CN109723026B - 一种模拟潮汐往复流的盐水水槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟潮汐往复流的盐水水槽，包括：设备用房和盐水水槽，所述设备用房内设有待处理盐水池和浓盐水池；所述盐水水槽包括：位于中间的水槽，水槽前端设有尾门前池和翻板式尾门，水槽前端四周设有撇水集水池和回水池；水槽下方从前至后设有标准盐水池、配盐池、混合水储存池和清水池，水槽末端连接回转段，清水池与水槽回转段之间通过双向轴流泵相连通。本发明通过长水槽两端边界潮汐、潮流控制系统模拟了河口往复潮流运动及盐淡水混合，实现了河口部分混合型和高度分层型混合型式的模拟，解决了试验控制、数据采集、盐水回收利用等方面的问题，解决了在过去水槽试验中没有对潮流进行较好模拟导致槽中流速较小的问题，满足实际使用要求。

Description

一种模拟潮汐往复流的盐水水槽

技术领域

本发明涉及一种模拟潮汐往复流的盐水水槽，属于潮汐往复流的模拟试验水槽技术领域。

背景技术

盐淡水混合，作为河口动力学研究的基础课题之一，一直受到学术界和工程界的重视和关注。河口是盐水与淡水交汇的区域，也是河流与海洋交融的水域，河口盐水入侵对生态环境和人类生活均会造成直接或间接的影响。目前国内外对于河口盐淡水混合的研究手段主要为现场资料分析和数学模型模拟，而在物理模型方面，则受限于仪器设备的高成本、盐水回收排放的困难、量测设备的高精度等各方面因素，相关研究手段较少，难以推广应用。目前，国内外研究盐淡水混合或密度分层流的水槽，对潮汐往复流没有进行较好的模拟(流速很小)，而河口的盐淡水混合伴随着往复潮流运动，如水槽流速较小，则不能较好的还原原型现象。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的不足，提供一种模拟潮汐往复流的盐水水槽，水槽能模拟充分混合型、部分混合型、高度分层型三种盐淡水混合方式，通过长水槽两端边界潮汐、潮流控制系统模拟了往复潮流条件下河口盐淡水混合，实现了河口缓混合和高度分层型混合型式的模拟，解决了试验控制、数据采集、盐水回收利用等方面的问题，解决了在过去水槽试验中没有对潮流进行较好的模拟导致槽中流速较小的问题，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种模拟潮汐往复流的盐水水槽，包括：配合使用的设备用房和盐水水槽，所述设备用房内设有待处理盐水池和浓盐水池；

所述盐水水槽包括：位于中间的水槽，所述水槽的末端设有一体成型的回转段，所述水槽前端设有尾门前池，环绕水槽前端四周设有撇水集水池和回水池；所述盐水水槽还包括从前至后设置的标准盐水池和配盐池，所述水槽中部设有混合水储存池，所述水槽的末端设有清水池；

所述尾门前池与所述水槽连通，所述尾门前池通过输送管道与所述撇水集水池相连通，所述撇水集水池通过输送管道与所述混合水储存池相连通，所述尾门前池通过翻板式尾门溢流与回水池相连通，所述回水池与配盐池及标准盐水池通过闸门启闭依次连通，所述清水池通过输送管道与所述配盐池相连通，所述清水池与所述盐淡水混合实验水槽的回转段之间设有带电动调节蝶阀和电磁流量计的双向轴流泵且通过双向轴流泵连通。

所述设备用房内还包括配合使用的控制箱、两组预处理装置、超滤水箱、两组加药装置及清洗水箱。

作为上述技术方案的改进，所述清洗水箱、浓盐池、标准盐水池、配盐池、混合水储存池、清水池分别通过输送管道与市政管网及安装有水表的水表井相连通。

作为上述技术方案的改进，所述尾门前池内设有供水花管，所述混合水储存池左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室。

作为上述技术方案的改进，所述回水池、清水池外壁均设有配合使用的活动钢梯，所述标准盐水池外壁设有砖墙踏步，所述混合水储存池的内壁和清水池的内壁均设有配合使用的塑钢踏步。

作为上述技术方案的改进，所述标准盐水池、混合水储存池及清水池上均设置有伸缩缝。

作为上述技术方案的改进，在所述各个水池上方均设置有玻璃钢格栅盖板，在所述水槽的一侧设置有不锈钢栏杆。

作为上述技术方案的改进，所述输送管道包含有：潜水泵及带球阀和玻璃转子流量计的管道，闸门，带电动调节蝶阀和电磁流量计的管道，以及液下泵。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

(1)本方案采用盐淡水混合水槽模型研究河口盐淡水混合过程，开发了河口不同径潮组合条件下和盐淡水不同混合方式(高度分层型、部分混合型)的模拟技术，达到了河口盐淡水混合现象的实验室重现并进而探索其形成条件和盐度传输机制，为研究河口盐淡水混合问题提供了新方法、新技术，为今后开展大型河口盐淡水混合实体物理模型提供技术储备。

