CN110542537A - 一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，包括淡水箱、砂槽、咸水箱、淡水进水系统、淡水出水系统、咸水进水系统、咸水出水系统和咸水进出系统，所述砂槽内有多孔介质，所述淡水箱和所述砂槽一端相连通，所述咸水箱和所述砂槽另一端相连通，所述砂槽的侧面设置压力传感器，所述淡水箱分别与所述淡水进水系统和所述淡水出水系统连通，所述咸水箱分别与所述咸水进水系统、所述咸水出水系统和所述咸水进出系统连通，所述咸水进出系统用于将盐水排入以及排出所述咸水箱。在实验观测和数值模拟的基础上，对地下水位波动特征、地下水超高水位状态及其超限影响因素可以进行细致的研究。
Description
技术领域
本发明涉及淡水资源研究领域，尤其涉及一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置及其使用方法。
背景技术
这个物理模拟装置是一种基于双向水泵技术的潮汐模拟系统，可以用来模拟和研究潮汐作用下滨海地下潜水位的波动特性、相对地下水位超高及其影响因素。实验结果表明，地下水位波动具有周期性、非对称性。地下水位波动幅度随岸线距离的增加而减小，不同监测点地下水位波动存在相位滞后现象。潮汐可以引起海岸地下水水位的显著升高。引起水位升高的主要因素有振幅、含水层厚度和潮汐频率。在试验条件下，相对潮高幅值可超过最大潮高的50％，达到含水层厚度的10％左右。
长期以来，地下水对滨海水环境的影响引起了人们的广泛关注。沿海地区地下水水位随潮汐的波动而波动。首先，地下水位的波动将直接影响海滩的稳定性。涨潮时，海水水位高于滩涂地下水，造成侵入非承压含水层。退潮时，地下水将从非承压含水层排出。影响海滩泥沙输移的主要因素是渗漏面和渗入面。当地下水位高于平均海平面时，海滩更容易被侵蚀。反之，地下水位低于平均海平面时，沉积物容易淤积。其次，地下水波动会直接影响海水与地下水之间的水分交换和物质运移。第三，滨海地下水水位波动将影响到沿海地下水资源总量预测。地下水位波动具有不对称、振幅衰减和相位滞后三个特征，控制方程为二维饱和地下水流方程。目前，在地下水数学建模中，往往忽略了海平面的涨潮波动。平均海平面仅用于数学模型的边界条件。然而，一些研究成果表明，潜水含水层地下水位的平均周期大于近海静止地下水位的平均周期(以下简称超高水位)。当潮汐振幅为4m-5m时，超高水位可达2m-3m。
由于控制方程和海滩梯度的非线性，潮汐会导致近岸陆地地下水超高水位。当海滩梯度较小时，超高水位非常突出。若忽略超高水位，将导致地下水资源总量预测的误差。所以，非常有必要在实验室中得到证实。这一发明装置是一种基于双向水泵模拟滨海地下水位受潮汐影响的实验装置系统。在实验观测和数值模拟的基础上，对地下水位波动特征、地下水超高水位状态及其超限影响因素可以进行细致的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置及其使用方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，包括淡水箱、砂槽、咸水箱、淡水进水系统、淡水出水系统、咸水进水系统、咸水出水系统和咸水进出系统，所述砂槽内装有多孔介质，所述淡水箱和所述砂槽一端相连通，所述咸水箱和所述砂槽另一端相连通，所述砂槽的侧面设置压力传感器，所述淡水箱分别与所述淡水进水系统和所述淡水出水系统连通，所述咸水箱分别与所述咸水进水系统、所述咸水出水系统和所述咸水进出系统连通，所述咸水进出系统用于将盐水排入以及排出所述咸水箱。
