CN114112300A - 一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法，该装置包括：有机玻璃槽：包括左端水槽、中间砂槽及右端水槽，分别用以模拟感潮河道、河岸滩及离岸区地下水；水位控制系统：包括供水组件、排水组件、自动水位控制组件以及滑动水位控制组件；监测系统：包括监测管、电导率传感器、孔隙水压力传感器、电导率采集仪、静态应变仪以及虹吸管。与现有技术相比，本发明能够路模拟潮汐作用下的河道水位变化，能够基于砂槽中电导率、水位及溶质浓度的动态分布充分模拟感潮河流岸滩横向‑垂向潜流交换过程，还能够模拟不同潮差、周期的潮汐作用，并获得不同潮汐作用对河岸带侧向潜流交换的影响规律，操作简单，拆卸方便，水位控制效果好。

Description

一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法

技术领域

本发明涉及水利工程试验领域，尤其是涉及一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法。

背景技术

河岸带是水陆生态系统之间的一个重要过渡带，相较于单一的陆生环境和水生环境具有独特的空间结构和生态功能。潜流在河岸带内运动的过程中，其携带的可溶性物质会发生复杂的生物地球化学反应，因此河岸带在维持河流生态健康及改善流域生态环境方面起着重要作用。

潜流交换受水文条件的影响较大，目前的潜流交换研究主要针对汛期洪水、水库放水、地下水开采等水文条件变化。涨落潮是沿海城市河流具有的独特水文条件，周而往复的潮汐过程对于感潮河岸带侧向潜流运动的影响也开始受到关注。现场监测是目前河岸带侧向潜流交换研究的常用方法，然而自然河岸带环境复杂，多种因素共同作用影响潜流交换，难以对各因子的影响程度进行分析。目前，室内模型试验能够控制边界条件和影响因子，可定量研究潮汐作用对感潮河岸带侧向潜流交换的影响规律。

然而，现有的室内模型主要用于研究河道洪水或傍河取水所导致的河岸带潜流交换，其水位控制系统主要模拟河道洪水过程或地下水位变化。不同水位条件对河岸带侧向潜流交换的影响往往差异较大，因此为了研究潮汐作用下河岸带侧向潜流交换规律，亟需开发可适用于室内试验的感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，以实现潮汐过程的自动模拟及特征参数控制，同时还要求试验装置可适用于砂土、粉土、粘性土等多种土质类型的河岸滩沉积物。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置及试验方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，该装置包括：

有机玻璃槽：由有机玻璃槽部件Q和可拆卸有机玻璃槽部件B合围而成，通过插设在有机玻璃槽左右两侧部的两组透水挡砂板将其内部空间分隔为左端水槽、中间砂槽及右端水槽，分别用以模拟感潮河道、河岸滩及离岸区地下水；

水位控制系统：包括与左端水槽和右端水槽连接的供水组件、排水组件、分别与供水组件和排水组件连接的自动水位控制组件以及左端水槽和右端水槽外侧的滑动水位控制组件；

监测系统：包括并排埋设在中间砂槽内的多个监测管、阵列式安装在中间砂槽内的多个电导率传感器、并排埋设在中间砂槽下部的多个孔隙水压力传感器、与电导率传感器通过导线连接的电导率采集仪、与孔隙水压力传感器通过导线连接的静态应变仪以及用以对监测管进行抽水的虹吸管。

所述的有机玻璃槽部件Q截面呈C型，有机玻璃槽部件B通过螺栓和止水橡胶垫与有机玻璃槽部件Q固定合围成型，在有机玻璃槽的左右侧部内壁上各开设2对卡槽，分别对应竖直插入两组透水挡砂板，每组透水挡砂板中位于外侧的两块透水挡砂板将有机玻璃槽内部空间从左至右分隔为左端水槽、中间砂槽和右端水槽，并且在每组的两块透水挡砂板间填充沙砾石形成沙砾填料层，每组透水挡砂板中位于内侧的两块透水挡砂板之间的空间为河岸沉积物层，所述的沙砾填料层分别设置在河岸沉积物层左右两侧，用以防止水流对河床沉积物颗粒的冲刷。

