CN209542049U - 一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，包括：槽体系统，槽体系统，包括槽体和位于槽体内一侧的滨海陆地模型；槽体内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体；咸水系统，咸水系统与槽体的另一侧连接并连通，咸水中加入有色染料；淡水系统，淡水系统与槽体的一侧连接并连通，淡水注入槽体；降雨系统，降雨系统包括设置在所述槽体上方的降雨器；监测系统，监测系统包括若干个探头，探头置于槽体内，监测不同位置的测压水头高度。本实用新型提供的模拟装置能够模拟多种情景下，填海工程对咸淡水交界面及淡水水体运移的影响。而且模拟装置的各系统相对分离，仪器组装、维护、使用相对其他仪器较为便捷。

Description

一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置

技术领域

本实用新型涉及淡水资源研究领域，尤其涉及一种填海造陆后淡水水体运移影响的模拟装置。

背景技术

随着经济的发展，生产和生活都需要大量用地，土地越来越紧张，向大海要地是解决方法之一，填海造陆就是人类向大海要地的方法。不少沿海大城市，均采用该法制造平地。填海造陆工程能够显著解决滨海地区土地利用紧张等问题，有巨大的经济效益，但填海造陆改变了滨海地区的水动力场，也深刻影响着淡水水体的运移，进而对淡水开采、污染物运移、建筑安全产生影响。

填海造陆工程通过以下几种方式影响着淡水水体的运移：1、因陆地面积扩充，接收了更多的降雨，获得了更多的淡水水量；2、阻挡了海水向内陆地区的运移，使咸淡水交界面向海洋一侧移动；3、阻挡了地下淡水的天然出口，改变了地下淡水的天然分水点位置，使分水点向上游移动，造成上游水位抬升。

现有研究中，对于填海造陆对滨海淡水水体运移影响的探究多局限于数学模型及数值模拟，物理模型的研究常缺乏完整性及时效性，目前常见野外小范围试验，及室内的土柱溶滤试验等，这些试验往往难以将填海造陆后滨海淡水水体运移的物理过程进行整体重现，从而难以对填海造陆后淡水体运移变化进行全面分析及预测，或者模拟时间长，耗费资源多。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于探究填海造陆对滨海淡水体运移影响的模拟装置，以解决上述技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，所述模拟装置包括：

槽体系统，包括槽体和位于槽体内一侧的滨海陆地模型；

咸水系统，咸水系统与槽体的另一侧连接并连通，向所述槽体内注入用于模拟海水的咸水，形成咸水体，所述咸水中加入有色染料，所述咸水体的水平面高度低于所述滨海陆地模型的高度；

淡水系统，淡水系统与槽体的一侧连接并连通，用于向所述槽体内注入淡水，所述淡水渗入滨海陆地模型形成淡水水头，所述淡水水头高度低于所述咸水体的水平面高度；

降雨系统，降雨系统包括设置在所述槽体上方的降雨器，降雨器可移动至咸水体上方或滨海陆地模型的上方；

监测系统，监测系统包括若干个探头，探头置于槽体内，监测不同位置的测压水头高度。

本实用新型有益效果在于，通过槽体系统模拟并建立填海造陆的模型，通过咸水系统供应的咸水用于模拟海水环境，咸水体的水平面高度低于滨海陆地模型的高度是模拟的真实情况下滨海陆地模型高于海水的水平面；咸水标记为有色能更清晰的观察出咸淡水交界面的变化；淡水系统，用于模拟滨海陆地的淡水水体；降雨系统，用于模拟自然降雨，降雨器可移动至咸水体上方或滨海陆地模型上方能模拟在不同位置的下雨；监测系统，用于监测槽体系统内水体的位移，对模拟实验进行监测，同时直观获得滨海陆地淡水水体的运移情况。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步的，槽体系统还包括填海陆域模型，填海陆域模型与滨海陆地模型与咸水的接触面相适应，在填海陆域模型与咸水接触一侧设置钢质多层镂空板。

采用上述进一步方案的有益效果是：填海陆域模型用于模拟填海陆域，该填海陆域模型挤占了咸水体(海水)的空间，使咸淡水交界面发生位移，填海陆域与咸水一侧设置有钢质多层镂空板，既能保证水盐交换不受影响，也能同时维持陆地模型边坡稳定

进一步，咸水体一侧的槽体上设置有高度不同的两个溢流槽；溢流槽的出水口与所述咸水系统连通。

采用上述进一步方案的有益效果是：高度不同的两个溢流槽，可模拟海水在不同海水水位时，咸淡水交界面位置与淡水水体形态的差异；溢流槽的出水口与咸水系统连接，可使溢流出的咸水再重新返回咸水系统中。