本发明的有益效果是：提出一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，在实验观测和数值模拟的基础上，对地下水位波动特征、地下水超高水位状态及其超限影响因素可以进行细致的研究。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述淡水箱和所述砂槽一端通过第一透水挡板相连通，所述咸水箱和所述砂槽另一端通过第二透水挡板相连通。
采用上述进一步方案的有益效果是透水挡板能够更为准确的模拟咸水和淡水对地下水位的影响。
进一步，所述多孔介质一端与所述第一透水挡板相接触，所述多孔介质另一端与所述第二挡板相接触。
采用上述进一步方案的有益效果是能够更为准确的模拟咸水和淡水对地下水位的影响。
进一步，还包括第三透水挡板，所述第三透水挡板在所述砂槽内并设置于所述第一透水挡板和所述第二透水挡板之间，所述第二透水挡板和所述第三透水挡板之间具有间隙，所述多孔介质一端与所述第一透水挡板相接触，所述多孔介质另一端与所述第三透水挡板相接触。
采用上述进一步方案的有益效果是能够稳定水流、使水的波动可控。
进一步，所述咸水箱内安装一块第四透水挡板，所述第四透水挡板与所述咸水箱底面平行。
采用上述进一步方案的有益效果是能够稳定水流、使水的波动可控。
进一步，所述咸水进出系统包括第一咸水放置装置，所述第一咸水放置装置通过管道和所述咸水箱相连通，所述第一咸水放置装置与所述咸水箱连通的管道上设置双向泵和电磁流量计，所述咸水箱和所述双向泵之间的管道上设置集成蝶阀；所述淡水进水系统包括淡水放置装置，所述淡水放置装置与所述淡水箱通过管道相连通，所述淡水放置装置和所述淡水箱连通的管道上设置淡水进水泵，所述淡水出水系统包括淡水收集装置，所述淡水收集装置和所述淡水箱通过管道相连通；所述咸水进水系统包括第二咸水放置装置，所述第二咸水放置装置与所述咸水箱通过管道相连通，所述第二咸水放置装置和所述咸水箱连通的管道上设置咸水进水泵，所述咸水出水系统包括咸水收集装置，所述咸水收集装置和所述咸水箱通过管道相连通。
采用上述进一步方案的有益效果是能够使用简单可操作的装置实现淡水进水系统、淡水出水系统、咸水进水系统、咸水出水系统以及咸水系统的功能。
进一步，还包括电动机控制器，所述电动机控制器与所述双向泵电连接，并控制所述双向泵的开闭。
采用上述进一步方案的有益效果是能够实现双向泵的远程控制，从而实现对测试过程的远程控制。
进一步，所述多孔介质一端上表面与所述砂槽底面平行，所述多孔介质另一端呈向下延伸的坡状。
采用上述进一步方案的有益效果是能够进一步准确模拟潮汐中海岸的形状。
进一步，所述砂槽长3m，所述砂槽宽0.5m，所述砂槽高1.5m，所述砂槽下端安装支架，所述淡水箱、所述咸水箱和所述砂槽上端均为敞口。
采用上述进一步方案的有益效果是砂槽的长宽高设置为实验过程常用数值，模拟效果好；安装支架便于测试过程中的操作；设置为敞口也是方便测试过程中的操作。
本发明还涉及一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置使用方法，包括如下步骤，步骤1：准备淡水和盐水；步骤2：通过所述淡水进水系统将所述淡水排入所述淡水箱，通过所述咸水进水系统将所述咸水排入所述咸水箱，之后，所述淡水箱内的所述淡水和所述咸水箱内的所述咸水均流入所述砂槽内，所述咸水和所述淡水在所述砂槽内接触和融合并形成稳定状态，在此过程中，所述淡水箱内超出所述淡水出水系统与所述淡水箱连通处高度的水通过所述淡水出水系统排出，所述咸水箱内超出所述咸水出水系统与所述咸水箱连通处高度的水通过所述咸水出水系统排出；步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统使所述盐水排入和排出所述咸水箱的过程交替进行，在此过程中，所述淡水箱内超出所述淡水出水系统与所述淡水箱连通处高度的水通过所述淡水出水系统排出，所述咸水箱内超出所述咸水出水系统与所述咸水箱连通处高度的水通过所述咸水出水系统排出；步骤4：通过所述压力传感器测定所述砂槽侧面的压力值，从而感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