(2)盐淡水混合试验所得到的流速和盐度等数据，可用于研究径流、潮汐强度变化下河口流速结构和盐度时空分布特征，以及用于河口盐淡水混合物理机制等基础研究。

附图说明

图1为本发明所述模拟潮汐往复流的盐水水槽结构示意图；

图2为本发明所述模拟潮汐往复流的盐水水槽截面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

目前，国内外对于河口盐淡水混合过程的研究手段主要为现场资料分析和数学模型模拟，而在物理模型方面，则受限于仪器设备的高成本、盐水回收排放的困难、量测设备的高精度等各方面因素，相关研究手段较少，应用不多。水槽试验有助于物理现象的实验室重现从而探索其形成过程和机制，有助于数学模型的参数率定从而提高模拟精度，有助于理论解析结果的优化和验证，因此水槽试验作为河口研究的基础手段，对于河口盐度传输机制的探索具有重要意义。

如图1和图2所示：为本发明所述模拟潮汐往复流的盐水水槽结构示意图。

本发明所述的模拟潮汐往复流的盐水水槽，包括：设备用房200和盐水水槽，设备用房200内设有待处理盐水池10和浓盐水池20；所述盐水水槽包括：位于中间的水槽30，水槽30的末端设有一体成型的回转段31，水槽30前端设有尾门前池40，环绕水槽30前端四周设有撇水集水池50和回水池60；盐水水槽还包括从前至后设置的标准盐水池10和配盐池20，水槽30中部设有混合水储存池90，水槽20的末端设有清水池100；所述尾门前池40与水槽30连通，所述尾门前池40通过输送管道与撇水集水池50相连通，撇水集水池50通过输送管道与混合水储存池90相连通，尾门前池40通过翻板式尾门61溢流与回水池60相连通，回水池6、配盐池20及标准盐水池10通过输送管道依次连通，清水池100通过输送管道与配盐池20相连通，清水池100与水槽30的回转段31之间设有带电动调节蝶阀1和电磁流量计2的双向轴流泵3且通过双向轴流泵3相连通；所述设备用房内还包括配合使用的控制箱210、两组预处理装置220、超滤水箱230、两组加药装置240及清洗水箱250；所述清洗水箱250、浓盐水池20、标准盐水池10、配盐池20、混合水储存池90、清水池100分别通过输送管道与市政管网及安装有水表261的水表井260相连通。本方案设计的水槽通过下边界生潮池+变频水泵+变速翻转式尾门控制潮位过程，通过上边界变频双向泵控制潮流，通过多水库循环调配供应下边界恒定盐度，实现了河口段潮位、涨落潮流和盐淡水混合过程的模拟，不仅能模拟流速较大的潮汐往复流和潮位涨落(以长江口北槽为原型区段)，而且通过花墙消能、变频调控等技术减小了水槽30水流回荡、试验控制导致的实验误差；此外，本方案设计的水槽30能模拟充分混合型、部分混合型、高度分层型三种盐淡水混合方式，通过长水槽两端边界潮汐、潮流控制系统模拟了往复潮流条件下河口盐淡水混合，实现了河口部分混合型和高度分层型混合型式的模拟，解决了试验控制、数据采集、盐水回收利用等方面的问题，解决了在过去水槽试验中没有对潮流进行较好的模拟导致槽中流速较小的问题，满足实际使用要求。此外，水槽30在长度方面(长167.8m)基本是国内外文献记载中数一数二的。

进一步改进地，如图1所示：尾门前池40内设有供水花管41，混合水储存池90左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室91；回水池60、清水池100外壁均设有配合使用的活动钢梯110，标准盐水池10外壁设砖墙踏步120，混合水储存池90的内壁和清水池100的内壁均设有塑钢踏步130。

进一步改进地，如图2所示：标准盐水池10、混合水储存池90及清水池100上均设置有伸缩缝140；在各个水池上方均设置有玻璃钢格栅盖板150，水槽30的一侧均设置有不锈钢栏杆160。

具体地，所述输送管道包含有：潜水泵4及带球阀5和玻璃转子流量计6的管道170，闸门9，带电动调节蝶阀1和电磁流量计2的管道170，以及液下泵180。

更具体地：(1)潮汐往复流的模拟技术：盐水槽槽首与模拟潮汐的尾门前池40连接，尾门前池40出口布置翻板式尾门61，潮位通过翻板式尾门61结合无线测控技术进行远程精准控制；尾门由变频交流电机驱动，变频技术具有控制灵敏、运行平稳、故障率低等优点，使模型潮位与给定值之间绝对误差平均缩小到1mm以内。

槽尾接双向轴流泵3控制潮流流量，通过电磁流量计2反馈控制边界潮流流量可实现完全的闭环控制，且误差很小，工作性能稳定，试验重复性较好，这对于要求长期不间断运行的试验来说尤其重要；双向泵控制上游边界流量，并结合下边界潮位控制，槽中往复潮流流速可达到20cm/s左右；上游布置清水进水管路结合流量计供给淡水模拟径流，径流量可达12m³/h，按照径潮比计算足以模拟盐淡水的不同混合型式。

