，截渗墙模拟系统包括插口槽和中央插板，中央插板为6mm的硬质亚克力板制成，上面布满小孔，中央插板将防水胶带密封部分作为隔水的截渗墙，包括下沉式截渗墙、悬挂式截渗墙、全剖面式截渗墙、多孔亚克力板或组合式截渗墙中的一种；所述下沉式截渗墙为多孔亚克力板的下部用防水胶带密封，密封高度为13 cm，悬挂式截渗墙为多孔亚克力板的上部用防水胶带密封，密封高度为13 cm，全剖面截渗墙为多孔亚克力板表面全部用防水胶带密封，组合式截渗墙为在前插口槽、后插口槽分别放入下沉式截渗墙和悬挂式截渗墙，模拟组合式截渗墙的工况；插口槽设有2个分别距离海水室39cm的前插口槽和距离海水室60cm的后插口槽，每个插口槽包括左右两块透水隔板，透水隔板的前后两端分别用橡胶条固定在中央室的内壁上，两块透水隔板之间形成空隙插入中央插板；透水隔板由多孔亚克力板制成，并包裹上纱网。
[0009]海水室的上方设置有对其补充盐分的补盐系统，补盐系统包括高浓度海水箱、蠕动泵和潜水泵，高浓度海水箱由蠕动泵控制流量将高浓度海水泵入海水室，潜水泵悬空置于海水室内，高浓度海水箱中海水的浓度是海水罐中海水浓度的2~3倍。
[0010]作为优选方案，有机玻璃渗流槽由厚度为15 mm的有机玻璃板构成，其长度为173 cm，宽8 cm，高45 cm。
[0011]作为优选方案，中央室水平位置的1/3和2/3处槽的顶部安装固定的卡扣式钢支架；有机玻璃渗流槽水平放置在高度1 m的实验台上。
[0012]作为优选方案，中央室内填充多孔介质为白色的石英砂，过筛后其粒径分布均匀d
50
=0.5 mm，d
90
/d
10
=2.6。
[0013]作为优选方案，潮汐驱动器包括变水头装置、连接管和电机，变水头装置采用嵌套的设计形式，由两个敞口且高度不等的有机玻璃柱嵌套而成，两个玻璃柱中间的部分用于容纳液体，多余的液体溢流至内部玻璃柱体，并从底部的开口回流至海水罐，变水头装置通过侧面的开口与海水室相连，变水头装置通过钢丝绳与电机转盘相连，借助固定支架和转
向滑轮，实现变水头装置的周期性上下振动。
[0014]作为优选方案，淡水罐内的地下淡水采用去离子水模拟，其盐度为0 g/L，密度为1000 g/L；海水则由去离子水和食盐混合配置。为了直观观测海水入侵过程，配制的海水中加入食品红染色剂进行染色，以区分淡水。海水罐内的海水在每升去离子水中，加入34g食盐和1 g的食品红染料。配制的海水浓度为35g/L，密度为1025 g/L。
[0015]一种截渗墙防治海水入侵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置，包括有机玻璃渗流槽（1），其特征在于,所述有机玻璃渗流槽（1）的左侧设置有潮汐驱动器（4）和海水罐（3），右侧设有淡水罐（2），有机玻璃渗流槽（1）内部在水平方向分成三个部分，由左至右依次为海水室（7）、中央室（8）和淡水室（9）；中央室（8）通过孔径为0.20 mm的尼龙纱网包覆两块多孔有机玻璃板（10）与两边的海水室（7）和淡水室（9）分隔，中央室（8）内填充多孔介质，填充高度为32 cm，中央室（8）的左侧靠近海水室（7）方向模拟坡度为1:2.5的海滩；海水室（7）左侧下部与潮汐驱动器（4）相连接，海水室（7）左侧上部开设有海水室溢流口（20），海水罐（3）由潜水泵向潮汐驱动器（4）供应海水，海水罐（3）内海水浓度为35g/L；依据连通器原理，潮汐驱动器（4）中水位的高度与海水室（7）水位高度一致，潮汐驱动器（4）水位周期性的升降引起海水室（7）水位的波动，海水室（7）的平均海水位高度为24 cm，潮汐周期1min，振幅为2cm；淡水室（9）右侧下部与淡水罐（2）相连接，由淡水罐通过潜水泵向其供水，淡水室（9）的上部开设有淡水室溢流口（11），淡水室（9）水位高度为25 cm；所述中央室（8）内设置有截渗墙模拟系统（5），截渗墙模拟系统（5）包括插口槽（12）和中央插板（13），中央插板（13）为6mm的硬质亚克力板制成，上面布满小孔，中央插板（13）将防水胶带密封部分作为隔水的截渗墙，包括下沉式截渗墙（14）、悬挂式截渗墙（15）、全剖面式截渗墙（16）、多孔亚克力板（19）或组合式截渗墙中的一种；所述下沉式截渗墙（14）为多孔亚克力板的下部用防水胶带密封，密封高度为13 cm，悬挂式截渗墙（15）为多孔亚克力板的上部用防水胶带密封，密封高度为13 cm，全剖面截渗墙（16）为多孔亚克力板表面全部用防水胶带密封；插口槽（12）设有2个分别距离海水室（7）39cm的前插口槽和距离海水室（7）60cm的后插口槽，组合式截渗墙为在前插口槽、后插口槽分别放入下沉式截渗墙（14）和悬挂式截渗墙（15），模拟组合式截渗墙的工况；每个插口槽（12）包括左右两块透水隔板（17），透水隔板（17）的前后两端分别用橡胶条（18）固定在中央室（8）的内壁上，两块透水隔板（17）之间形成空隙插入中央插板（13）；透水隔板（17）由多孔亚克力板制成，并包裹上纱网；海水室（7）的上方设置有对其补充盐分的补盐系统（6），补盐系统（6）包括高浓度海水箱（21）、蠕动泵（22）和潜水泵（23），高浓度海水箱（21）由蠕动泵（22）控制流量将高浓度海水泵入海水室（7），潜水泵（23）悬空置于海水室（7）内，高浓度海水箱（21）中海水的浓度是海水罐（3）中海水浓度的2~3倍。2.根据权利要求1所述的一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置,其特征在于,所述有机玻璃渗流槽（1）由厚度为15 mm的有机玻璃板构成，其长度为173 cm，宽8 cm，高45 cm。3.根据权利要求1所述的一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置,其特征在于,所述中央室（8）水平位置的1/3和2/3处槽的顶部安装固定的卡扣式钢支架；有机玻璃渗流槽（1）水平放置在高度1 m的实验台上。4.根据权利要求1所述的一种截渗墙防治海水入侵的渗流模拟装置,其特征在于,所述中央室（8）内填充多孔介质为白色的石英砂，过筛后其粒径分布均匀d
50
=0.5 mm，d
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑天元，方运海，王欢，郑西来，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：