采用上述进一步方案的有益效果是提供模拟装置的使用方法，利用该方法，能够实现基于双向水泵模拟滨海地下水位受潮汐的影响，在实验观测和数值模拟的基础上，对地下水位波动特征、地下水超高水位状态及其超限影响因素可以进行细致的研究。
附图说明
图1为本发明实施例1示意图；
图2为本发明实施例2示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、淡水箱，2、砂槽，3、咸水箱，4、第一透水挡板，5、第二透水挡板，6、淡水进水系统，7、淡水出水系统，8、咸水系统，9、多孔介质，10、压力传感器，11、第三透水挡板，12、第四透水挡板，13、第一咸水放置装置，14、双向泵，15、集成碟阀，16、淡水放置装置，17、淡水进水泵，18、咸水进水泵，19、电动机控制器，20、电磁流量计，21、淡水收集装置，22、咸水进水系统，23、咸水出水系统，24、第二咸水放置装置，25、咸水收集装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，包括淡水箱1、砂槽2、咸水箱3、淡水进水系统6、淡水出水系统7、咸水进水系统22、咸水出水系统23和咸水进出系统8，所述砂槽2内装有多孔介质9，所述淡水箱1和所述砂槽2一端相连通，所述咸水箱3和所述砂槽2另一端相连通，所述砂槽2的侧面设置压力传感器10，所述淡水箱1分别与所述淡水进水系统6和所述淡水出水系统7连通，所述咸水箱3分别与所述咸水进水系统22、所述咸水出水系统23和所述咸水进出系统8连通，所述咸水进出系统8用于将盐水排入以及排出所述咸水箱3。
具体的，多孔介质为硅砂砂粒堆成，硅砂砂粒控制在180-250μm直径范围内，用蒸馏水冲洗，去除灰尘和粘土矿物。石英颗粒的氧化层可以用稀盐酸除去。砂体充填是在饱和的条件下进行的，砂被倒进水中以避免气泡困在水砂箱体内。充填过程在多孔介质中形成轻微的水平分层，导致各向异性。实验前，采用流动实验和达西定律计算了现场水平水力传导率和多孔介质的平均孔隙度。
具体的，咸水进出系统与所述咸水箱连通的位置位于底部。
具体的，多孔介质为硅砂砂粒堆成，当砂槽为长方体时，多孔介质优选为长方体。
具体的，透水挡板允许水通过，而不允许多孔介质通过，当多孔介质为硅砂砂粒时，透水挡板上的孔直径小于硅砂砂粒；为不影响实验结果，透水挡板为不锈材质做成。
具体的，淡水箱、砂槽和咸水箱均为长方体，且三者并排设置，三者宽度一致。
具体的，咸水出水系统与咸水箱的连通处高于和淡水出水系统与淡水箱的连通处高度相同。
压力传感器的型号是型号MIK-P300-DSDN。其排列方式由实验观测目的确定，比如潮汐影响区内可以密集一点分布，2-5cm间距不等布设监测孔，在远离咸淡水混合带的地方可以跟大一点间距布设。这些孔要在装水砂前就钻好，盖上软塞，可以均布也可以分不同密度布设。
作为本实施例进一步的方案，所述淡水箱1和所述砂槽2一端通过第一透水挡板4相连通，所述咸水箱3和所述砂槽2另一端通过第二透水挡板5相连通。
具体的，透水挡板为不被水腐蚀的材质制成，透水挡板上具有孔，允许水透过，不允许多孔介质透过。
具体的，如图1，第一透水挡板和第二透水挡板优选为平行设置，淡水箱、砂槽和咸水箱均为长方体，且三者并排设置，第一透水挡板和第二透水挡板垂直于淡水箱、砂槽和咸水箱的侧面。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9一端与所述第一透水挡板4相接触，所述多孔介质9另一端与所述第二挡板5相接触。
