CN113552319A - 耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，砂箱为顶部敞口的矩形箱体结构，砂箱的顶部盖板上开设有若干个注水孔，每个注水孔中均连接有注水软管，注水软管通过蠕动泵与注水箱连通；砂箱侧壁上沿高度方向开设有两排测压孔，砂箱侧壁上设置有最高和最低水位线，位于最高水位线上方的为气压孔，位于最低水位线下方的为水压孔，水压孔上连接有U型测压管的底端，U型测压管的顶端位于最高水位线上方；砂箱的两侧各设置有一个潮汐造浪装置，潮汐造浪装置能够与砂箱内部相通。本发明相比于现场观测成本更为低廉，并且可以通过控制实验砂箱与两侧潮汐装置的连接或阻断，模拟双侧潮汐、单侧潮汐作用下的情况。

Description

耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构

技术领域

本发明涉及室内砂箱水盐运移模拟装置技术领域，尤其涉及耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构。

背景技术

潮汐涨落以及降雨入渗作为重要的地表水地下水驱动因素，显著影响海岛含水层的水动力条件、溶质迁移过程，进而改变土壤理化性质和海岛生态平衡。因此，潮汐波动和降雨过程是模拟海岛生境的重要边界条件，研究二者耦合作用下的海岛水动力和溶质迁移规律对防治海水入侵，高效利用海岛资源具有重要意义。

目前，普遍采用现场观测的方式来研究海岛含水层的海水入侵问题，但是现场观测费用昂贵且干扰因素较多，难以从机理角度揭示海水入侵规律。相比之下，室内实验则花费较少的成本且可实现可控边界条件，便于研究控制海岛海水入侵过程的水动力学机理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术只能现场观测的不足，提出耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构。

本发明采用的技术方案是：

耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，包括砂箱，砂箱为顶部敞口的矩形箱体结构，砂箱的顶部敞口处设置有盖板，盖板上开设有若干个注水孔，每个注水孔中均连接有注水软管，注水软管通过蠕动泵与注水箱连通；砂箱侧壁上沿高度方向开设有两排测压孔，砂箱侧壁上设置有最高和最低水位线，位于最高水位线上方的为气压孔，位于最低水位线下方的为水压孔，水压孔上连接有U型测压管的底端，U型测压管的顶端位于最高水位线上方；

砂箱的两侧各设置有一个潮汐造浪装置，潮汐造浪装置能够与砂箱内部相通。

利用蠕动泵从注水箱抽水，通过砂箱顶部向砂箱内注水，可控制注水流量以实现对降雨量、降雨时长的精准控制，可以模拟不同的海上降雨模式。U型测压管可测量在潮汐变化中水下的压力变化，潮汐造浪装置模拟潮汐效应，抽水机始终以较大功率将水从备水箱抽入溢流箱中，当溢流箱中水位超过设定水头，排水管将水排入备水箱，这样即可保持溢流箱中水位始终与排水管顶面齐平，通过控制排水管上下移动即可模拟出潮汐效应；如此耦合潮汐效应和海上降雨。

具体地，潮汐造浪装置包括上下叠放的溢流箱和备水箱，溢流箱位于备水箱的上方，溢流箱箱底连接有一个排水管和一个抽水机，排水管向下伸入备水箱中，抽水机的进水管位于备水箱中，抽水机的出水管位于溢流箱中，排水管和抽水机将溢流箱和备水箱连通，溢流箱靠近砂箱的一侧侧板与砂箱的该侧侧板密封连接，且通过该侧板，连通溢流箱与砂箱内部。

优选地，砂箱的该侧板上开设有若干个透水孔，该侧板的外表面固定连接有两个相对设置的滑槽，两个滑槽均竖向设置，两个滑槽之间滑动设置有挡板，挡板位于溢流箱与砂箱的侧板之间。通过人为插入挡板可以改变溢流箱和砂箱的连通状态，达到模拟双侧潮汐作用、单侧潮汐作用与无潮汐作用三种状态的效果。

优选地，溢流箱的顶部转动连接有螺纹杆，螺纹杆竖向设置，且螺纹杆一端与旋转电机连接，螺纹杆上螺纹连接有连接件，连接件的另一端连接有排水管支架，排水管支架竖向设置，排水管支架下端与排水管固连，旋转电机通过连接件带动排水管在溢流箱中上下移动。

溢流箱与砂箱内部连通时，排水管上下移动产生变化的水头传递到砂箱中，模拟出潮汐效果。

作为优选实施例，溢流箱靠近砂箱的侧板与开设透水孔的砂箱侧板为一体结构，即开设透水孔的砂箱侧板为溢流箱该侧板的一部分，两个滑槽设置在溢流箱该侧板的内壁上。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