所述的左端水槽和右端水槽的底板均设有用以排水排沙的排水底孔，且在对应后面板的底部和顶部均分别设有出水口和进水口，左端水槽后面板的顶部还设有抽水口，所述的排水底孔在试验时通过橡胶塞封闭，所述的河岸沉积物层的底板上设有凹槽，其宽度略大于监测管的外径，多个监测管的底端置于凹槽内，所述的有机玻璃槽部件Q底部设有支脚。

作为中间砂槽后面板的有机玻璃槽部件B在不同高度和水平位置处按阵列方式开设多个传感器导线穿孔，用以穿过传感器导线，并在试验时采用硅胶涂覆保证密闭性。

所述的透水挡砂板采用多孔有机玻璃板，其外部包裹尼龙纱布防止实验砂土被水冲入左端水槽和右端水槽中。

所述的供水组件包括通过第一进水软管与左端水槽的进水口连接的第一供水箱、设置在第一进水软管上的第一进水蠕动泵、通过第二进水软管与右端水槽的进水口连接的第二供水箱以及设置在第二进水软管上的第二进水蠕动泵，所述的排水组件包括通过出水软管与左端水槽的抽水口连接的废水箱以及设置在出水软管上的排水蠕动泵。

所述的自动水位控制组件包括高低水位控制器及通过导线与其连接的高水位传感器和低水位传感器，所述的高低水位控制器上分别接有第一进水蠕动泵和排水蠕动泵的电源线，进而控制第一进水蠕动泵和排水蠕动泵的启停，所述的高水位传感器和低水位传感器通过防水胶布固定在左端水槽前面板的外壁上，用以模拟河道的高潮位和低潮位，高水位传感器的安装位置高于低水位传感器，且两者的安装位置均位于进水口的位置与出水口的位置之间。

所述的滑动水位控制组件包括贴设在左端水槽的左侧面板外壁上的第一导轨、贴设在右端水槽的右侧面板外壁上的第二导轨、在第一导轨内滑动的第一滑块、在第二导轨内滑动的第二滑块、第一连通软管、第二连通软管，所述的第一导轨和第二导轨均贴设有竖向透明标尺，并且其顶端和底端分别与有机玻璃部件Q顶端和底板上表面齐平，所述的第一连通软管一端固定在第一滑块上，且管口与第一滑块的顶端齐平，另一端与左端水槽底部的出水口连接，所述的第二连通软管一端固定在第二滑块上，且管口与第二滑块的顶端齐平，另一端与右端水槽底部的出水口连接。

每个监测管均由直径不同的内管和外管嵌套组合而成，所述的内管和外管的材质均为透明PVC管，且管壁上均设有分布均匀的透水孔，所述的内管外部包裹一层尼龙纱布以防止细颗粒砂土进入，且在内管和外管之间填设级配良好的砂石填料。

一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置的试验方法，包括以下步骤：

1)沉积物填充及监测系统布设：

11)将设定数量的监测管的外管垂直设置在凹槽内，在监测管的内管外部包裹一层尼龙纱布，并放置在对应外管的内部，监测管的数量与间距根据具体试验情况调整；

12)在河岸沉积物层内分层压实填入从野外现场取回的河岸沉积物，同时将多个电导率传感器和水压力传感器布设于河岸沉积物层内，并通过导线穿孔分别与电导率数据采集仪和静态应变仪连接，水压力传感器埋设在有机玻璃槽下部，并在水压力传感器上部按不同高度和水平位置布设电导率传感器；

13)在河岸沉积物层两侧的两块透水挡砂板之间分层压实填入级配良好的沙砾石，并且在各监测管的内管和外管之间填入级配良好的砂石填料；

14)将第一滑块和第二滑块分别固定在第一导轨和第二导轨上，且使两个滑块的顶端与进水口的下沿齐平，打开第二进水蠕动泵以设定流量q₀向右端水槽持续供给蒸馏水，当第一连通软管和第二连通软管均有水溢出时，采用虹吸管对各监测管进行抽水，直至从各监测管抽出的水变澄清，此时关闭第二进水蠕动泵，将第一滑块和第二滑块分别滑动至第一导轨和第二导轨的底端进行砂槽排水，直至第一连通软管和第二连通软管无水溢出；