为真实反映潮流的往复流动性质和水位的周期变化，经过前期设备调试和采用消能措施，试验运行满足了以下要求：1)在无径流条件下，一个潮汐周期中通过某一断面的净潮量近似为0；2)减弱潮波反射引起的水流回荡和潮位异常波动，减小因此造成的试验误差；3)模型实测潮位、流量过程线与设计值拟合较好，没有大范围波动。

(2)模拟盐淡水混合的盐水水槽控制系统：基于Windows平台开发，具有动态图形界面，具备直观、操作简便等优点；系统运行时，仪器设备的工况与状态、控制误差的统计与反馈、测量数据的采集与处理以及其它控制采集信息都可以直接反映在监视器上，实现了模型控制与数据处理的一体化过程，通过友好的动态汉化图示界面，为试验者提供直观、简便的操作向导和丰富快捷的处理软件

(3)试验盐水制备、供给、循环、储存：试验盐水的制备通过多个水库进行：(3.1)在浓盐池中配置浓度较大的盐水；(3.2)抽取浓盐水至配盐池，加入淡水按照所需盐度制备试验用标准盐水；(3.3)达标的盐水抽至标准盐水池用于试验；(3.4)试验过程中下泄的冲淡水通过回水池进入配盐池，再次配制达标后抽至标准盐水池。

(4)表层淡水滗水技术：试验过程中上游淡水易混入下游尾门前池40，导致池中盐度降低，采用实时监控盐度并保持盐度不变的方法较难实行，且效率不高；本水槽采用滗水装置撇除尾门前池40的表层低盐度混合水，通过撇水集水池50存放撇除的混合水，防止低盐度水大量进入回水池60，同时也有助于尾门前池40中水体盐度保持恒定，如此可减少盐水调控的频率，提高工作效率。

(5)试验废水回收处理技术：在距槽首0m、30m、60m、26m和112m处各设一道闸板，用于截断槽内流体，在试验结束期间关闭闸板分隔不同盐度水体并分流到不同水库，以便盐水处理；采用膜分离技术对试验后的混合水进行淡化、分离，可将浓盐水与淡水分别储存以备下次使用，达到试验废水的零排放。

(6)消能技术：水槽窄而长，控制潮位涨落和往复潮流过程中易引起槽中水流回荡，可以在上边界附近布置花墙消能，减弱水流波动回荡。花墙布设于双侧混凝土槽壁段，由21块混凝土砖搭建。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种模拟潮汐往复流的盐水水槽，其特征在于：包括：设备用房(200)和盐水水槽，所述设备用房(200)内设有待处理盐水池(10)和浓盐水池(20)；

所述盐水水槽包括：位于中间的水槽(30)，所述水槽(30)的末端设有一体成型的回转段(31)，所述水槽(30)前端设有尾门前池(40)，环绕水槽(30)前端四周设有撇水集水池(50)和回水池(60)；所述盐水水槽还包括从前至后设置的标准盐水池(10)和配盐池(20)，所述水槽(30)中部设有混合水储存池(90)，所述水槽(20)的末端设有清水池(100)；

所述尾门前池(40)与所述水槽(30)连通，所述尾门前池(40)通过输送管道与撇水集水池(50)相连通，所述撇水集水池(50)通过输送管道与所述混合水储存池(90)相连通，所述尾门前池(40)通过翻板式尾门(61)溢流与回水池(60)相连通，回水池(60)、配盐池(20)及标准盐水池(10)通过输送管道依次连通，所述清水池(100)通过输送管道与所述配盐池(20)相连通，所述清水池(100)与所述水槽(30)的回转段(31)之间设有带电动调节蝶阀(1)和电磁流量计(2)的双向轴流泵(3)且通过双向轴流泵(3)相连通；

所述设备用房内还包括配合使用的控制箱(210)、两组预处理装置(220)、超滤水箱(230)、两组加药装置(240)及清洗水箱(250)；

所述清洗水箱(250)、浓盐水池(20)、标准盐水池(10)、配盐池(20)、混合水储存池(90)、清水池(100)分别通过输送管道与市政管网及安装有水表(261)的水表井(260)相连通；

所述尾门前池(40)内设有供水花管(41)，所述混合水储存池(90)左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室(91)；

所述回水池(60)、清水池(100)外壁均设有配合使用的活动钢梯(110)，所述标准盐水池(10)外壁设有砖墙踏步(120)，所述混合水储存池(90)的内壁和清水池(100)的内壁均设有配合使用的塑钢踏步(130)；

所述标准盐水池(10)、混合水储存池(90)及清水池(100)上均设置有伸缩缝(140)；

在各个水池上方均设置有玻璃钢格栅盖板(150)，所述水槽(30)的一侧均设置有不锈钢栏杆(160)；

所述输送管道包含有：潜水泵(4)及带球阀(5)和玻璃转子流量计(6)的管道(170)，闸门(9)，带电动调节蝶阀(1)和电磁流量计(2)的管道(170)，以及液下泵(180)。

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