CN117868042A - 一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置及方法，所述装置包括上方开口的槽体，槽体中设置两个第一隔板，将槽体沿长度方向依次分隔为咸水区域、介质区域和淡水区域；第一隔板由两部分构成，包括孔板和位于孔板外侧可上下抽拉的隔水板；介质区域设置有观测井、抽水井、第三隔板和注水井，其中第三隔板高度可调节，用于模拟防渗坝的沉降；观测井用于测量该处水的电导率以判断咸水入侵的过程；抽水井连接蠕动泵以模拟咸水稳定后的抽水开采过程；注水井用于注水并控制该处水头高度；咸水区域和淡水区域中均设置有调节水头的结构。本发明可以直观地反映出防渗坝的沉降对海水入侵的影响以及其修复规律。

Description

一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置及方法

技术领域

本发明属于滨海水文地质学研究领域，涉及一种模拟试验装置，具体涉及一种研究防渗坝的沉降对海水入侵影响以及海水入侵修复的模拟装置及方法。

背景技术

海水入侵是由于人为过度开采地下水，造成海水与淡水平衡破坏而引起的。在沿海地区，因地下水过量开采导致地下水位下降，使得地下水的外溢压要小于海水的渗透压，从而导致海水沿地下孔隙、裂隙或者溶蚀孔洞向陆地侵蚀，容易导致土体盐渍化、饮水井荒废、农作物减产等灾害。故需要采取一定的措施去应对和修复海水入侵的问题，广泛采用的方法包括控制地下水开采量、人工补给地下水、建立地下水截渗墙、防渗坝等。

海水入侵的规律以及过程十分复杂，当研究防渗坝的沉降与海水入侵以及其回退之间的过程和规律时，发明人发现现有的理论模型和方法难以真实反映当防渗坝沉降时对海水入侵的影响。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，本发明的第二目的是提供一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法。

技术方案：本发明所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，包括上方开口的槽体，槽体中设置两个第一隔板，将槽体沿长度方向依次分隔为咸水区域、介质区域和淡水区域；第一隔板由两部分构成，包括孔板和位于孔板外侧可上下抽拉的隔水板；介质区域设置有观测井、抽水井、第三隔板和注水井，其中第三隔板高度可调节，用于模拟防渗坝的沉降；观测井用于测量该处水的电导率以判断咸水入侵的过程；抽水井连接蠕动泵以模拟咸水稳定后的抽水开采过程；注水井用于注水并控制该处水头高度；咸水区域和淡水区域中均设置有调节水头的结构。

进一步地，咸水区域和淡水区域中调节水头的结构，包括设置于上部水室侧边可调节高度的第二隔板，上部水室侧壁设置有注水孔，下部水箱侧壁设置有抽水孔，下部水箱中的水通过抽水泵经注水孔、抽水孔注入上部水室，多出的水从第二隔板顶部溢出回到下部水箱，实现水头控制。

进一步地，观测井位于介质区域中间位置，抽水井位于介质区域中靠近淡水区域的位置；注水井的数量为多个，分布于介质区域中不同位置，以便研究不同位置注水对海水入侵的修复效果。

进一步地，槽体采用透明亚克力板，以便观察流体运动状态；观测井、抽水井和注水井上均布透水的孔洞，均采用透明亚克力材质。

进一步地，所述孔板，以及观测井、抽水井和注水井均覆盖有过滤片。

进一步地，所述过滤片采用土工布。

进一步地，介质区域底部间隔设置有若干排水阀门，以便随时测量介质区域各位置的电导率。

本发明所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法，包括：

根据研究需要，调节好咸水区域和淡水区域的水头高度，以及介质区域第三隔板的高度；再向淡水区域注入一定量的水，使其可以维持淡水水头高度稳定，向咸水区域注入一定量经染色的咸水；

抽掉两侧的隔水板，介质与水体充分接触，随即开始观察咸水的入侵过程并记录，待整个试验装置达到稳定的状态，打开蠕动泵进行抽水，等到整个试验装置达到稳定的状态或者蠕动泵抽出咸水时，关闭蠕动泵，停止抽水；再往注水井里注入淡水，控制其水头稳定，观测咸水回退过程，待整个装置达到稳定状态以后，升高其水头，再次记录其回退过程，共重复多次；

重复上述实验过程，在注水时换不同位置的注水井；

再调节第三隔板的高度，使咸水可以从上部没过第三隔板，重复上述实验过程；

根据实验观察的结果，分析防渗坝的沉降对海水入侵的影响作用以及不同状态下海水入侵修复程度变化规律。

进一步地，介质靠近咸水区域的表层具有一定的坡度，在稳定情况下，上部地势较低的介质被咸水淹没，且咸水被第三隔板阻挡，以防止表面的咸水继续流向淡水方向。

进一步地，当形成稳定的盐水楔，即盐水楔30分钟移动不超过1mm，则试验达到稳态。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