进一步，所述咸水系统包括第一水槽、设于第一水槽一侧底边的第一入水口以及通过第一水泵与槽体相连的第一出水管；第一入水口连接外部水源。

采用上述进一步方案的有益效果是：设有储存咸水的水槽，可在水槽中存储一定含盐率的咸水，用于注入槽体模拟海水，第一水泵用于将第一水槽内的咸水泵送至槽体内。

进一步，所述咸水系统还包括盐度调节设备，所述盐度调节设备包括设于所述第一水槽内底面的盐度检测器和设于所述第一水槽内侧壁上的储盐罐；所述储盐罐设于所述第一水槽内的咸水水面之上。

采用上述进一步方案的有益效果是：当实验进行到一定阶段，会发生淡水流入咸水体中，导致咸水体的含盐率降低，而真实的自然环境中海水的含盐率不会因为少量的淡水注入而变化，为保证模拟实验的真实和准确，在检测到咸水体含盐率降低后，实验人员通过咸水系统中的盐度调节设备增加咸水的含盐量，保证了咸水体含盐率的稳定，盐度检测器用于检测第一水槽内的咸水含盐率，储盐罐则用于添加合适含量的盐至第一水槽中。

进一步，所述淡水系统包括第二水槽、设于第二水槽一侧底边的通过第二水泵与槽体连接的第二出水口和第二入水口；所述第二入水口连接有外部水源。

采用上述进一步方案的有益效果是：淡水系统为实验模型提供了滨海陆地的淡水水体，能真实的反应滨海地区的淡水水体的变化。

进一步的，所述降雨系统还包括支撑立柱和滑轨；所述降雨器滑动连接在所述滑轨上；所述滑轨通过支撑立柱设置在所述槽体上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：降雨器在滑轨上移动，通过降雨器在滑轨上的移动，可选择主要降水量发生在海面、填海陆域、滨海陆地等几种情形。降雨过程均匀往复移动降雨器即可模拟降水情景。探究在不同降雨情景时海水入侵和淡水水体状态。

进一步的，所述支撑立柱上设有不同高度的滑轨固定部，所述滑轨可拆卸的固定在其中一个滑轨固定部。

采用上述进一步方案的有益效果是：支撑柱上设置有不同高度的滑轨固定部可以改变滑轨的高度，令降雨器的高度发生变化，在模拟主要降水量发生在海面时，可获得更合适的降雨高度。

进一步的，所述降雨器从上至下依次设有针头式雨滴发生器、玻璃内槽、内槽支撑以及支撑柱；所述玻璃内槽内均匀设有多个降雨器插口，所述针头式雨滴发生器的针头部位从降雨器插口向下探出；所述内槽支撑设有用于限定玻璃内槽位置的凸起；所述支撑柱设有滑轮，所述滑轮设于所述滑轨上。

采用上述进一步方案的有益效果是：针头式雨滴发生器能令降水更均匀，更容易控制降水量的大小，玻璃内槽内均匀设置的降雨器插口使得降雨更加均匀，滑轮能带动降雨器在滑轨上移动，通过移动降雨器，可选择主要降水量发生在海面、填海陆域、滨海陆地等几种情景。降雨过程均匀往复移动降雨器即可模拟均匀降水情景。探究在不同降雨情景时海水入侵及淡水水体状态。