具体的，第一透水挡板的高度高于所述多孔介质一端的高度，第二透水挡板的高度高于所述多孔介质另一端的高度。
作为本实施例进一步的方案，所述咸水进出系统8包括第一咸水放置装置13，所述第一咸水放置装置13通过管道和所述咸水箱3相连通，所述第一咸水放置装置13与所述咸水箱3连通的管道上设置双向泵14和电磁流量计20，所述咸水箱3和所述双向泵14之间的管道上设置集成蝶阀15；所述淡水进水系统6包括淡水放置装置16，所述淡水放置装置16与所述淡水箱1通过管道相连通，所述淡水放置装置16和所述淡水箱1连通的管道上设置淡水进水泵17，所述淡水出水系统7包括淡水收集装置21，所述淡水收集装置21和所述淡水箱1通过管道相连通；所述咸水进水系统22包括第二咸水放置装置24，所述第二咸水放置装置24与所述咸水箱3通过管道相连通，所述第二咸水放置装置24和所述咸水箱3连通的管道上设置咸水进水泵18，所述咸水出水系统23包括咸水收集装置25，所述咸水收集装置25和所述咸水箱3通过管道相连通。
具体的，咸水箱稳定状态下的水位由咸水出水系统与所述咸水箱的连通处的高度决定；淡水箱内稳定状态下的水位和淡水出水系统与所述淡水箱的连通处的高度决定。
作为本实施例进一步的方案，还包括电动机控制器19，所述电动机控制器19与所述双向泵14电连接，并控制所述双向泵14的开闭。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9一端上表面与所述砂槽2底面平行，所述多孔介质9另一端呈向下延伸的坡状。
具体的，为增加稳定性，多孔介质上可铺设带孔格栅，格栅须为不生锈材质制成。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9另一端的坡状部分与所述砂槽2底面夹角为7°。
该数值是实验过程常用的数值，模拟效果好。
作为本实施例进一步的方案，所述砂槽2长3m，所述砂槽2宽0.5m，所述砂槽2高1.5m，所述砂槽2下端安装支架，所述淡水箱1、所述咸水箱3和所述砂槽2上端均为敞口。
具体的，第一咸水放置装置下也具有支架。
本发明还涉及一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置使用方法，包括如下步骤，
步骤1：准备淡水和盐水；
步骤2：通过所述淡水进水系统6将所述淡水排入所述淡水箱1，通过连通咸水进水系统22保持咸水箱水面高度与淡水出水系统和淡水箱连通处高度持平，即维持相同的水头高度，在密度驱动下将所述咸水排入所述咸水箱3，之后，所述淡水箱1内的所述淡水和所述咸水箱3内的所述咸水均流入所述砂槽2内，所述咸水在砂槽(2)内逐步侵入砂体中原本淡水所在区域，直至足够长时间后，形成完整的咸水入侵楔形体，入侵锋面清晰且不再向砂体方向推移，即整个体系达到平衡形成稳定状态，在此过程中，所述淡水箱1内超出所述淡水出水系统7与所述淡水箱1连通处高度的水通过所述淡水出水系统7排出，所述咸水箱3内超出所述咸水出水系统23与所述咸水箱3连通处高度的水通过所述咸水出水系统23排出；
步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统8使所述盐水排入和排出所述咸水箱3的过程交替进行，在此过程中，所述淡水箱1内超出所述淡水出水系统7与所述淡水箱1连通处高度的水通过所述淡水出水系统7排出，所述咸水箱3内超出所述咸水出水系统23与所述咸水箱3连通处高度的水通过所述咸水出水系统23排出；
步骤4：通过所述压力传感器10测定所述砂槽2侧面的压力值。由伯努利方程即可计算测压水头的高度：
其中：zP为测压水头；P为所测点的压力，单位：Pa；ρ为该点水体密度，即1g/cm3；g为重力加速度，9.8m/s2.