本发明可以直观地反映出防渗坝的沉降对海水入侵的影响以及其修复规律，可以更好的帮助揭示防渗坝对海水入侵的修复机理和发生发展过程。试验操作方便，并且可根据实验需求控制淡水、海水水位，也可以模拟出海水的涨落情况，分析海水的运移规律，以及坝体下渗对海水入侵的影响走势，模拟注水情况下防渗坝对海水入侵回退规律影响，具有广泛的适用性，可为后续对比分析研究影响规律提供更准确的试验资料。

介质区域两端采用孔板和挡水板结构，一方面保证了对海水入侵的还原，另一方面保证了砂土的稳定，保证了海水入侵界面的规律。

附图说明

图1是本申请实施例提供的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置的结构示意图；

图2是本申请实施例中咸水区域和淡水区域的侧视图；

图3是本申请实施例中第一隔板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图1至3中的附图标记如下：

1，槽体；2，咸水区域；3，介质区域；4，淡水区域；5，第一隔板；6，抽水孔；7，注水孔；8，观测井；9，抽水井；10，第二隔板；11，第三隔板；12，抽水泵；13，注水井。

图1所示，为本申请实施例提供的一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，包括上方开口的槽体1，槽体1采用透明亚克力板，以便从外部观察槽体1内流体的运动状态。槽体1中设置有两个第一隔板5，将槽体1沿长度方向自左向右依次分隔为咸水区域2、介质区域3和淡水区域4。第一隔板5由两部分构成，靠近介质区域3的是裹有土工布的孔板，如图3所示，远离介质区域3的为可上下抽拉的隔水板，隔水板的高度与槽体1高度相匹配。本实施例采用双层的第一隔板5，既可以保证试验中咸水正常通过，隔绝介质颗粒通过，又可以保证试验开始前准确调配咸水区域2的咸水。

介质区域3设置有观测井8、抽水井9、第三隔板11和注水井13，其中第三隔板11密不透水，高度可调节，用于模拟防渗坝的沉降。观测井8位于介质区域3中间位置，用于测量该处水的电导率以判断咸水入侵的过程。抽水井9位于介质区域3中靠近淡水区域4的位置，抽水井9连接蠕动泵以模拟咸水稳定后的抽水开采过程。注水井13的数量为两个，抽水井9两侧各一，注水井13用于注水并控制该处水头高度，不同位置的注水井13用于研究不同位置注水对海水入侵的修复效果。本实施例中，观测井8、抽水井9和注水井13均为透明亚克力材质的管件，管件上均布透水的孔洞，并包裹有阻挡介质颗粒的土工布。

结合图2，咸水区域2和淡水区域4中均具有上部水室和下部水箱，其中上部水室底部与介质区域3底部基本保持平齐。咸水区域2和淡水区域4中均设置有调节水头的结构，包括设置于上部水室侧边可调节高度的第二隔板10，上部水室侧壁设置有注水孔7，下部水箱侧壁设置有抽水孔6，注水孔7和抽水孔6通过塑胶管和抽水泵12相连接，下部水箱中的水通过抽水泵12经注水孔7、抽水孔6注入上部水室，多出的水从第二隔板10顶部溢出回到下部水箱，实现水头控制。同时，也可以通过抽水孔6排放槽体1里的水。

此外，介质区域3底部间隔设置有若干排水阀门，以便随时测量介质区域3各位置的电导率。在试验过程中，介质区域3中的淡水难免会有进入到咸水区域2中，为了维持试验时盐水浓度的恒定，减少淡水对盐水室中盐水的稀释作用，咸水区域2上部的盐水室容量应当远大于淡水区域4上部的淡水室容量。

本实施例中，槽体1长度6000mm，宽度500mm；咸水区域2长度500mm，高度为3000mm；淡水区域4长度500mm，高度为3000mm；介质区域3长度5000mm，高度为2000mm；第三隔板11高度1400mm；在第一隔板5的孔板上和观测井8、抽水井9、注水井13上均匀分布有孔径为20mm，孔心距均为30mm的小孔。

本申请实施例还提供一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法，采用本申请实施例中所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，包括如下的步骤：

S1、清洗粒径为0.5～1.0mm的标准砂，将其填入介质区域3，靠近咸水区域2高度为1500mm，并以8°角的坡度逐渐升高，升高到1700mm后沿水平方向填砂，保持到1700mm高度，将食盐和亮蓝以7:2500的比例进行混合得到混合的蓝色颗粒，用此蓝色颗粒配置浓度为35g/L的盐水。

S2、在淡水区域4加淡水，让淡水通过介质区域3流入咸水区域2，保证砂层处于饱和状态后，插入第一隔板5的隔水板将介质区域3和咸水区域2、淡水区域4隔开，排空咸水区域2的淡水，然后往咸水区域2加入配置好的咸水。

S3、调节两侧的第二挡板10，控制咸水区域2水头为1650mm，淡水区域4水头为1605mm，介质区域3中模拟防渗坝的第三隔板11位于介质高1600mm处，且距离槽体1底部275mm，在抽水井9插入蠕动泵。