2)潮汐作用下岸滩侧向潜流交换过程模拟：

21)将高水位传感器固定在设定高潮水位H_max处，低水位传感器固定在设定低潮水位H_min处，第一滑块固定在低潮水位H_min处；

22)将第二滑块固定在地下水位设定高度h₀处，且H_min<h₀<H_max，打开第二进水蠕动泵以设定流量q₁向右端水槽进行持续供给蒸馏水，当水位上升至地下水位设定高度h₀时，使第二连通软管持续溢流以保持右端水槽水位稳定保持在h₀高度处，模拟不受潮汐影响的离岸区地下水；

23)随着右端水槽向左渗流，左端水槽水位逐渐提升至低潮水位H_min，此时第一连通软管出现溢流，左端水槽水位保持在低潮水位H_min，模拟地下水向河道稳定渗流的状态；

24)打开电导率采集仪和静态应变仪获取河岸沉积物层的孔隙水水位和电导率初始值；

25)打开高低水位控制器，同时将第一滑块的顶端滑动至左端水槽的进水口下沿位置并固定，低水位传感器感应到水位后，由高低水位控制器驱动第一进水蠕动泵以变流量q₂从第一供水箱向左端水槽持续供给设定浓度的铵盐溶液，左端水槽水位持续上升直至到达设定高潮水位H_max，此时高水位传感器感应到水位后，高低水位控制器关闭第一进水蠕动泵并同时驱动排水蠕动泵以变流量q₃从左端水槽抽水，待左端水槽水位降至低潮水位H_min时，高低水位控制器再次关闭排水蠕动泵一并同时驱动第一进水蠕动泵供水，从而实现潮汐过程的自动模拟，经过多次涨落潮模拟后，当左端水槽水位再次降至低潮水位H_min时，关闭所有仪器设备，模拟结束；

3)传感器监测数据及采集水样数据处理：

31)电导率和水压监测数据处理：

在潮汐涨落模拟过程中，基于电导率传感器对河岸沉积物层内的孔隙水电导率进行持续监测，试验结束后通过插值计算绘制不同时刻的孔隙水电导率横向-垂向二维分布图，从而获得潮汐模拟过程中侧向潜流交换的范围，根据孔隙水压力传感器监测数据可获得不同时刻岸滩沉积物层横向水位分布，进而获得潮汐模拟过程中潜流交换速率变化规律；

32)采集水样数据处理：

在潮汐涨落过程中，对各监测管内水样进行定时采集，将采集的水样进行三氮测定分析，包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮测定分析，对比不同时刻各监测管内三类氮盐离子浓度，获得潮汐模拟过程中岸滩沉积物层氮素迁移转化规律。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明能通过高低水位控制器对第一进水蠕动泵和排水蠕动泵的启闭调度实现潮汐过程的自动模拟，而且可控制潮汐的特征参数(如潮差、周期等)，可用于潮汐驱动下河岸带侧向潜流交换特征规律研究。

二、本发明在河岸沉积物砂箱与左、右端水箱之间设有级配良好的沙砾填料隔层，且监测管的内、外管之间填入级配良好的砂石填料，可研究潮汐作用下细颗粒岸滩沉积物(如粉土、粘土)中横向-垂向潜流交换规律。

三、本发明利用布设在沉积物层的电导率传感器和孔隙水压力传感器获取电导率和水位的时空数据，并结合监测井定时取样分析三氮浓度，通过多种手段联合分析潮汐作用对河岸带侧向潜流交换的影响规律。

四、本发明的有机玻璃槽部件拆卸和安装方便，操作简单，水槽和砂槽清洗快捷，易于维护，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明有机玻璃槽正视图。

