CN110070789A - 一种海水入侵的室内模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于海水入侵的室内模拟装置，包括滨海含水层模拟装置、地下水开采模拟装置及中水回灌模拟装置。滨海含水层模拟装置至少包括亚克力箱体、可升降螺杆、溢流箱、淡水水箱、海水水箱、水槽、抽水泵及铁架；地下水开采模拟装置至少包括亚克力管、抽水泵及水槽；中水回灌模拟装置至少包括铜制阀门、抽水泵、水槽及不锈钢架。通过控制升降螺杆可以控制淡水溢流箱的位置，进而对所模拟的含水层中淡水、海水的初始水头进行调节。该装置可以准确的反映在不同水动力条件下，地下水升降过程对海水入侵造成的影响，实验结果可为海水入侵的模型建立提供数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于海水入侵的室内模拟装置。
背景技术
在天然条件下，多数地下淡水以地表径流或地下径流的方式排入海洋中。沿海含水层中，咸、淡水在水动力弥散的作用下形成有明显过渡带，通常情况下咸淡水之间的动态平衡致使咸淡水过渡带始终保持在一个相对稳定的位置。但当地下水超标开采后，淡水向海水的渗流作用会逐渐减弱甚至消失，进而导致淡水中的盐分逐渐升高，最终造成一系列生态、环境问题，如水质恶化、土地盐碱化等。
海水入侵研究的核心问题主要是咸淡水交界面的形状研究及海水楔的运动规律研究等。目前，国内外学者多采用数值计算的方法构建海水入侵的模型，然而因其因素复杂多样，多数模型难以准确还原实际含水层的水文地质参数及水动力参数，加之过程繁琐，计算结果的精确度难以保证；实地观测法也因各种人为及自然因素受到很多的限制。因此，寻求一种海水入侵的室内实验方法十分重要。
发明内容
本发明提供了一种用于海水入侵的室内模拟装置，可准确在反映在不同水动力条件下，地下水升降过程中对海水入侵造成的影响，实验结果可为海水入侵的模型建立提供数据基础。
本发明涉及一种海水入侵的室内模拟装置，所述室内模拟装置包括滨海含水层模拟装置、地下水开采模拟装置及中水回灌模拟装置；滨海含水层模拟装置包括箱体(1)、底座、淡水溢水室(5)、海水溢水室(15)、第一可升降螺杆(6)、第二可升降螺杆(16)、第一水槽(8)、淡水水箱(13)、第二水槽(19)和海水水箱(25)；箱体(1)设置在底座上，箱体(1)内被分隔装置分为淡水供水室(2)、海水供水室(3)和填砂区；箱体(1)左侧为淡水供水室(2)，箱体右侧为海水供水室(3)，填砂区位于淡水供水室(2)和海水供水室(3)之间；第一可升降螺杆(6)、第二可升降螺杆(16)分别位于箱体(1)左右两侧，并且设置在底座上；淡水溢水室(5)安装在第一可升降螺杆(6)上，并且通过第一可升降螺杆(6)的旋转变换高度，海水溢水室(15)安装在第二可升降螺杆(16)上，并且通过第二可升降螺杆(6)的旋转变换高度；淡水溢水室(5)通过第一连通管(9)连通淡水供水室(2)，用于向淡水供水室(2)内供给淡水，用以模拟滨海含水层中的地下水；海水溢水室(15)通过第二连通管(20)连通海水供水室(3)，用于向海水供水室(3)内供给模拟海水，用以模拟滨海含水层中的海水；地下水开采模拟装置包括管体(27)和抽水装置，管体(27)固定于箱体(1)的填砂区，管体的底部位于箱体(1)的底部，用于与抽水装置相连，用以模拟完整井抽水；中水回灌模拟装置固定于箱体(1)上方，用于将水补充进箱体(1)中，用以模拟中水回灌。
其中，淡水溢水室(5)具有溢流口，其位于淡水溢水室(5)的中部，通过第一溢流管(7)与第一水槽(8)相连；淡水溢水室(5)通过淡水出水管(10)与第一抽水泵(11)连接，第一抽水泵(11)通过淡水进水管(12)与淡水水箱(13)连接，淡水水箱(13)中装有自来水，用于模拟淡水，通过第一抽水泵(11)将淡水水箱(13)中的自来水从淡水水箱(13)抽入到淡水溢水室(5)。
其中，海水溢水室(15)具有溢流口，其位于海水溢水室(15)的中部，通过第二溢流管(17)与第二水槽(19)相连；海水溢水室(15)通过海水出水管(22)与第二抽水泵(23)连接，第二抽水泵(23)通过海水进水管(24)与海水水箱(25)连接，海水水箱(25)中装有模拟海水，通过第二抽水泵(23)将模拟海水从海水水箱(25)抽入到海水溢水室(15)。