由于地下水流速缓慢，一般速度水头变化均可忽略。此实验中测得的测压水头变化量即为最终水头变化量。从而通过压力传感器感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
工作过程：
步骤1：准备淡水和盐水，淡水放入淡水放置装置，咸水分别放入第一淡水放置装置和第二咸水放置装置；
步骤2：通过所述淡水泵将所述淡水放置中的淡水排入所述淡水箱1，通过所述咸水泵将所述第二咸水放置装置中的咸水排入所述咸水箱3，之后，所述淡水箱1内的所述淡水通过第一透水挡板和所述咸水箱3内的所述咸水通过第二透水挡板后均流入所述砂槽2内，所述咸水和所述淡水在所述砂槽2内接触、融合并形成稳定状态，稳定状态下咸水箱和淡水箱内的水位高度一致；
步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统8使所述第一咸水放置装置中的盐水排入和排出所述咸水箱3的过程交替进行，具体为打开正向双向水泵，泵入所述咸水放置装置中的盐水至咸水箱3中，记录泵入体积V及泵入时间T。改变双向水泵泵入方向，设定同样的抽取速率，在时间T内，从咸水箱3中抽取同样V的咸水至咸水放置装置中。形成一个周期为2T的循环，如此往复运行。可改变泵入速率及泵入体积，从而改变所造波浪的振幅(即一个水泵注水、抽水循环中所形成的水位最高点与最低点间的高度差)。为保证系统稳定运行，所造潮汐的最大模拟振幅不宜超过0.25m；
步骤4：通过所述压力传感器10测定所述砂槽2侧面的压力值，从而感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
实施例2
一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，包括淡水箱1、砂槽2、咸水箱3、淡水进水系统6、淡水出水系统7、咸水进水系统22、咸水出水系统23和咸水进出系统8，所述砂槽2内装有多孔介质9，所述淡水箱1和所述砂槽2一端相连通，所述咸水箱3和所述砂槽2另一端相连通，所述砂槽2的侧面设置压力传感器10，所述淡水箱1分别与所述淡水进水系统6和所述淡水出水系统7连通，所述咸水箱3分别与所述咸水进水系统22、所述咸水出水系统23和所述咸水进出系统8连通，所述咸水进出系统8用于将盐水排入以及排出所述咸水箱3。
具体的，多孔介质为硅砂砂粒堆成，硅砂砂粒控制在180-250μm直径范围内，用蒸馏水冲洗，去除灰尘和粘土矿物。石英颗粒的氧化层可以用稀盐酸除去。砂体充填是在饱和的条件下进行的，砂被倒进水中以避免气泡困在水砂箱体内。充填过程在多孔介质中形成轻微的水平分层，导致各向异性。实验前，采用流动实验和达西定律计算了现场水平水力传导率和多孔介质的平均孔隙度。
具体的，咸水进出系统与所述咸水箱连通的位置位于底部。
具体的，多孔介质为硅砂砂粒堆成，当砂槽为长方体时，多孔介质优选为长方体。
具体的，透水挡板允许水通过，而不允许多孔介质通过，当多孔介质为硅砂砂粒时，透水挡板上的孔直径小于硅砂砂粒；为不影响实验结果，透水挡板为不锈材质做成。
具体的，淡水箱、砂槽和咸水箱均为长方体，且三者并排设置，三者宽度一致。
具体的，咸水出水系统与咸水箱的连通处高于和淡水出水系统与淡水箱的连通处高度相同。
压力传感器的型号是型号MIK-P300-DSDN。其排列方式由实验观测目的确定，比如潮汐影响区内可以密集一点分布，2-5cm间距不等布设监测孔，在远离咸淡水混合带的地方可以跟大一点间距布设。这些孔要在装水砂前就钻好，盖上软塞，可以均布也可以分不同密度布设。
作为本实施例进一步的方案，还包括第三透水挡板11，所述第三透水挡板11在所述砂槽2内并设置于所述第一透水挡板4和所述第二透水挡板5之间，所述第二透水挡板5和所述第三透水挡板11之间具有间隙。
具体的，透水挡板为不被水腐蚀的材质制成，透水挡板上具有孔，允许水透过，不允许多孔介质透过。