图3为本发明有机玻璃槽沉积物层区域剖视图。

图4为本发明有机玻璃槽后视图。

图5为本发明有机玻璃槽侧视图。

图6为本发明有机玻璃槽俯视图。

图7为本发明监测管结构示意图。

图中标记说明：

1、有机玻璃槽部件Q，2、卡槽，3、进水口，4、排水底孔，5、凹槽，6、出水口，7、传感器导线穿孔，8、透水挡砂板，9、有机玻璃槽部件B，10、第一导轨，11、第一滑块，12、第一连通软管，13、监测管，13-1、外管，13-2内管，13-3、砂石填料，14、河岸沉积物层，15、第二导轨，16、第二滑块，17、第二连通软管，18、高低水位控制器，19、高水位传感器，20、低水位传感器，21、第一进水蠕动泵，22、第一进水软管，23、第一供水箱，24、排水蠕动泵，25、出水软管，26、废水箱，27、螺栓，28、止水橡胶垫，29、电导率传感器，30、第二进水软管，31、第二进水蠕动泵，32、第二供水箱，33、电导率采集仪，34、支脚，35、沙砾填料层，36、静态应变仪，37、孔隙水压力传感器，38、透明标尺，39、橡胶塞，40、抽水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，该装置包括有机玻璃槽、水位控制系统及监测系统。

如图2所示，有机玻璃槽采用厚度为2cm的有机玻璃板制作而成，长150cm，高为65cm，其前后两侧内壁上设有对称的4对卡槽2，通过插入每对卡槽2垂直设置4块透水挡砂板8，透水挡砂板8采用多孔有机玻璃板，厚度为1cm，其外部包裹规格为80目的尼龙纱布，位于左右两侧每组透水挡砂板外侧的2块透水挡砂板8将有机玻璃槽内部空间分割成左端水槽、中间砂槽及右端水槽，其中左端水槽长12cm，宽10cm，右端水槽长10cm，宽10cm，位于左右两侧每组透水挡砂板内侧的2块透水挡砂板8将中间砂槽分成沙砾填料层35和河岸沉积物层14，沙砾填料层35布置在河岸沉积物层14的两侧，以防止水流对河床沉积物颗粒的冲刷，其中，河岸沉积物层14长110cm，宽10cm，单侧的沙砾填料层长4cm，宽10cm，有机玻璃槽的底部设有多个支脚34。

如图2所示，进水口3、抽水口40、出水口6、排水底孔4均为直径2cm的圆孔，其中进水口3、抽水口40及出水口6位于有机玻璃槽的后面板，排水底孔4位于有机玻璃槽内左端水槽和右端水槽的底板上，进水口3和抽水口40的高度距槽内底面52cm；出水口6分别与左端水槽和右端水槽的槽内底面相切；排水底孔4处设有橡胶塞39，以防止实验中有机玻璃槽底部漏水；

如图2和图3所示，有机玻璃槽部件Q1底板厚4cm；凹槽5设置在河岸沉积物层14下方的有机玻璃底板上，尺寸为长110cm，宽6.1cm，深2cm。

如图3和图4所示，有机玻璃槽部件B9面板通过螺栓27与有机玻璃槽部件Q1锚固连接，连接处设有止水橡胶垫28以保证密闭性，有机玻璃槽部件B9面板上设有排列方式为5行×11列的传感器导线穿孔7，均为边长1cm的方孔，水平间距10cm，底部两层间的垂直间距5cm，其余各层间的垂直间距10cm，在进行试验时传感器导线穿孔7用硅胶涂覆以保证密闭性。

如图1所示，水位控制系统由供水/排水组件、自动水位控制组件和滑动水位控制组件组成。

如图1所示，供水/排水组件由软管、进水口、抽水口、供水箱、废水箱及蠕动泵等组成。有机玻璃槽部件Q1的左端水槽进水口3通过第一进水软管22与第一进水蠕动泵21连接第一供水箱23；有机玻璃槽部件Q1的右端水槽进水口3通过第二进水软管30与第二进水蠕动泵31连接第二供水箱32；有机玻璃槽部件Q1的左端水槽抽水口40通过出水软管25与排水蠕动泵24连接废水箱26。第一进水蠕动泵21、排水蠕动泵24及第二进水蠕动泵31的量程一致，其最大流量为1.6L/min，最小流量为0.1ml/min。