其中，所述箱体为透明的亚克力箱体(1)，箱体的表面粘有刻度纸；地下水开采模拟装置还包括第三水槽(31)，管体(27)为透明的亚克力管，抽水装置包括第三抽水泵(29)、第一抽水管(28)和第二排水管(30)；亚克力管的柱体下部钻有多个小孔，小孔内部安装有筛网；柱体底部连接有接头的一侧，接头另一侧通过第一抽水管(28)与第三抽水泵(29)的一端相连，第三抽水泵(29)的另一端通过第二排水管(30)连接第三水槽(31)，用以模拟完整井抽水。
其中，海水供水室(3)底部安装有第一阀门(21)，并通过第一排水管(18)与第二水槽(19)连接，用以饱水过程中排放多余淡水。
其中，中水回灌模拟装置包括不锈钢架(32)、多条输水管(34)、第四抽水泵(35)、第二抽水管(36)和第四水槽(37)；中水回灌模拟装置通过不锈钢架(32)固定在箱体(1)的上方，不锈钢架(32)设置有多条输水管(34)，输水管(34)一头装有多个第二阀门(33)，另一头与第四抽水泵(35)连接；第四抽水泵(35)通过第二抽水管(36)抽取第四水槽(37)中的自来水，并通过多条输水管(34)补充进箱体(1)中，用以模拟中水回灌。
其中，第一和第二手动转盘(4、14)安装在第一和第二可升降螺杆(6、16)的顶部上，用于带动第一、第二可升降螺杆(6、16)进行旋转，从而使得淡水溢水室(5)和海水溢水室(15)变换高度。
本发明还涉及一种使用海水入侵的室内模拟装置进行模拟的方法，优选所述室内模拟装置为根据上述权利要求之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，包括如下步骤：
步骤(1)装砂：模拟开始前向箱体(1)中的填砂区内填装石英砂模拟滨海含水层的含水介质；优选，填砂过程中每次填入约5cm的石英砂，并用有机玻璃板铺平，尽量减少对石英砂施加外力，使含水层保持各向同性，重复上述过程直到装至80cm；
步骤(2)饱水：利用第一升降螺杆(6)和第二升降螺杆(16)将淡水溢水室(5)及海水溢水室(15)调节至所需高度，并使用止水夹将海水出水管(22)关闭；将自来水装入淡水水箱(13)中，并使用第一抽水泵(11)，将对装入淡水水箱(13)的自来水，抽入到淡水溢水室(5)中，然后通过第一连通管(9)送入到淡水供水室(2)中，对填装好的石英砂进行饱水；待箱体(1)内水位无波动后，关闭第一抽水泵(11)，撤掉海水出水管(22)上的止水夹，将海水溢流室(15)内的淡水迅速排净；
步骤(3)实验第一阶段：打开第一阀门(21)，海水供水室(3)内的淡水通过第一排水管(18)排放到第二水槽(19)中，将海水供水室(3)内的淡水排净，用以饱水过程中排放多余淡水；同时将加入海盐及颜料的自来水装入海水水箱(25)中，用于形成模拟海水，颜料优选为红色颜料；待淡水排净后关闭第一阀门(21)，并使用第二抽水泵(23)，将对装入海水水箱(25)的模拟海水，抽入到海水溢水室(15)中，然后通过第二连通管(20)送入到海水供水室(3)中，将海水溢水室(15)中的海水缓慢注入海水供水室(3)内，到达指定水位后停止加水；打开第一抽水泵(11)和第二抽水泵(23)，观察并记录模拟海水在箱体(1)内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(4)实验第二阶段：打开第三抽水泵(29)，模拟完整井抽水，其初始流量设置与第一抽水泵(11)一致，然后逐渐增加第三抽水泵(29)的抽水量，观察并记录流量改变过程中，模拟海水在箱体(1)内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(5)实验第三阶段：模拟海水最前端扩散过箱体(1)中点时，打开第四抽水泵(35)及第二阀门(33)，其初始流量设置与第一抽水泵(11)一致，然后逐渐增加至第三抽水泵(29)当前的抽水量；观察并记录流量改变过程中，海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种海水入侵的室内模拟装置，至少包括滨海含水层模拟装置、地下水开采模拟装置及中水回灌模拟装置。
