本发明专利技术公开了人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置的使用方法，在三维渗流槽的侧向补给方向上，水流流动一侧补给地下水模拟场区地下水流动的边界条件，另一侧补给合理配比的溶液模拟滨海岸带的海水，咸淡水的交互作用实现了海陆水了相互作用的真实模拟。采用本发明专利技术装置最大程度上实现人工滨海岸带的物理模拟，在几何相似理论的指导下将大尺度的人工滨海岸带场区缩小为小尺度的室内物理模拟装置，综合考虑了可调的水位高度、咸淡水交互作用、波浪、降水以及外源污染物的综合影响，保证了人工滨海岸带的真实模拟，为人工滨海岸带的数值模拟及后期的污染治理奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及一种利用人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置研究人工岸带特征污染物迁移规律的方法，更加具体地说，是一种耦合实验数据与数值模拟研究人工岸带特征污染物迁移规律的使用方法。
技术介绍
滨海地区一直是人类经济活动和社会活动最为活跃的地区，为了解决地区发展与用地缺乏的矛盾，兴起了一股围海造陆的热潮。海滩含水层区别于内陆含水层的一个重要一点是，海滩含水层处于水陆交界地带，各种物理、化学、生物等因素相互作用，使得海滩地区成为一个复杂、非线性、动态区域。在围海造陆的过程中，轻易破坏了原有含水层系统中的各种物理化学平衡状态，从而造成了海水入侵、陆源污染物下泄进入近海岸地区等严重的环境问题。渤海湾人工岸带采用吹填法围海造陆工程形成。施工总体可以分为围堤、吹填两部分。围堤堤身采用双袋装砂棱体+中间填筑砂结构，地基处理为排水板+通长砂袋，堤身外坡设置无纺土工布+袋装碎石反滤层、块石垫层、预制栅栏板护面，内坡为复合袋体+机织布简易护面。外坡镇脚反压层采用抛石平护，内坡反压层采用通常袋平铺。堤顶设置泥结二灰结石路面及浆砌块石挡浪墙。围堤工程结束后采用随吹随填的方法将渤海湾海底沉积物吹填到围堤区域，进行排水，按照此步骤层层推进形成不断扩大的人工岸带。天津市人工岸带以分层吹填为主，通过自然沉积以及添加固化剂等方式固化形成陆地，由于吹填土的物质成分复杂，包含大量海底淤泥，且其结构特征与自然海相淤泥又不完全相同，可能携带大量的污染物，成为新造陆地的潜在内源污染成分，这些污染物通过降雨淋溶以及海岸带地下水的径流作用，会进入该区浅层地下水系统，造成海岸带地下水污染，另一方面，由于淡水边界与海水边界水力梯度的存在以及由密度差异引起的弥散作用发生，污染物随地下水流向海洋，通过海底地下水排泄作用排入到海水中，造成海洋生态环境的改变，严重制约沿海经济的迅猛发展。因此，为了解决人工岸带造成的地下水及近海岸地区的环境污染问题，亟需对人工岸带地区污染物迁移规律的方法进行研究。天津市临港经济区生态型人工岸带的构建，要以建立人工岸带海陆水交互作用过程中形成的咸淡水界面污染物的迁移规律为目标。数值模拟可以更为有效地把握污染物的特征与迁移规律、可更为准确的探究人工岸带地下水与海水的交互作用机理。但建立数学模型的过程中涉及许多复杂的污染物迁移过程，包含许多参数，同时为实现应用数学模型准确预测污染物的迁移规律，需要密集的污染物浓度时空分布以及水文地质情况的空间变化等现场观测数据对模型进行校正。由于野外观测以及样品在线分析费用较高，因而野外观测只能提供有限数据，而且这些数据不易反应水文地质的不均匀性和污染物的时空浓度分布情况，从而影响了地下水污染水动力学数值模型的预测精度。在实验室内构建小尺度的污染水动力学物理模型能够很好弥补以上的缺陷，因此研究试制了反映滨海岸带海水与地下水交互作用的二维物理模拟装置，以模拟海陆水交互作用形成的咸淡水界面，在室内开展咸淡水界面污染物迁移规律研究。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，采用围海造陆形成的人工岸带，导致人工岸线比例增高，改变了原有的自然风貌，同时改变了海陆水交换的平衡状态，可能导致海水入侵、陆地污染物进入海洋污染海洋环境等严峻问题。