本发明相比于现场观测成本更为低廉，并且可以通过控制实验砂箱与两侧潮汐装置的连接或阻断，模拟双侧潮汐、单侧潮汐作用下的情况。

本发明砂箱顶部设有降雨装置，且能够实现控制降雨量以及降雨时长，更加符合实际情况，有利于获取更准确的实验数据。

本实验装置所采用的潮汐造浪装置，其排出的水可被重新抽入潮汐造浪装置中，达到水资源的循环利用效果，减少实验过程中水资源的浪费。

附图说明

图1为本发明总体正视图结构；

图2为砂箱单体的正视图结构；

图3为砂箱侧视图结构；

图4为砂箱俯视图结构；

图5为砂箱侧板、滑槽的一个实施例结构；

图中：1-砂箱；2-滑槽；3-注水孔；4-注水软管；5-注水箱；6-水压孔；7-U型测压管；8-气压孔；9-溢流箱箱体；10-排水管；11-排水管支架；12-连接件；13-螺纹杆；14-旋转电机；15-抽水机；16-备水箱；17-实验砂箱支架；18-开孔隔板；19-蠕动泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。特别说明所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5所示：本发明为耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，砂箱1正面外壁板上等间隔设置有两排测压孔，位于最高水位线以上的为气压孔8，位于最低水位线以下的为水压孔6，水压孔6连接U型测压管7用于测量在潮汐变化中水下的压力变化。

所述砂箱1顶部盖板等间隔设置有注水孔3，注水孔3通过注水软管4经由蠕动泵19与注水箱5相连，蠕动泵19将水从注水箱5抽出，注入注水孔3中，以模拟海岛降雨作用。通过调节蠕动泵19的抽水量以及抽水时间，可以模拟不同的海上降雨模式。

参照图1和图4所示，所述砂箱1两侧对称安装有潮汐造浪装置，由可改变水头的溢流箱9和备水箱16组成。备水箱16设置在溢流箱9下方，通过排水管10和抽水机15与溢流箱9相连。抽水机15始终处于工作状态，以较大的抽水量将水从备水箱16抽到溢流箱9中。当所述溢流箱9中水位超过排水管10的顶面，超出排水管10顶面的水体将溢流进入排水管10内，并被排入备水箱15中。在实验过程中只要保证抽水机15的抽水量足够大，就能够使得溢流箱9内的水位始终与排水管10的顶面保持一致，以达到控制水位的效果。

所述排水管10与排水管支架11固定铆接，所述连接件12有两孔，排水支架11与连接件12一孔利用螺帽固定，螺纹杆13穿入连接件12另一孔。通过旋转电机14控制螺纹管13旋转，即可使得连接件12以及与连接件12固定的排水管10和排水管支架11共同上下移动。排水管10上下移动产生变化的水头传递到砂箱1中，可模拟出潮汐效果。

参照图3-5所示，溢流箱靠近砂箱的侧板与开设透水孔的砂箱侧板为一体结构，即开设透水孔18的砂箱侧板为溢流箱该侧板的一部分，两个滑槽2设置在溢流箱该侧板的内壁上。必要时可在该侧侧板上布置滤网防止砂砾流失。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同。

Claims (5)

1.耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，其特征在于，包括砂箱，砂箱为顶部敞口的矩形箱体结构，砂箱的顶部敞口处设置有盖板，盖板上开设有若干个注水孔，每个注水孔中均连接有注水软管，注水软管通过蠕动泵与注水箱连通；砂箱侧壁上沿高度方向开设有两排测压孔，砂箱侧壁上设置有最高和最低水位线，位于最高水位线上方的为气压孔，位于最低水位线下方的为水压孔，水压孔上连接有U型测压管的底端，U型测压管的顶端位于最高水位线上方；

砂箱的两侧各设置有一个潮汐造浪装置，潮汐造浪装置能够与砂箱内部相通。

2.根据权利要求1所述的耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，其特征在于，潮汐造浪装置包括上下叠放的溢流箱和备水箱，溢流箱位于备水箱的上方，溢流箱箱底连接有一个排水管和一个抽水机，排水管向下伸入备水箱中，抽水机的进水管位于备水箱中，抽水机的出水管位于溢流箱中，排水管和抽水机将溢流箱和备水箱连通，溢流箱靠近砂箱的一侧侧板与砂箱的该侧侧板密封连接，且通过该侧板，连通溢流箱与砂箱内部。

3.根据权利要求2所述的耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，其特征在于，砂箱的该侧板上开设有若干个透水孔，该侧板的外表面固定连接有两个相对设置的滑槽，两个滑槽均竖向设置，两个滑槽之间滑动设置有挡板，挡板位于溢流箱与砂箱的侧板之间。

4.根据权利要求3所述的耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，其特征在于，溢流箱的顶部转动连接有螺纹杆，螺纹杆竖向设置，且螺纹杆一端与旋转电机连接，螺纹杆上螺纹连接有连接件，连接件的另一端连接有排水管支架，排水管支架竖向设置，排水管支架下端与排水管固连，旋转电机通过连接件带动排水管在溢流箱中上下移动。

5.根据权利要求3所述的耦合潮汐效应的二维海岛水盐运移模拟装置的机械结构，其特征在于，溢流箱靠近砂箱的侧板与开设透水孔的砂箱侧板为一体结构，即开设透水孔的砂箱侧板为溢流箱该侧板的一部分，两个滑槽设置在溢流箱该侧板的内壁上。

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