附图说明

图1为本实用新型模拟装置的示意图；

图2为本实用新型模拟装置中槽体系统的结构示意图；

图3为本实用新型模拟装置中咸水系统的示意图；

图4为本实用新型模拟装置中淡水系统的示意图；

图5为本实用新型模拟装置中降雨系统支撑及轨道的示意图；

图6为本实用新型模拟装置中降雨系统降雨器的示意图；

其中，各标号所代表的部件列表如下：

1、槽体；11、溢流槽一；12、溢流槽二；13、咸水体平面；2、咸水系统；21、第一水槽；22、第一入水口；23、第一出水管；24、储盐罐；25、盐度检测器；3、淡水系统；31、第二水槽；32、第二出水口；33、第二入水口；4、降雨系统；41、支撑立柱；42、滑轨；43、滑轨固定部；44、玻璃内槽；45、降雨器插口；46、内槽支撑；47、支撑柱；48、底部滑轮；5、滨海陆地模型；6、填海陆域模型。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，为本实用新型模拟装置的结构示意图，本实用新型提供了一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，该模拟装置包括：槽体系统，包括槽体1和位于槽体一侧的滨海陆地模型5；所述槽体1内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体，所述咸水体的水平面高度低于所述滨海陆地模型5的高度；咸水系统2，咸水系统2与槽体1的另一侧连接并连通，咸水中加入适当的有色染料进行标注以便更清晰的看出咸淡水的交界处，保持咸水的含盐率以便于更好的模拟海水；淡水系统3，淡水系统3与滨海陆地模型5一侧的槽体1连接并连通，淡水系统中的淡水注入槽体，从滨海陆地模型一侧渗入，形成淡水水头，维持特定的水头高度，所述淡水水头高度低于所述咸水体的水平面高度；降雨系统4，降雨系统4设置在所述槽体1上方，在槽体上方进行模拟降水，模拟在填海造陆时降水对咸淡水交界面和淡水水体运移的影响；监测系统，监测系统包括若干个探头，探头置于槽体1内，监测不同位置的测压水头高度，探头可采用三信2301T-F/2301-C塑壳电导电极海水测试实验室电导率探头。

如图2所示，为本实用新型模拟装置中槽体系统的结构示意图；该槽体系统还包括填海陆域模型6，填海陆域模型模拟现有的填海造陆的模型，采用黏土或细砂、或粗砂、或砾石等材料充填成型，填海陆域模型6与所述滨海陆地模型5的一侧相适应，用于模拟填海造陆成功之后形成的的的陆地，所述填海陆域模型6与所述咸水体接触一侧设置钢质多层镂空板，钢质多层镂空板保证了水盐交换不受影响，而且维持了陆地模型边坡的稳定。所述咸水体一侧的所述槽体1上设置有高度不同的溢流槽一11和溢流槽二12；两溢流槽均设有导流板，使溢流的咸水通过导流板反流至咸水系统的水槽中，两溢流槽均设有挡板，可选择不同高度的溢流槽溢流，不同高度的溢流槽可设置不同高度的咸水水平面来比较海水高度不同的时候的淡水水体位移。

如图3所示，为本实用新型模拟装置中咸水系统的结构示意图，该咸水系统2包括第一水槽21、设于第一水槽21一侧底边的第一入水口22以及通过第一水泵与槽体相连的第一出水管23，第一水槽设于槽体溢流板正下方，所述咸水系统还包括盐度调节设备，所述盐度调节设备包括设于所述第一水槽21内底面的盐度检测器25和设于所述第一水槽21内侧壁上的储盐罐24；所述储盐罐24设于所述第一水槽21内的咸水水面之上。

储盐罐还可设有能电动控制的电磁阀，位于第一水槽21底部的盐度检测器25设于咸水之中，能实时检测咸水系统中的咸水浓度，第一水槽21外还设有处理器，处理器与盐度检测器以及储盐罐的电磁阀电性连接，用于处理盐度检测器25所检测到的盐水浓度，判断是否需要在咸水中添加盐以及需要添加多少盐，处理器所得到的信号输入至第一水槽21内侧壁上的储盐罐24，控制储盐罐24的电磁阀开启来向咸水中添加盐。

如图4所示，为本实用新型模拟装置中淡水系统的结构示意图，该淡水系统3包括第二水槽31、第二出水口32、第二入水口33和第二水泵。第二出水口32与槽体1一侧连接；所述第二入水口33连接有外部水源；第二出水口处32设有第二水泵。

如图5-6所示，为本实用新型模拟装置中降雨系统的结构示意图，降雨系统4包括四个支撑立柱41、降雨器以及滑轨42；四个支撑柱分别设于槽体的四个角，使降雨器处于槽体的上方，所述支撑立柱41上设有不同高度的滑轨固定部43；滑轨固定部设有内螺纹，滑轨42通过螺钉可拆卸的固定于滑轨固定部43；所述降雨器设于所述滑轨42上。滑轨平行设置时，降雨器可在滑轨上手动滑动确定降雨位置。滑轨还可倾斜设置，倾斜设置的滑轨上设有确定的卡槽，降雨器可移动至某个确定位置的卡槽进行固定。

降雨器包括有针头式雨滴发生器、玻璃内槽44、内槽支撑46以及支撑柱47；所述玻璃内槽44的底面均匀设有多个降雨器插口45，所述针头式雨滴发生器的针头部位从降雨器插口向下探出；所述内槽支撑46为长方形框架，所述长方形框架的大小与所述玻璃内槽44相适应，所述长方形框架的四个角设有用于限定玻璃内槽44位置的凸起；所述支撑柱47为与内槽支撑 46相适应的框架，框架的四个角设有底部滑轮48，所述底部滑轮48设置于所述滑轨42上，滑轮带动降雨器在滑轨上移动，使降雨位置分别处于咸水体、填海造陆模型和滨海陆地模型上方。