对于人工岸带的迁移转移转化规律需建立在人工岸带污染物分布规律的基础之上，在探明人工岸带水文地质条件的基础上，室内搭建物理模拟装置真实反应人工岸带的水岩作用，低成本、高效率、准确地研究特征污染物在人工岸带的迁移转化规律。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现，按照下述步骤进行首先构建人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置，包括反应槽、降水模拟装置、造波器，其中所述反应槽的两端通过隔板分别隔出槽首、槽身以及槽尾三个部分，其中槽首和槽尾分别与淡水供给系统、海水供给系统相连，并通过液位仪和调节装置实现侧向水位及水流流速的实时调控。所述槽身部位装填有土壤层，并在装填过程中预设有不同深度的预埋井，所述预埋井为两端开口的塑料管，优选PVC管，通过抽取预埋井中的液体可测试其中的污染物以及其他指标，为后期数值模拟提供数据基础；所述预埋井为3行8列，共计24个。所述造波器与海水供给系统相连，通过控制装置进行控制，从而真实反映海浪对咸淡水相互作用的影响。 所述降水模拟装置设置在模拟装置的上方，通过喷淋装置和控制装置实现控制流量研究降水对污染物迁移转化的影响。从槽首、槽身到槽尾，沿着水流流动方向，在装置一侧的上、中、下游分别安置连通器，通过连通器反应装置内部的水位高度。所述隔板为带有孔的有机玻璃板，并采用编织物进行覆盖，以实现装置两侧的淡水、海水穿透土壤在土壤中发生交互作用而防止土壤堵塞进出水口。所述反应槽框体选用加厚不锈钢板，例如340型不锈钢。然后分析普洛斯的天津市临港工业区岩土工程勘察报告可发现在临港经济区，从土壤表层到土壤表层以下十米分别为素填土((TO. 5m高度)、冲填土(O. 5^5. 5m高度)、游泥质粘土(5. 5^8. 7m高度)、粉土(8. 7^10. 5m高度)。素填土和冲填土为吹填土，其高度共为6m，这两层土是由吹填土形成的土层结构；淤泥质粘土和粉土为岸体的原始底质土层结构。IOm以下的土层结构有淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、粘土等，从水文地质学的角度考虑，其作用主要为隔水底板。根据几何相似原理，基于天津市临港工业区的地层结构，在室内物理模拟装置中按如下方式填土基于临港经济区的实际情况与本次实验条件，室内装置所填土层将模拟真实情况下表层到表层以下十米的土层结构，装置底层的不锈钢板可起到十米以下土层结构的隔水底板作用。将实际土层等比例缩小之后确定装置所填的4个土层装置底层至20cm高度装填粉土，20cm^50cm装填游泥质粘土, 50cnTl20cm装填冲填土、120cnTl40cm装填素填土,土层结构如图3所示。为了真实模拟场区的土层构造，取土选自天津市临工工业区，根据岩土工程勘察报告，取土的类型主要分为淤泥质粘土、粉质粘土、粉土以及沙土。取土完成后先对土壤进行暴晒，尽可能将土著微生物去除，通过筛选去除混入土壤中的杂质，然后将土壤粉碎以备装填。填土之前先在装置中添加一半深度的水量，检验装置是否漏水。检漏完成后进行填土，为了使装置水位连通管真正反映装置内潜水位的高度，先在装置底层铺5cm厚粗砂，水位连通管底段接口连PVC管插入底层砂的中间位置，在PVC管末端裹纱布(防堵塞)，在粗砂上装填粉土，装填高度为20cm,视为第一层土 ；第二层为游泥质粘土,装填高度30cm ；第三层为冲填土，所装土壤为淤泥质粘土、贝壳土、粉质粘土的混合土，混合比例为1:1:1，装填高度为70cm;第四层为素填土，其主要成分是建筑废料，上部用细沙覆盖，装填高度为20cm。在整个装填过程中，为保证填土均匀、不人为造成土壤裂隙，在每添加土层20cm时夯实，并布洒自来水，静置一段时间后，使其自然沉降，然后再次填土夯实，反复这一过程，直至20cm 土层无变化，再进行下一层装填，直至装填完毕。在土壤装填完毕后，通水一段时间，确认土层无沉降，最终确定土层填充高度为1.4m。填土完成后在其中设置预埋井，在本研究方法中设置一排预埋井，其高度设置为100cm。为了便于采样，可在预埋井中插入软管，软管另一本文档来自技高网...