如图1所示，自动水位控制组件包括高低水位控制器18以及设置在左端水槽内通过导线与其连接的高水位传感器19和低水位传感器20，高低水位控制器18上分别接有第一进水蠕动泵21和排水蠕动泵24的电源线。高水位传感器19和低水位传感器20用防水胶布固定在有机玻璃槽部件Q1左端水槽前面板的外壁上，用以模拟河道的高潮位和低潮位，高水位传感器19高于左端水槽内部底面40cm，低水位传感器20位于高水位传感器19下方30cm处。

如图1和图5所示，滑动水位控制组件包括导轨、滑块、出水口、连通软管及透明标尺。第一导轨10和第二导轨15分别贴设在有机玻璃槽部件Q1左侧面板和右侧面板的外壁(即左端水槽和右端水槽的外壁上)，每条导轨的旁边贴有透明标尺38，每条导轨顶端和底端分别与有机玻璃部件Q1顶端和底板上表面齐平，第一滑块11和第二滑块16分别设置在第一导轨10和第二导轨15上；第一连通软管12和第二连通软管17的一端分别固定在第一滑块11和第二滑块16上，且管口与滑块的顶端齐平，两个连通软管的另一端分别与其相邻的出水口6连接。

如图1和图6所示，监测系统包括埋设在有机玻璃槽部件Q1的中间砂槽内的多个并排设置的监测管13、电导率传感器29、孔隙水压力传感器37以及分别与电导率传感器29和孔隙水压力传感器37通过导线连接的电导率采集仪33和静态应变仪36，监测管13置于有机玻璃槽内底板的凹槽5上。

如图7所示，监测管13由2个不同直径的子管嵌套组合而成，其材质均为透明PVC管，内管13-2、外管13-1的外径分别为3cm和6cm，且两管的管壁上均设有分布均匀的透水孔，内管13-2外部包裹一层尼龙纱布以防止细颗粒砂土进入管内，内管13-2、外管13-1之间为级配良好的砂石填料13-3。

本例中，应用该感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置的试验方法，具体包括以下步骤：

步骤1：沉积物填充及监测系统布设

将设定数量的监测管13的外管13-1垂直设置在凹槽5内，在监测管的内管13-2外部包裹一层尼龙纱布，并放置在其外管的内部，监测管的数量与间距可根据具体试验情况调整；在有机玻璃槽的中间两块透水挡砂板8之间分层压实填入从野外现场取回的河岸沉积物，同时将多个电导率传感器29和水压力传感器37布设于河岸沉积物层14内，并通过导线穿孔7分别与电导率数据采集仪33和静态应变仪36连接；水压力传感器37埋设于有机玻璃槽下部，在其上部按不同高度和水平位置布设电导率传感器29；在河岸沉积物层14两侧的透水挡砂板8之间分层压实填入级配良好的沙砾石，在不同监测管13的内、外管之间填入级配良好的砂石填料13-3；

将第一滑块11和第二滑块16分别固定在第一导轨10和第二导轨15上，且两个滑块的顶端与进水口3的下沿齐平，打开第二进水蠕动泵31以设定流量q₀向有机玻璃槽的右端水槽进行持续供给蒸馏水，当第一连通软管12和第二连通软管17均有水溢出时，采用虹吸管对不同监测管13进行抽水，直至从各监测管抽出的水变澄清，此时关闭第二进水蠕动泵31，将第一滑块11和第二滑块16分别滑动至第一导轨10和第二导轨15的底端进行中间砂槽排水，直至第一连通软管12和第二连通软管17无水溢出；

步骤2：潮汐作用下岸滩侧向潜流交换过程模拟

将高水位传感器19固定在左端水槽的前面板上，高出左端水槽的内部底面40cm来模拟高潮位H_max，低水位传感器20固定在高水位传感器19的下方30cm处来模拟低潮位H_min，移动第一滑块11，使其顶部与低水位传感器20保持同一高度；将第二滑块16的顶部固定在右端水槽内部底面以上20cm处模拟离岸地下水水位h₀，打开第二进水蠕动泵31以设定流量q₁向有机玻璃槽的右端水槽进行持续供给蒸馏水，当水位抬升至设定高度h₀时，第二连通软管17持续溢流以保持右端水槽水位稳定保持h₀高度处，模拟不受潮汐影响的离岸区地下水；