具体的，如图2，第一透水挡板、第二透水挡板和第三透水挡板优选为平行设置，淡水箱、砂槽和咸水箱均为长方体，且三者并排设置，第一透水挡板、第二透水挡板和第三透水挡板均垂直于淡水箱、砂槽和咸水箱的侧面。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9一端与所述第一透水挡板4相接触，所述多孔介质9另一端与所述第三透水挡板11相接触。
具体的，第一透水挡板的高度高于所述多孔介质一端的高度，第三透水挡板的高度高于所述多孔介质另一端的高度。
作为本实施例进一步的方案，所述咸水箱3内安装一块第四透水挡板12，所述第四透水挡板12与所述咸水箱3底面平行。
作为本实施例进一步的方案，所述咸水进出系统8包括第一咸水放置装置13，所述第一咸水放置装置13通过管道和所述咸水箱3相连通，所述第一咸水放置装置13与所述咸水箱3连通的管道上设置双向泵14和电磁流量计20，所述咸水箱3和所述双向泵14之间的管道上设置集成蝶阀15；所述淡水进水系统6包括淡水放置装置16，所述淡水放置装置16与所述淡水箱1通过管道相连通，所述淡水放置装置16和所述淡水箱1连通的管道上设置淡水进水泵17，所述淡水出水系统7包括淡水收集装置21，所述淡水收集装置21和所述淡水箱1通过管道相连通；所述咸水进水系统22包括第二咸水放置装置24，所述第二咸水放置装置24与所述咸水箱3通过管道相连通，所述第二咸水放置装置24和所述咸水箱3连通的管道上设置咸水进水泵18，所述咸水出水系统23包括咸水收集装置25，所述咸水收集装置25和所述咸水箱3通过管道相连通。
具体的，咸水箱稳定状态下的水位由咸水出水系统与所述咸水箱的连通处的高度决定；淡水箱内稳定状态下的水位和淡水出水系统与所述淡水箱的连通处的高度决定。
作为本实施例进一步的方案，还包括电动机控制器19，所述电动机控制器19与所述双向泵14电连接，并控制所述双向泵14的开闭。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9一端上表面与所述砂槽2底面平行，所述多孔介质9另一端呈向下延伸的坡状。
具体的，为增加稳定性，多孔介质上可铺设带孔格栅，格栅须为不生锈材质制成。
作为本实施例进一步的方案，所述多孔介质9另一端的坡状部分与所述砂槽2底面夹角为7°。
该数值是实验过程常用的数值，模拟效果好。
作为本实施例进一步的方案，所述砂槽2长3m，所述砂槽2宽0.5m，所述砂槽2高1.5m，所述砂槽2下端安装支架，所述淡水箱1、所述咸水箱3和所述砂槽2上端均为敞口。
具体的，第一咸水放置装置下也具有支架。
本发明还涉及一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置使用方法，包括如下步骤，
步骤1：准备淡水和盐水；
步骤2：通过所述淡水进水系统6将所述淡水排入所述淡水箱1，通过连通咸水进水系统22保持咸水箱水面高度与淡水出水系统和淡水箱连通处高度持平，即维持相同的水头高度，在密度驱动下将所述咸水排入所述咸水箱3，之后，所述淡水箱1内的所述淡水和所述咸水箱3内的所述咸水均流入所述砂槽2内，所述咸水在砂槽(2)内逐步侵入砂体中原本淡水所在区域，直至足够长时间后，形成完整的咸水入侵楔形体，入侵锋面清晰且不再向砂体方向推移，整个体系达到平衡形成稳定状态，在此过程中，所述淡水箱1内超出所述淡水出水系统7与所述淡水箱1连通处高度的水通过所述淡水出水系统7排出，所述咸水箱3内超出所述咸水出水系统23与所述咸水箱3连通处高度的水通过所述咸水出水系统23排出；
步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统8使所述盐水排入和排出所述咸水箱3的过程交替进行，在此过程中，所述淡水箱1内超出所述淡水出水系统7与所述淡水箱1连通处高度的水通过所述淡水出水系统7排出，所述咸水箱3内超出所述咸水出水系统23与所述咸水箱3连通处高度的水通过所述咸水出水系统23排出；
步骤4：通过所述压力传感器10测定所述砂槽2侧面的压力值。由伯努利方程即可计算测压水头的高度：
其中：zP为测压水头；P为所测点的压力，单位：Pa；ρ为该点水体密度，即1g/cm3；g为重力加速度，9.8m/s2.