【技术保护点】
人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置的使用方法，其特征在于，按照下述步骤进行：首先构建人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置，包括反应槽、降水模拟装置、造波器，其中：所述有机玻璃槽的两端通过隔板分别隔出槽首、槽身以及槽尾三个部分，其中槽首和槽尾分别与淡水供给系统、海水供给系统相连，并通过液位仪和调节装置实现侧向水位及水流流速的实时调控；所述槽身部位装填有土壤层，并在装填过程中预设有不同深度的预埋井，通过抽取预埋井中的液体可测试其中的污染物以及其他指标，为后期数值模拟提供数据基础；所述造波器与海水供给系统相连，通过控制装置进行控制，从而真实反映海浪对咸淡水相互作用的影响；所述降水模拟装置设置在模拟装置的上方，通过喷淋装置和控制装置实现控制流量研究降水对污染物迁移转化的影响；然后根据几何相似原理，基于天津市临港工业区的地层结构，在室内物理模拟装置中按如下方式填土：基于临港经济区的实际情况与本次实验条件，室内装置所填土层将模拟真实情况下表层到表层以下十米的土层结构，装置底层的不锈钢板可起到十米以下土层结构的隔水底板作用。将实际土层等比例缩小之后确定装置所填的4个土层：装置底层至20cm高度装填粉土，20cm～50cm装填淤泥质粘土，50cm～120cm装填冲填土、120cm～140cm装填素填土为了真实模拟场区的土层构造，取土选自天津市临工工业区，根据岩土工程勘察报告，取土的类型主要分为淤泥质粘土、粉质粘土、粉土以及沙土，取土完成后先对土壤进行暴晒，尽可能将土著微生物去除，通过筛选去除混入土壤中的杂质，然后将土壤粉碎以备装填，填土之前先在装置中添加一半深度的水量，检验装置是否漏水，检漏完成 后进行填土，为了使装置水位连通管真正反映装置内潜水位的高度，先在装置底层铺5cm厚粗砂，水位连通管底段接口连PVC管插入底层砂的中间位置，在PVC管末端裹纱布(防堵塞)，在粗砂上装填粉土，装填高度为20cm，视为第一层土；第二层为淤泥质粘土，装填高度30cm；第三层为冲填土，所装土壤为淤泥质粘土、贝壳土、粉质粘土的混合土，混合比例为1∶1∶1，装填高度为70cm；第四层为素填土，其主要成分是建筑废料，上部用细沙覆盖，装填高度为20cm；在整个装填过程中，为保证填土均匀、不人为造成土壤裂隙，在每添加土层20cm时夯实，并布洒自来水，静置一段时间后，使其自然沉降，然后再次填土夯实，反复这一过程，直至20cm土层无变化，再进行下一层装填，直至装填完毕；在土壤装填完毕后，通水一段时间，确认土层无沉降，最终确定土层填充高度为1.4m；填土完成后在其中设置预埋井，设置一排预埋井，其高度设置为100cm，为了便于采样，可在预埋井中插入软管，软管另一端通过橡皮管伸至井外，通过蠕动泵抽取水样第三步，填土完成后，开始注水，控制淡水进水端水位高度为110cm，海水端出水口80cm，通过测定出水口的流量确定水位是否稳定，待水位稳定后，在室内物理模拟装置采取土样，对土样进行浸提实验；在装置上方30cm处用三角钢固定一个不锈钢水箱，在水箱下面平均分布两排8个喷头，喷头连上转子流量计，通过控制流量大小和喷口大小模拟降雨过程，控制装置上方的降水量为10mm，通过造波器控制波浪的波高0.1m，波浪周期为2s；最后，待物理模拟装置的各变量控制之后，通过蠕动泵装置抽取水样进行分析，利用蠕动泵抽取同一深度采样孔中的水样，五天一测，共测定5个周期，测定水样中的各种形态的氮浓度。...
【技术特征摘要】
1.人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置的使用方法，其特征在于，按照下述步骤进首先构建人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置，包括反应槽、降水模拟装置、造波器，其中所述有机玻璃槽的两端通过隔板分别隔出槽首、槽身以及槽尾三个部分，其中槽首和槽尾分别与淡水供给系统、海水供给系统相连，并通过液位仪和调节装置实现侧向水位及水流流速的实时调控；所述槽身部位装填有土壤层，并在装填过程中预设有不同深度的预埋井，通过抽取预埋井中的液体可测试其中的污染物以及其他指标，为后期数值模拟提供数据基础；所述造波器与海水供给系统相连，通过控制装置进行控制，从而真实反映海浪对咸淡水相互作用的影响；所述降水模拟装置设置在模拟装置的上方，通过喷淋装置和控制装置实现控制流量研究降水对污染物迁移转化的影响；然后根据几何相似原理，基于天津市临港工业区的地层结构，在室内物理模拟装置中按如下方式填土基于临港经济区的实际情况与本次实验条件，室内装置所填土层将模拟真实情况下表层到表层以下十米的土层结构，装置底层的不锈钢板可起到十米以下土层结构的隔水底板作用。将实际土层等比例缩小之后确定装置所填的4个土层装置底层至20cm高度装填粉土, 20cm 50cm装填游泥质粘土, 50cm 120cm装填冲填土、120cm 140cm装填素填土为了真实模拟场区的土层构造，取土选自天津市临工工业区，根据岩土工程勘察报告，取土的类型主要分为淤泥质粘土、粉质粘土、粉土以及沙土，取土完成后先对土壤进行暴晒，尽可能将土著微生物去除，通过筛选去除混入土壤中的杂质，然后将土壤粉碎以备装填，填土之前先在装置中添加一半深度的水量，检验装置是否漏水，检漏完成后进行填土，为了使装置水位连通管真正反映装置内潜水位的高度，先在装置底层铺5cm厚粗砂，水位连通管底段接口连PVC管插入底层砂的中间位置，在PVC管末端裹纱布(防堵塞)，在粗砂上装填粉土，装填高度为20cm，视为第一层土 ；第二层为淤泥质粘土，装填高度30cm ;第三层为冲填土...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵林，郭华，朱德成，毛国柱，郑义，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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