滨海含水层模拟装置由透明的亚克力箱体、可升降螺杆、溢流箱、淡水水箱、海水水箱、水槽、抽水泵及底座组成。箱体长160cm，宽50cm，高100cm，底板厚20mm，周边厚15mm。箱体表面贴有刻度纸，从左到右，从下到上依次增大。箱体内被筛网和隔板分为3个部分，左右两部分分别为淡水供水室、海水供水室，两供水室长5cm，宽、高与箱体一致。箱体固定于铁架上，铁架长200cm，宽60cm，高50cm。铁架两侧各安装有一个可升降螺杆。螺杆上安装有一溢流箱，长10cm，宽10cm，高15cm，溢流箱可随螺杆变换高度(比如采用蜗轮和蜗杆结构)。溢流口位于溢流箱中部，通过溢流管与外部水槽相连。溢流箱底部装有两个直径3cm的铜制接头，分别与淡(咸)水供水室及底部抽水泵连接。海水供水室底部装有一直接3cm的铜制阀门，通过出水管与水槽相连。
地下水开采模拟装置由一透明的亚克力管、抽水泵及水槽组成。亚克力管固定于箱体30cm处，直径3cm，高度与箱体一致。柱体柱体下部钻有数个直径约2mm小孔，小孔内部安装有筛网。柱体底部安装有一直径相同的铜制接头，接头另一侧与抽水泵相连，用以模拟完整井抽水。
中水回灌模拟装置由铜制阀门、抽水泵、水槽及不锈钢架组成。不锈钢架长170cm，宽50cm，高10cm，可固定于箱体上方。不锈钢架近海水处放置有数条水管并装有铜制阀门，水管另一侧与抽水泵连接。
与现有的技术相比，本发明所提供的一种海水入侵的室内模拟装置具有以下优点：1、所设置的淡水供水室及海水供水室可避免抽水泵直接将试验用水注入进模拟含水层中对填装好的砂样造成破坏。2、所设置的淡水溢水室及海水溢水室可对淡水供水室及海水供水室内的水位进行调控，为实验提供了一个稳定的定水头边界条件的同时，可模拟不同水动力条件对海水入侵的影响。3、所设置的地下水开采模拟装置中的抽水泵可人为进行流量调控，有助于探究不同地下水开采强度对海水入侵的影响。4、由于设置有中水回灌模拟装置，因此本装置可以探究中水回灌对海水入侵的影响及中水回灌量与地下水开采量间的关系。通过控制升降螺杆可以控制淡水溢流箱的位置，进而对所模拟的含水层中淡水、海水的初始水头进行调节。该装置可以准确的反映在不同水动力条件下，地下水升降过程对海水入侵造成的影响，实验结果可为海水入侵的模型建立提供数据基础。
附图说明
图1为本发明提供的海水入侵的室内模拟装置的整体结构示意图。
1-亚克力箱体，2-淡水供水室，3-海水供水室，4-第一手动转盘，5-淡水溢水室，6-第一可升降螺杆，7-第一溢流管，8-第一水槽，9-第一连通管，10-淡水出水管，11-第一抽水泵，12-淡水进水管，13-淡水水箱，14-第二手动转盘，15-海水溢水室，16-第二可升降螺杆，17-第二溢流管，18-第一排水管，19-第二水槽，20-第二连通管，21-第一阀门，22-海水出水管，23-第二抽水泵，24-海水进水管，25-海水水箱，26-铁架，27-亚克力柱，28-第一抽水管，29-第三抽水泵，30-第二排水管，31-第三水槽，32-不锈钢架，33-第二阀门，34—输水管，35-第四抽水泵，36-第二抽水管，37-第四水槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明。
如图1所示，一种海水入侵的室内模拟装置，所述室内模拟装置包括滨海含水层模拟装置、地下水开采模拟装置及中水回灌模拟装置；滨海含水层模拟装置包括箱体1、底座(铁架26)、淡水溢水室5、海水溢水室15、第一可升降螺杆6、第二可升降螺杆16、第一水槽8、淡水水箱13、第二水槽19和海水水箱25；箱体1设置在底座上，箱体1内被分隔装置分为淡水供水室2、海水供水室3和填砂区；箱体1左侧为淡水供水室2，箱体右侧为海水供水室3，填砂区位于淡水供水室2和海水供水室3之间；第一可升降螺杆6、第二可升降螺杆16分别位于箱体1左右两侧，并且设置在底座上；淡水溢水室5安装在第一可升降螺杆6上，并且通过第一可升降螺杆6的旋转变换高度，海水溢水室15安装在第二可升降螺杆16上，并且通过第二可升降螺杆6的旋转变换高度；淡水溢水室5通过第一连通管9连通淡水供水室2，用于向淡水供水室2内供给淡水，用以模拟滨海含水层中的地下水；海水溢水室15通过第二连通管20连通海水供水室3，用于向海水供水室3内供给模拟海水，用以模拟滨海含水层中的海水；地下水开采模拟装置包括管体27和抽水装置，管体27固定于箱体1的填砂区，管体的底部位于箱体1的底部，用于与抽水装置相连，用以模拟完整井抽水；中水回灌模拟装置固定于箱体1上方，用于将水补充进箱体1中，用以模拟中水回灌。