随着右端水槽向左渗流，左端水槽水位逐渐提升至低潮水位H_min，此时第一连通软管12出现溢流，左端水槽水位保持在低潮水位H_min，模拟地下水向河道稳定渗流的状态；打开电导率采集仪33和静态应变仪36，获取河岸沉积物层14的孔隙水水位和电导率初始值；

打开高低水位控制器18，同时将第一滑块11的顶端滑动至进水口3的下沿位置并固定，低水位传感器20感应到水位后，由高低水位控制器18驱动第一进水蠕动泵21以时流量序列q₂，4q₂，4q₂，3q₂，q₂从第一供水箱23向左端水槽持续供给设定浓度的铵盐溶液，左端水槽水位持续上升直至到达设定高潮水位H_max，此时高水位传感器19感应到水位后，高低水位控制器18关闭第一进水蠕动泵21并同时驱动排水蠕动泵24以时流量序列q₃，4.5q₃，4.5q₃，4.5q₃，3q₃，2q₃，q₃从左端水槽抽水，且q₃<q₂，待左端水槽水位降至低潮水位H_min时，高低水位控制器18又关闭排水蠕动泵一24并同时驱动第一进水蠕动泵21供水，从而实现了潮汐过程的自动模拟，经过若干次涨落潮模拟，当左端水槽水位再次降至低潮水位H_min时，关闭所有仪器设备，模拟结束；

步骤3：传感器监测数据及采集水样数据处理

在模拟潮汐涨落过程中，基于电导率传感器29对河岸沉积物层14内的孔隙水电导率进行持续监测，试验结束后通过插值计算绘制不同时刻的孔隙水电导率横向-垂向二维分布图，从而获得潮汐模拟过程中侧向潜流交换的范围；根据孔隙水压力传感器37监测数据可获得不同时刻岸滩沉积物层横向水位分布，进而获得潮汐模拟过程中潜流交换速率变化规律；并且在模拟潮汐涨落过程中，对不同监测管13内水样进行定时采集，将采集的水样进行三氮氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮测定分析，对比不同时刻不同监测管内三类氮盐离子浓度，获得潮汐模拟过程中岸滩沉积物层氮素迁移转化规律。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

上述仅为本发明的实施案例。本发明的专利范围不限制于上述实施案例。对于利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或变化，或运用于其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，该装置包括：

有机玻璃槽：由有机玻璃槽部件Q(1)和可拆卸有机玻璃槽部件B(9)合围而成，通过插设在有机玻璃槽左右两侧部的两组透水挡砂板将其内部空间分隔为左端水槽、中间砂槽及右端水槽，分别用以模拟感潮河道、河岸滩及离岸区地下水；

水位控制系统：包括与左端水槽和右端水槽连接的供水组件、排水组件、分别与供水组件和排水组件连接的自动水位控制组件以及左端水槽和右端水槽外侧的滑动水位控制组件；

监测系统：包括并排埋设在中间砂槽内的多个监测管(13)、阵列式安装在中间砂槽内的多个电导率传感器(29)、并排埋设在中间砂槽下部的多个孔隙水压力传感器(37)、与电导率传感器(29)通过导线连接的电导率采集仪(33)、与孔隙水压力传感器(37)通过导线连接的静态应变仪(36)以及用以对监测管(13)进行抽水的虹吸管。

2.根据权利要求1所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的有机玻璃槽部件Q(1)截面呈C型，有机玻璃槽部件B(9)通过螺栓(27)和止水橡胶垫(28)与有机玻璃槽部件Q(1)固定合围成型，在有机玻璃槽的左右侧部内壁上各开设2对卡槽(2)，分别对应竖直插入两组透水挡砂板，每组透水挡砂板中位于外侧的两块透水挡砂板(8)将有机玻璃槽内部空间从左至右分隔为左端水槽、中间砂槽和右端水槽，并且在每组的两块透水挡砂板间填充沙砾石形成沙砾填料层(35)，每组透水挡砂板中位于内侧的两块透水挡砂板(8)之间的空间为河岸沉积物层(14)，所述的沙砾填料层(35)分别设置在河岸沉积物层(14)左右两侧，用以防止水流对河床沉积物颗粒的冲刷。