S4、拔去两侧插入的隔水板，可观察到着色的盐水向沙槽入侵，经过一定时间后形成稳定的盐水楔，一般认为盐水楔30分钟移动不超过1mm，则试验达到稳态。

S5、开启蠕动泵，以300ml/min进行抽水，过一段时间后，盐水楔达到稳定或者抽出咸水时，记录。

S6、关闭蠕动泵，向注水井13中注入淡水，控制注水井13中的水头高度为1700mm，进行一段时间后，咸水楔重新达到稳定，记录。

S7、继续向注水井13中注入淡水，控制其水头高度为1750mm，进行一段时间后，咸水楔重新达到稳定，记录。

S8、继续向注水井中注入淡水，控制其水头高度为1800mm，进行一段时间后，咸水楔重新达到稳定，记录。

S9、抽出介质区域3两侧隔水板以及第三隔板11，排出咸水区域2的咸水，抬高淡水头，让淡水流回咸水区域2，充分接触，冲洗干净咸水与亮蓝，再插入介质区域3两侧隔水板以及第三隔板11，其中第三隔板11距离槽底225mm，其余咸淡水头保持不变。

S10、重复S1～S6的过程，模拟防渗坝沉降对海水入侵的影响，对不同情境下的实验结果进行对比，研究防渗坝的沉降对海水入侵影响的规律以及其海水入侵修复的方法。

此外，利用本申请实施例提供的装置还可以研究不同位置注水情况下防渗坝对海水入侵回退规律的影响。

Claims (10)

1.一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，包括上方开口的槽体(1)，槽体(1)中设置两个第一隔板(5)，将槽体(1)沿长度方向依次分隔为咸水区域(2)、介质区域(3)和淡水区域(4)；第一隔板(5)由两部分构成，包括孔板和位于孔板外侧可上下抽拉的隔水板；介质区域(3)设置有观测井(8)、抽水井(9)、第三隔板(11)和注水井(13)，其中第三隔板(11)高度可调节，用于模拟防渗坝的沉降；观测井(8)用于测量该处水的电导率以判断咸水入侵的过程；抽水井(9)连接蠕动泵以模拟咸水稳定后的抽水开采过程；注水井(13)用于注水并控制该处水头高度；咸水区域(2)和淡水区域(4)中均设置有调节水头的结构。

2.根据权利要求1所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，咸水区域(2)和淡水区域(4)中调节水头的结构，包括设置于上部水室侧边可调节高度的第二隔板(10)，上部水室侧壁设置有注水孔(7)，下部水箱侧壁设置有抽水孔(6)，下部水箱中的水通过抽水泵(12)经注水孔(7)、抽水孔(6)注入上部水室，多出的水从第二隔板(10)顶部溢出回到下部水箱，实现水头控制。

3.根据权利要求1所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，观测井(8)位于介质区域(3)中间位置，抽水井(9)位于介质区域(3)中靠近淡水区域(4)的位置；注水井(13)的数量为多个，分布于介质区域(3)中不同位置，以便研究不同位置注水对海水入侵的修复效果。

4.根据权利要求1所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，槽体(1)采用透明亚克力板，以便观察流体运动状态；观测井(8)、抽水井(9)和注水井(13)上均布透水的孔洞，均采用透明亚克力材质。

5.根据权利要求4所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，所述孔板，以及观测井(8)、抽水井(9)和注水井(13)均覆盖有过滤片。

6.根据权利要求5所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，所述过滤片采用土工布。

7.根据权利要求1所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的装置，其特征在于，介质区域(3)底部间隔设置有若干排水阀门，以便随时测量介质区域(3)各位置的电导率。

8.一种模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法，其特征在于，包括：

根据研究需要，调节好咸水区域(2)和淡水区域(4)的水头高度，以及介质区域(3)第三隔板(11)的高度；再向淡水区域(4)注入一定量的水，使其可以维持淡水水头高度稳定，向咸水区域(2)注入一定量经染色的咸水；

抽掉两侧的隔水板，介质与水体充分接触，随即开始观察咸水的入侵过程并记录，待整个试验装置达到稳定的状态，打开蠕动泵进行抽水，等到整个试验装置达到稳定的状态或者蠕动泵抽出咸水时，关闭蠕动泵，停止抽水；再往注水井(13)里注入淡水，控制其水头稳定，观测咸水回退过程，待整个装置达到稳定状态以后，升高其水头，再次记录其回退过程，共重复多次；

重复上述实验过程，在注水时换不同位置的注水井(13)；

再调节第三隔板(11)的高度，使咸水可以从上部没过第三隔板(11)，重复上述实验过程；

根据实验观察的结果，分析防渗坝的沉降对海水入侵的影响作用以及不同状态下海水入侵修复程度变化规律。

9.根据权利要求8所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法，其特征在于，介质靠近咸水区域(2)的表层具有一定的坡度，在稳定情况下，上部地势较低的介质被咸水淹没，且咸水被第三隔板(11)阻挡。

10.根据权利要求8所述的模拟防渗坝沉降影响下海水入侵及修复的方法，其特征在于，当形成稳定的盐水楔，即盐水楔30分钟移动不超过1mm，则试验达到稳态。