其中，淡水溢水室5具有溢流口，其位于淡水溢水室5的中部，通过第一溢流管7与第一水槽8相连；淡水溢水室5通过淡水出水管10与第一抽水泵11连接，第一抽水泵11通过淡水进水管12与淡水水箱13连接，淡水水箱13中装有自来水，用于模拟淡水，通过第一抽水泵11将淡水水箱13中的自来水从淡水水箱13抽入到淡水溢水室5。海水溢水室15具有溢流口，其位于海水溢水室15的中部，通过第二溢流管17与第二水槽19相连；海水溢水室15通过海水出水管22与第二抽水泵23连接，第二抽水泵23通过海水进水管24与海水水箱25连接，海水水箱25中装有模拟海水，通过第二抽水泵23将模拟海水从海水水箱25抽入到海水溢水室15。所述箱体为透明的亚克力箱体1，箱体的表面粘有刻度纸；地下水开采模拟装置还包括第三水槽31，管体27为透明的亚克力管，抽水装置包括第三抽水泵29、第一抽水管28和第二排水管30；亚克力管的柱体下部钻有多个小孔，小孔内部安装有筛网；柱体底部连接有接头的一侧，接头另一侧通过第一抽水管28与第三抽水泵29的一端相连，第三抽水泵29的另一端通过第二排水管30连接第三水槽31，用以模拟完整井抽水。海水供水室3底部安装有第一阀门21，并通过第一排水管18与第二水槽19连接，用以饱水过程中排放多余淡水。中水回灌模拟装置包括不锈钢架32、多条输水管34、第四抽水泵35、第二抽水管36和第四水槽37；中水回灌模拟装置通过不锈钢架32固定在箱体1的上方，不锈钢架32设置有多条输水管34，输水管34一头装有多个第二阀门33，另一头与第四抽水泵35连接；第四抽水泵35通过第二抽水管36抽取第四水槽37中的自来水，并通过多条输水管34补充进箱体1中，用以模拟中水回灌。第一和第二手动转盘4、14安装在第一和第二可升降螺杆6、16的顶部上，用于带动第一、第二可升降螺杆6、16进行旋转，从而使得淡水溢水室5和海水溢水室15变换高度。
如图1所示，一种使用海水入侵的室内模拟装置进行模拟的方法，优选所述室内模拟装置为根据上述权利要求之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，包括如下步骤：
步骤(1)装砂：模拟开始前向箱体1中的填砂区内填装石英砂模拟滨海含水层的含水介质；优选，填砂过程中每次填入约5cm的石英砂，并用有机玻璃板铺平，尽量减少对石英砂施加外力，使含水层保持各向同性，重复上述过程直到装至80cm；
步骤(2)饱水：利用第一升降螺杆6和第二升降螺杆16将淡水溢水室5及海水溢水室15调节至所需高度，并使用止水夹将海水出水管22关闭；将自来水装入淡水水箱13中，并使用第一抽水泵11，将对装入淡水水箱13的自来水，抽入到淡水溢水室5中，然后通过第一连通管9送入到淡水供水室2中，对填装好的石英砂进行饱水；待箱体1内水位无波动后，关闭第一抽水泵11，撤掉海水出水管22上的止水夹，将海水溢流室15内的淡水迅速排净；
步骤(3)实验第一阶段：打开第一阀门21，海水供水室3内的淡水通过第一排水管18排放到第二水槽19中，将海水供水室3内的淡水排净，用以饱水过程中排放多余淡水；同时将加入海盐及颜料的自来水装入海水水箱25中，用于形成模拟海水，颜料优选为红色颜料；待淡水排净后关闭第一阀门21，并使用第二抽水泵23，将对装入海水水箱25的模拟海水，抽入到海水溢水室15中，然后通过第二连通管20送入到海水供水室3中，将海水溢水室15中的海水缓慢注入海水供水室3内，到达指定水位后停止加水；打开第一抽水泵11和第二抽水泵23，观察并记录模拟海水在箱体1内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(4)实验第二阶段：打开第三抽水泵29，模拟完整井抽水，其初始流量设置与第一抽水泵11一致，然后逐渐增加第三抽水泵29的抽水量，观察并记录流量改变过程中，模拟海水在箱体1内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(5)实验第三阶段：模拟海水最前端扩散过箱体1中点时，打开第四抽水泵35及第二阀门33，其初始流量设置与第一抽水泵11一致，然后逐渐增加至第三抽水泵29当前的抽水量；观察并记录流量改变过程中，海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状