3.根据权利要求1所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的左端水槽和右端水槽的底板均设有用以排水排沙的排水底孔(4)，且在对应后面板的底部和顶部均分别设有出水口(6)和进水口(3)，左端水槽后面板的顶部还设有抽水口(40)，所述的排水底孔(4)在试验时通过橡胶塞(39)封闭，所述的河岸沉积物层(14)的底板上设有凹槽(5)，其宽度略大于监测管(13)的外径，多个监测管(13)的底端置于凹槽(5)内，所述的有机玻璃槽部件Q(1)底部设有支脚(34)。

4.根据权利要求2所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，作为中间砂槽后面板的有机玻璃槽部件B(9)在不同高度和水平位置处按阵列方式开设多个传感器导线穿孔(7)，用以穿过传感器导线，并在试验时采用硅胶涂覆保证密闭性。

5.根据权利要求2所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的透水挡砂板(8)采用多孔有机玻璃板，其外部包裹尼龙纱布防止实验砂土被水冲入左端水槽和右端水槽中。

6.根据权利要求3所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的供水组件包括通过第一进水软管(22)与左端水槽的进水口(3)连接的第一供水箱(23)、设置在第一进水软管(22)上的第一进水蠕动泵(21)、通过第二进水软管(30)与右端水槽的进水口(3)连接的第二供水箱(32)以及设置在第二进水软管(30)上的第二进水蠕动泵(31)，所述的排水组件包括通过出水软管(25)与左端水槽的抽水口(40)连接的废水箱(26)以及设置在出水软管(25)上的排水蠕动泵(24)。

7.根据权利要求6所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的自动水位控制组件包括高低水位控制器(18)及通过导线与其连接的高水位传感器(19)和低水位传感器(20)，所述的高低水位控制器(18)上分别接有第一进水蠕动泵(21)和排水蠕动泵(24)的电源线，进而控制第一进水蠕动泵(21)和排水蠕动泵(24)的启停，所述的高水位传感器(19)和低水位传感器(20)通过防水胶布固定在左端水槽前面板的外壁上，用以模拟河道的高潮位和低潮位，高水位传感器(19)的安装位置高于低水位传感器(20)，且两者的安装位置均位于进水口(3)的位置与出水口(6)的位置之间。

8.根据权利要求3所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，所述的滑动水位控制组件包括贴设在左端水槽的左侧面板外壁上的第一导轨(10)、贴设在右端水槽的右侧面板外壁上的第二导轨(15)、在第一导轨(10)内滑动的第一滑块(11)、在第二导轨(15)内滑动的第二滑块(16)、第一连通软管(12)、第二连通软管(17)，所述的第一导轨(10)和第二导轨(15)均贴设有竖向透明标尺(38)，并且其顶端和底端分别与有机玻璃部件Q(1)顶端和底板上表面齐平，所述的第一连通软管(12)一端固定在第一滑块(11)上，且管口与第一滑块(11)的顶端齐平，另一端与左端水槽底部的出水口(6)连接，所述的第二连通软管(17)一端固定在第二滑块(16)上，且管口与第二滑块(16)的顶端齐平，另一端与右端水槽底部的出水口(6)连接。

9.根据权利要求1所述的一种感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置，其特征在于，每个监测管(13)均由直径不同的内管(13-2)和外管(13-1)嵌套组合而成，所述的内管(13-2)和外管(13-1)的材质均为透明PVC管，且管壁上均设有分布均匀的透水孔，所述的内管(13-2)外部包裹一层尼龙纱布以防止细颗粒砂土进入，且在内管(13-2)和外管(13-1)之间填设级配良好的砂石填料(13-3)。

10.一种应用如权利要求1-9任一项所述感潮河流岸滩侧向潜流交换模拟装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)沉积物填充及监测系统布设：

11)将设定数量的监测管(13)的外管(13-1)垂直设置在凹槽(5)内，在监测管的内管(13-2)外部包裹一层尼龙纱布，并放置在对应外管(13-1)的内部，监测管的数量与间距根据具体试验情况调整；