本实用新型提供的模拟装置工作过程如下，按顺序安装咸水系统、槽体系统、降雨系统以及淡水系统，先打开第二水泵设置淡水水头，后打开第一水泵设置咸水体，将咸水体和淡水水体设置完成后关闭两水槽的入水口，

1、对比有无填海对淡水水体的影响

在均匀降雨条件下，先记录咸淡水交界面和淡水水体的形态，后装填填海陆域模型，再记录咸淡水交界面和淡水水体的形态，与未装填填海陆域模型的记录进行对比；

2、对比填海材料不同对淡水水体的影响

更改填海陆域模型的填砂类型及密实度，改变其渗透系数，如使用黏土、细砂、粗砂、砾石分别充填填海陆域模型，改变填海区域与滨海陆地渗透系数的差值，比较咸淡水交界面位置和淡水水体形态的差异。

3、降雨位置不同对淡水水体的影响

通过移动滑动降雨器，可选择主要降水量发生在咸水体(海面)、填海陆域和滨海陆地等几种情景，降雨过程均匀往复移动滑动降雨器即可模拟均匀降雨情形，当模拟主要降水量发生在海面时，还可尝试更改滑动降雨器轨道高度，比较不同降雨情景时咸淡水交界面位置和淡水水体形态的差异。

4、降雨强度不同对淡水水体的影响

通过蠕动泵将去离子水泵入滑动降雨器保持水量，通过调节蠕动泵速率，记录去离子水使用量，比较不同降雨强度下咸淡水交界面位置和淡水水体形态的差异。

5、填海陆域与海面倾角对淡水水体的影响

改变填海陆域与咸水交界一侧的倾角，比较填海陆域的不同倾角下咸淡水交界面位置和淡水水体形态的差异。

6、咸水水位变化对淡水水体的影响

通过槽体上设置的两个溢流槽，改变咸水体水位，比较不同咸水体(海水)水位时咸淡水交界面位置和淡水水体形态的差异。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括：

槽体系统，包括槽体和位于槽体内一侧的滨海陆地模型；

咸水系统，咸水系统与槽体的另一侧连接并连通，向所述槽体内注入用于模拟海水的咸水，并形成咸水体，所述咸水中加入有色染料，所述咸水体的水平面高度低于所述滨海陆地模型的高度；

淡水系统，淡水系统与槽体的一侧连接并连通，用于向所述槽体内注入淡水，所述淡水渗入滨海陆地模型形成淡水水头，所述淡水水头高度低于所述咸水体的水平面高度；

降雨系统，降雨系统包括设置在所述槽体上方的降雨器，降雨器可移动至咸水体上方或滨海陆地模型上方；

监测系统，监测系统包括若干个探头，探头置于槽体内，监测不同位置的测压水头高度。

2.根据权利要求1所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述槽体系统还包括填海陆域模型，所述填海陆域模型与所述滨海陆地模型的一侧相适应，所述填海陆域模型与所述咸水体接触一侧设置钢质多层镂空板。

3.根据权利要求1所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述咸水体一侧的所述槽体上设置有高度不同的两个溢流槽；所述溢流槽的出水口与所述咸水系统连通。

4.根据权利要求1所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述咸水系统包括第一水槽、设于第一水槽一侧底边的第一入水口以及通过第一水泵与槽体相连的第一出水管；所述第一入水口连接外部水源。

5.根据权利要求4所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述咸水系统还包括盐度调节设备，所述盐度调节设备包括设于所述第一水槽内底面的盐度检测器和设于所述第一水槽内侧壁上的储盐罐；所述储盐罐设于所述第一水槽内的咸水水面之上。

6.根据权利要求1所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述淡水系统包括第二水槽、设于第二水槽一侧底边的通过第二水泵与槽体连接第二出水口和第二入水口；所述第二入水口连接外部水源。

7.根据权利要求1所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述降雨系统还包括支撑立柱和滑轨；所述降雨器滑动连接在所述滑轨上；所述滑轨通过支撑立柱设置在所述槽体上方。

8.根据权利要求7所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述支撑立柱上设有不同高度的滑轨固定部，所述滑轨可拆卸的固定在其中一个滑轨固定部。

9.根据权利要求7所述的近海淡水体运移受填海造陆影响的模拟装置，其特征在于：所述降雨器从上至下依次设有针头式雨滴发生器、玻璃内槽、内槽支撑以及支撑柱；

所述玻璃内槽内均匀设有多个降雨器插口，所述针头式雨滴发生器的针头部位从降雨器插口向下探出；

所述内槽支撑设有用于限定玻璃内槽位置的凸起；

所述支撑柱设有滑轮，所述滑轮设于所述滑轨上。