进一步，如图1所示，装置主体为亚克力箱体1，表面粘有刻度纸，其通过螺丝固定于铁架26(底座)上。亚克力箱体1内部被隔板分为3部分，淡水供水室2，海水供水室3及填砂区。此外填砂区内(30cm刻度处)固定有一亚克力柱27，亚克力柱27底部箱体安装有一铜制接头，接头通过第一抽水管28与第三抽水泵29连接，第三抽水泵29另一侧通过第二排水管30与第三水槽31连接，用以模拟完整井抽水。铁架26上安装有第一可升降螺杆6和第二可升降螺杆16。第一可升降螺杆6上安装有淡水溢水室5，并可通过第一手动转盘4调节淡水溢水室5的高度。此外淡水溢水室5通过第一连通管9与淡水供水室2连接，同时经淡水出水管10与第一抽水泵11连接。第一抽水泵11通过淡水进水管12与淡水水箱13连接，并向亚克力箱体1内供给淡水，用以模拟滨海含水层中的地下水。第二可升降螺杆16上安装有海水溢水室15，并可通过第二手动转盘14调节海水溢水室15的高度。海水溢水室5的溢水口位于右侧，实验过程中多余的海水可通过溢水口流出，经第二溢流管17流入第二水槽19中。海水溢水室15底部通过第二连通管20与海水供水室3连接，同时经海水出水管22与底部的第二抽水泵23连接。第二抽水泵23通过海水进水管24与海水水箱25连接，并向亚克力箱体1内供给海水，用以模拟海水。此外海水供水室3底部安装有第一阀门21，并通过第一排水管18与第二水槽19连接，用以饱水过程中排放多余淡水。不锈钢架32可通过螺丝固定在亚克力箱体1的上方，架上放置有多条输水管34，输水管一头装有数个第二阀门33，另一头与第四抽水泵35连接。第四抽水泵35可通过第二抽水管36抽取第四水槽37中的自来水，并补充进亚克力箱体1中，用以模拟中水回灌。
本发明提供的装置使用方法如下：
1、装砂：实验开始前向亚克力箱体1内填装石英砂模拟滨海含水层的含水介质(不包括淡水供水室、海水供水室及亚克力柱内)。填砂过程中每次填入约5cm的石英砂，并用有机玻璃板铺平，尽量减少对石英砂施加外力，使含水层保持各向同性，重复上述过程直到装至80cm。
2、饱水：将淡水供水室2一侧的装置按上述方式连接。利用第一升降螺杆6和第二升降螺杆16将淡水溢水室5及海水溢水室15调节至所需高度，并使用止水夹将海水出水管22关闭。将自来水装入淡水水箱13中，并使用第一抽水泵11对填装好的砂样进行饱水。待箱体内水位无明显波动后，关闭第一抽水泵11。撤掉海水出水管22上的止水夹，将海水溢流室15内的淡水迅速排净。
3、实验第一阶段:将海水供水室3一侧的装置按上述方式连接。打开第一阀门21将海水供水室3内的淡水排净，同时将加入海盐及红色颜料的自来水装入海水水箱19中。待淡水排净后关闭第一阀门21，将海水水箱19中的海水缓慢注入海水供水室3内，到达指定水位后停止加水。打开第一抽水泵11和第二抽水泵23，观察并记录海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状。
4、实验第二阶段：打开第三抽水泵29，模拟完整井抽水，其初始流量设置与第一抽水泵11一致，后逐渐增加第三抽水泵29的抽水量，观察并记录流量改变过程中，海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状。
5、实验第三阶段：海水最前端扩散过箱体中点时，打开第四抽水泵35及第二阀门33，其初始流量设置与第一抽水泵11一致，后逐渐增加至第三抽水泵29当前的抽水量。观察并记录流量改变过程中，海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状。
Claims (8)