由于地下水流速缓慢，一般速度水头变化均可忽略。此实验中测得的测压水头变化量即为最终水头变化量。从而感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
工作过程：步骤1：准备淡水和盐水，淡水放入淡水放置装置，咸水分别放入第一淡水放置装置和第二咸水放置装置；
步骤2：通过所述淡水泵将所述淡水放置中的淡水排入所述淡水箱1，通过所述咸水泵将所述第二咸水放置装置中的咸水排入所述咸水箱3，之后，所述淡水箱1内的所述淡水通过第一透水挡板和所述咸水箱3内的所述咸水通过第二透水挡板后均流入所述砂槽2内，所述咸水和所述淡水在所述砂槽2内接触、融合并形成稳定状态，稳定状态下咸水箱和淡水箱内的水位高度一致；
步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统8使所述第一咸水放置装置中的盐水排入和排出所述咸水箱3的过程交替进行；此过程中第四透水挡板对水流有部分阻挡作用，起到稳定水流的作用；具体为打开正向双向水泵，泵入所述咸水放置装置中的盐水至咸水箱3中，记录泵入体积V及泵入时间T。改变双向水泵泵入方向，设定同样的抽取速率，在时间T内，从咸水箱3中抽取同样V的咸水至咸水放置装置中。形成一个周期为2T的循环，如此往复运行。可改变泵入速率及泵入体积，从而改变所造波浪的振幅(即一个水泵注水、抽水循环中所形成的水位最高点与最低点间的高度差)。为保证系统稳定运行，所造潮汐的最大模拟振幅不宜超过0.25m。
步骤4：通过所述压力传感器10测定所述砂槽2侧面的压力值，从而感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
本发明所用的“泵”如无特殊指出，除双向泵外，其他为为现有技术中的蠕动泵。
具体，双向泵的型号也可从现有技术中选择，如WM-10 3/8隔膜泵(标准型)。
具体的，电动机控制器可从现有技术中选择，如JD1A-40电磁调速器。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，包括淡水箱(1)、砂槽(2)、咸水箱(3)、淡水进水系统(6)、淡水出水系统(7)、咸水进水系统(22)、咸水出水系统(23)和咸水进出系统(8)，所述砂槽(2)内装有多孔介质(9)，所述淡水箱(1)和所述砂槽(2)一端相连通，所述咸水箱(3)和所述砂槽(2)另一端相连通，所述砂槽(2)的侧面设置压力传感器(10)，所述淡水箱(1)分别与所述淡水进水系统(6)和所述淡水出水系统(7)连通，所述咸水箱(3)分别与所述咸水进水系统(22)、所述咸水出水系统(23)和所述咸水进出系统(8)连通，所述咸水进出系统(8)用于将盐水排入以及排出所述咸水箱(3)。
2.根据权利要求1所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述淡水箱(1)和所述砂槽(2)一端通过第一透水挡板(4)相连通，所述咸水箱(3)和所述砂槽(2)另一端通过第二透水挡板(5)相连通。
3.根据权利要求2所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述多孔介质(9)一端与所述第一透水挡板(4)相接触，所述多孔介质(9)另一端与所述第二挡板(5)相接触。
4.根据权利要求2所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，还包括第三透水挡板(11)，所述第三透水挡板(11)在所述砂槽(2)内并设置于所述第一透水挡板(4)和所述第二透水挡板(5)之间，所述第二透水挡板(5)和所述第三透水挡板(11)之间具有间隙，所述多孔介质(9)一端与所述第一透水挡板(4)相接触，所述多孔介质(9)另一端与所述第三透水挡板(11)相接触。