12)在河岸沉积物层(14)内分层压实填入从野外现场取回的河岸沉积物，同时将多个电导率传感器(29)和水压力传感器(37)布设于河岸沉积物层(14)内，并通过导线穿孔(7)分别与电导率数据采集仪(33)和静态应变仪(36)连接，水压力传感器(37)埋设在有机玻璃槽下部，并在水压力传感器(37)上部按不同高度和水平位置布设电导率传感器(29)；

13)在河岸沉积物层(14)两侧的两块透水挡砂板(8)之间分层压实填入级配良好的沙砾石，并且在各监测管(13)的内管(13-2)和外管(13-1)之间填入级配良好的砂石填料(13-3)；

14)将第一滑块(11)和第二滑块(16)分别固定在第一导轨(10)和第二导轨(15)上，且使两个滑块的顶端与进水口(3)的下沿齐平，打开第二进水蠕动泵(31)以设定流量q₀向右端水槽持续供给蒸馏水，当第一连通软管(12)和第二连通软管(17)均有水溢出时，采用虹吸管对各监测管(13)进行抽水，直至从各监测管抽出的水变澄清，此时关闭第二进水蠕动泵(31)，将第一滑块(11)和第二滑块(16)分别滑动至第一导轨(10)和第二导轨(15)的底端进行砂槽排水，直至第一连通软管(12)和第二连通软管(17)无水溢出；

2)潮汐作用下岸滩侧向潜流交换过程模拟：

21)将高水位传感器(19)固定在设定高潮水位H_max处，低水位传感器(20)固定在设定低潮水位H_min处，第一滑块(11)固定在低潮水位H_min处；

22)将第二滑块(16)固定在地下水位设定高度h₀处，且H_min<h₀<H_max，打开第二进水蠕动泵(31)以设定流量q₁向右端水槽进行持续供给蒸馏水，当水位上升至地下水位设定高度h₀时，使第二连通软管(17)持续溢流以保持右端水槽水位稳定保持在h₀高度处，模拟不受潮汐影响的离岸区地下水；

23)随着右端水槽向左渗流，左端水槽水位逐渐提升至低潮水位H_min，此时第一连通软管(12)出现溢流，左端水槽水位保持在低潮水位H_min，模拟地下水向河道稳定渗流的状态；

24)打开电导率采集仪(33)和静态应变仪(36)获取河岸沉积物层(14)的孔隙水水位和电导率初始值；

25)打开高低水位控制器(18)，同时将第一滑块(11)的顶端滑动至左端水槽的进水口(3)下沿位置并固定，低水位传感器(20)感应到水位后，由高低水位控制器(18)驱动第一进水蠕动泵(21)以变流量q₂从第一供水箱(23)向左端水槽持续供给设定浓度的铵盐溶液，左端水槽水位持续上升直至到达设定高潮水位H_max，此时高水位传感器(19)感应到水位后，高低水位控制器(18)关闭第一进水蠕动泵(21)并同时驱动排水蠕动泵(24)以变流量q₃从左端水槽抽水，待左端水槽水位降至低潮水位H_min时，高低水位控制器(18)再次关闭排水蠕动泵一(24)并同时驱动第一进水蠕动泵(21)供水，从而实现潮汐过程的自动模拟，经过多次涨落潮模拟后，当左端水槽水位再次降至低潮水位H_min时，关闭所有仪器设备，模拟结束；

3)传感器监测数据及采集水样数据处理：

31)电导率和水压监测数据处理：

在潮汐涨落模拟过程中，基于电导率传感器(29)对河岸沉积物层(14)内的孔隙水电导率进行持续监测，试验结束后通过插值计算绘制不同时刻的孔隙水电导率横向-垂向二维分布图，从而获得潮汐模拟过程中侧向潜流交换的范围，根据孔隙水压力传感器(37)监测数据可获得不同时刻岸滩沉积物层横向水位分布，进而获得潮汐模拟过程中潜流交换速率变化规律；

32)采集水样数据处理：

在潮汐涨落过程中，对各监测管(13)内水样进行定时采集，将采集的水样进行三氮测定分析，包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮测定分析，对比不同时刻各监测管(13)内三类氮盐离子浓度，获得潮汐模拟过程中岸滩沉积物层氮素迁移转化规律。

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