1.一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，所述室内模拟装置包括滨海含水层模拟装置、地下水开采模拟装置及中水回灌模拟装置；滨海含水层模拟装置包括箱体(1)、底座、淡水溢水室(5)、海水溢水室(15)、第一可升降螺杆(6)、第二可升降螺杆(16)、第一水槽(8)、淡水水箱(13)、第二水槽(19)和海水水箱(25)；箱体(1)设置在底座上，箱体(1)内被分隔装置分为淡水供水室(2)、海水供水室(3)和填砂区；箱体(1)左侧为淡水供水室(2)，箱体右侧为海水供水室(3)，填砂区位于淡水供水室(2)和海水供水室(3)之间；第一可升降螺杆(6)、第二可升降螺杆(16)分别位于箱体(1)左右两侧，并且设置在底座上；淡水溢水室(5)安装在第一可升降螺杆(6)上，并且通过第一可升降螺杆(6)的旋转变换高度，海水溢水室(15)安装在第二可升降螺杆(16)上，并且通过第二可升降螺杆(6)的旋转变换高度；淡水溢水室(5)通过第一连通管(9)连通淡水供水室(2)，用于向淡水供水室(2)内供给淡水，用以模拟滨海含水层中的地下水；海水溢水室(15)通过第二连通管(20)连通海水供水室(3)，用于向海水供水室(3)内供给模拟海水，用以模拟滨海含水层中的海水；地下水开采模拟装置包括管体(27)和抽水装置，管体(27)固定于箱体(1)的填砂区，管体的底部位于箱体(1)的底部，用于与抽水装置相连，用以模拟完整井抽水；中水回灌模拟装置固定于箱体(1)上方，用于将水补充进箱体(1)中，用以模拟中水回灌。
2.根据权利要求1所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，淡水溢水室(5)具有溢流口，其位于淡水溢水室(5)的中部，通过第一溢流管(7)与第一水槽(8)相连；淡水溢水室(5)通过淡水出水管(10)与第一抽水泵(11)连接，第一抽水泵(11)通过淡水进水管(12)与淡水水箱(13)连接，淡水水箱(13)中装有自来水，用于模拟淡水，通过第一抽水泵(11)将淡水水箱(13)中的自来水从淡水水箱(13)抽入到淡水溢水室(5)。
3.根据权利要求1或2所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，海水溢水室(15)具有溢流口，其位于海水溢水室(15)的中部，通过第二溢流管(17)与第二水槽(19)相连；海水溢水室(15)通过海水出水管(22)与第二抽水泵(23)连接，第二抽水泵(23)通过海水进水管(24)与海水水箱(25)连接，海水水箱(25)中装有模拟海水，通过第二抽水泵(23)将模拟海水从海水水箱(25)抽入到海水溢水室(15)。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，所述箱体为透明的亚克力箱体(1)，箱体的表面粘有刻度纸；地下水开采模拟装置还包括第三水槽(31)，管体(27)为透明的亚克力管，抽水装置包括第三抽水泵(29)、第一抽水管(28)和第二排水管(30)；亚克力管的柱体下部钻有多个小孔，小孔内部安装有筛网；柱体底部连接有接头的一侧，接头另一侧通过第一抽水管(28)与第三抽水泵(29)的一端相连，第三抽水泵(29)的另一端通过第二排水管(30)连接第三水槽(31)，用以模拟完整井抽水。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，海水供水室(3)底部安装有第一阀门(21)，并通过第一排水管(18)与第二水槽(19)连接，用以饱水过程中排放多余淡水。
6.根据权利要求1-5之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，中水回灌模拟装置包括不锈钢架(32)、多条输水管(34)、第四抽水泵(35)、第二抽水管(36)和第四水槽(37)；中水回灌模拟装置通过不锈钢架(32)固定在箱体(1)的上方，不锈钢架(32)设置有多条输水管(34)，输水管(34)一头装有多个第二阀门(33)，另一头与第四抽水泵(35)连接；第四抽水泵(35)通过第二抽水管(36)抽取第四水槽(37)中的自来水，并通过多条输水管(34)补充进箱体(1)中，用以模拟中水回灌。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，第一和第二手动转盘(4、14)安装在第一和第二可升降螺杆(6、16)的顶部上，用于带动第一、第二可升降螺杆(6、16)进行旋转，从而使得淡水溢水室(5)和海水溢水室(15)变换高度。