5.根据权利要求4所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述咸水箱(3)内安装一块第四透水挡板(12)，所述第四透水挡板(12)与所述咸水箱(3)底面平行。
6.根据权利要求1所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述咸水进出系统(8)包括第一咸水放置装置(13)，所述第一咸水放置装置(13)通过管道和所述咸水箱(3)相连通，所述第一咸水放置装置(13)与所述咸水箱(3)连通的管道上设置双向泵(14)和电磁流量计(20)，所述咸水箱(3)和所述双向泵(14)之间的管道上设置集成蝶阀(15)；所述淡水进水系统(6)包括淡水放置装置(16)，所述淡水放置装置(16)与所述淡水箱(1)通过管道相连通，所述淡水放置装置(16)和所述淡水箱(1)连通的管道上设置淡水进水泵(17)，所述淡水出水系统(7)包括淡水收集装置(21)，所述淡水收集装置(21)和所述淡水箱(1)通过管道相连通；所述咸水进水系统(22)包括第二咸水放置装置(24)，所述第二咸水放置装置(24)与所述咸水箱(3)通过管道相连通，所述第二咸水放置装置(24)和所述咸水箱(3)连通的管道上设置咸水进水泵(18)，所述咸水出水系统(23)包括咸水收集装置(25)，所述咸水收集装置(25)和所述咸水箱(3)通过管道相连通。
7.根据权利要求6所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，还包括电动机控制器(19)，所述电动机控制器(19)与所述双向泵(14)电连接，并控制所述双向泵(14)的开闭。
8.根据权利要求1-7任一项所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述多孔介质(9)一端上表面与所述砂槽(2)底面平行，所述多孔介质(9)另一端呈向下延伸的坡状。
9.根据权利要求1-7任一项所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置，其特征在于，所述砂槽(2)长3m，所述砂槽(2)宽0.5m，所述砂槽(2)高1.5m，所述砂槽(2)下端安装支架，所述淡水箱(1)、所述咸水箱(3)和所述砂槽(2)上端均为敞口。
10.一种如权利要求1-7任一项所述一种模拟地下水位受潮汐影响的实验装置使用方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1：准备淡水和盐水；
步骤2：通过所述淡水进水系统(6)将所述淡水排入所述淡水箱(1)，通过所述咸水进水系统(22)将所述咸水排入所述咸水箱(3)，之后，所述淡水箱(1)内的所述淡水和所述咸水箱(3)内的所述咸水均流入所述砂槽(2)内，所述咸水和所述淡水在所述砂槽(2)内接触、融合并形成稳定状态，在此过程中，所述淡水箱(1)内超出所述淡水出水系统(7)与所述淡水箱(1)连通处高度的水通过所述淡水出水系统(7)排出，所述咸水箱(3)内超出所述咸水出水系统(23)与所述咸水箱(3)连通处高度的水通过所述咸水出水系统(23)排出；
步骤3：形成稳定状态后，通过所述咸水进出系统(8)使所述盐水排入和排出所述咸水箱(3)的过程交替进行，在此过程中，所述淡水箱(1)内超出所述淡水出水系统(7)与所述淡水箱(1)连通处高度的水通过所述淡水出水系统(7)排出，所述咸水箱(3)内超出所述咸水出水系统(23)与所述咸水箱(3)连通处高度的水通过所述咸水出水系统(23)排出；
步骤4：通过所述压力传感器(10)测定所述砂槽(2)侧面的压力值，从而感知水位，最终模拟出潮汐对滨海地下水位的影响。
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