8.一种使用海水入侵的室内模拟装置进行模拟的方法，优选所述室内模拟装置为根据上述权利要求之一所述的一种海水入侵的室内模拟装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)装砂：模拟开始前向箱体(1)中的填砂区内填装石英砂模拟滨海含水层的含水介质；优选，填砂过程中每次填入约5cm的石英砂，并用有机玻璃板铺平，尽量减少对石英砂施加外力，使含水层保持各向同性，重复上述过程直到装至80cm；
步骤(2)饱水：利用第一升降螺杆(6)和第二升降螺杆(16)将淡水溢水室(5)及海水溢水室(15)调节至所需高度，并使用止水夹将海水出水管(22)关闭；将自来水装入淡水水箱(13)中，并使用第一抽水泵(11)，将对装入淡水水箱(13)的自来水，抽入到淡水溢水室(5)中，然后通过第一连通管(9)送入到淡水供水室(2)中，对填装好的石英砂进行饱水；待箱体(1)内水位无波动后，关闭第一抽水泵(11)，撤掉海水出水管(22)上的止水夹，将海水溢流室(15)内的淡水迅速排净；
步骤(3)实验第一阶段：打开第一阀门(21)，海水供水室(3)内的淡水通过第一排水管(18)排放到第二水槽(19)中，将海水供水室(3)内的淡水排净，用以饱水过程中排放多余淡水；同时将加入海盐及颜料的自来水装入海水水箱(25)中，用于形成模拟海水，颜料优选为红色颜料；待淡水排净后关闭第一阀门(21)，并使用第二抽水泵(23)，将对装入海水水箱(25)的模拟海水，抽入到海水溢水室(15)中，然后通过第二连通管(20)送入到海水供水室(3)中，将海水溢水室(15)中的海水缓慢注入海水供水室(3)内，到达指定水位后停止加水；打开第一抽水泵(11)和第二抽水泵(23)，观察并记录模拟海水在箱体(1)内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(4)实验第二阶段：打开第三抽水泵(29)，模拟完整井抽水，其初始流量设置与第一抽水泵(11)一致，然后逐渐增加第三抽水泵(29)的抽水量，观察并记录流量改变过程中，模拟海水在箱体(1)内的运移情况及海水与淡水交界面的形状；
步骤(5)实验第三阶段：模拟海水最前端扩散过箱体(1)中点时，打开第四抽水泵(35)及第二阀门(33)，其初始流量设置与第一抽水泵(11)一致，然后逐渐增加至第三抽水泵(29)当前的抽水量；观察并记录流量改变过程中，海水在箱体内的运移情况及海水与淡水交界面的形状。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112067793A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-11 | 山东科技大学 | 一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法 |
| CN112577856A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种研究人工扰动下污染物在地下水中运移规律的实验装置 |
| CN114814164A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-29 | 河海大学 | 一种模拟海水沿河道上溯入侵滨海含水层的装置及方法 |
| CN115266521A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-01 | 中国海洋大学 | 考虑温度影响的海岸带地下水渗流模拟系统及工作方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108198498A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-22 | 防灾科技学院 | 地震-海潮作用下近海岸带地下水渗流的模拟装置及模拟方法 |
| CN109164211A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-08 | 石家庄铁道大学 | 一种海水入侵模拟试验砂箱 |
| CN210091526U (zh) * | 2019-03-14 | 2020-02-18 | 中冶节能环保有限责任公司 | 一种海水入侵的室内模拟装置 |
-
2019
- 2019-03-14 CN CN201910193346.0A patent/CN110070789A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108198498A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-22 | 防灾科技学院 | 地震-海潮作用下近海岸带地下水渗流的模拟装置及模拟方法 |
| CN109164211A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-08 | 石家庄铁道大学 | 一种海水入侵模拟试验砂箱 |
| CN210091526U (zh) * | 2019-03-14 | 2020-02-18 | 中冶节能环保有限责任公司 | 一种海水入侵的室内模拟装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 徐挺: ""滨海潜水含水层海水入侵的试验研究"", 《工程科技Ⅰ辑》, pages 4 - 6 * |
| 王恩;束龙仓;黄修东;刘丽红;: "松散砂层及其有效粒径对回灌水水质影响的实验研究", 水电能源科学, no. 04, 25 August 2009 (2009-08-25), pages 37 - 39 * |
| 程希;王琪;曹文龙;: "地下水源热泵温室利用系统回灌模拟试验", 农机化研究, no. 05, 1 May 2011 (2011-05-01), pages 166 - 168 * |
| 赵洁;李福林;张晓龙;陈华伟;: "抽取地下咸水防治海水入侵的物理模拟试验", 人民黄河, no. 06, pages 52 - 57 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112577856A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种研究人工扰动下污染物在地下水中运移规律的实验装置 |
| CN112067793A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-11 | 山东科技大学 | 一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法 |
| CN112067793B (zh) * | 2020-09-22 | 2022-11-11 | 山东科技大学 | 一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法 |
| CN114814164A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-29 | 河海大学 | 一种模拟海水沿河道上溯入侵滨海含水层的装置及方法 |
| CN114814164B (zh) * | 2022-04-06 | 2023-03-14 | 河海大学 | 一种模拟海水沿河道上溯入侵滨海含水层的装置及方法 |
| CN115266521A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-01 | 中国海洋大学 | 考虑温度影响的海岸带地下水渗流模拟系统及工作方法 |
| CN115266521B (zh) * | 2022-07-01 | 2023-05-09 | 中国海洋大学 | 考虑温度影响的海岸带地下水渗流模拟系统的工作方法 |
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