CN218622058U - 一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，包括实验槽，由盐水滤网和淡水滤网分割依次形成盐水槽、砂槽及淡水槽，所述砂槽内设有狭槽，所述狭槽的两侧面设有过水孔，所述狭槽上端开口，且内设可以抽取的地下坝，包括与槽底接触的地下坝挡水区及地下坝过水区；所述盐水槽由盐水泵连接盐水桶；所述淡水槽由淡水泵连接淡水桶；所述盐水滤网处设有可抽取的隔水板，隔水板两侧分别注满盐水和淡水，抽取隔水板即实现海水入侵模拟；所述地下坝位于砂槽内的盐水入侵段，所述砂槽上开设多个抽注井孔用于连接蠕动泵，所述抽注井孔位于坝后残余盐水区内。本实用新型可以在实验室内同时将地下坝与抽注水等多重措施有效结合。

Description

一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置

技术领域

本实用新型涉及海水入侵实验技术领域，尤其是涉及一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置。

背景技术

近些年来受海平面上升、气候变化等因素影响，海水入侵现象在我国滨海地区频繁发生，导致了地下水水质恶化、土壤盐渍化等一系列生态环境问题，严重影响了沿海地区居民生活、农田灌溉、工业生产等淡水的供给，已成为全球普遍关注的问题。因此，研究能够有效防治沿海含水层海水入侵的方法，具有非常重要的现实意义。

目前用于控制海水入侵的方法大都依赖于单一的物理屏障法(如截渗墙、地下坝)或者水力屏障法(如人工回灌)。而且，研究方法多数停留在数值模拟阶段，尤其缺乏室内实验支撑的多种措施协同下的综合防治效果研究。单一的方法虽然可以一定程度防治海水入侵，但存在一定的不足，以地下坝为例，修筑地下坝虽然可挡住海水入侵，但坝后会残留大量盐水。加快残余盐水的回退不可忽视。

因此，亟需开发一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的装置，可以在实验室内同时将地下坝与抽注水等多重措施有效结合。既可控制海水入侵，又可加快坝后残余盐水的回退，弥补现有技术的不足。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服背景技术的不足，本实用新型公开了一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，可以在实验室内同时将地下坝与抽注水等多重措施有效结合，既可控制海水入侵，又可加快坝后残余盐水的回退，弥补现有技术的不足。

技术方案：本实用新型所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，包括实验槽，所述实验槽由靠近两端的盐水滤网和淡水滤网分割依次形成盐水槽、砂槽及淡水槽，所述砂槽内填多孔介质用于模拟滨海含水层，并设有狭槽，通过狭槽将砂槽分为两侧区域，所述狭槽的两侧面设有过水孔，所述狭槽上端开口，且内设可以抽取的地下坝，所述地下坝包括位于下段与槽底接触的地下坝挡水区及上段的地下坝过水区；

所述盐水槽由盐水泵连接盐水桶，由其输入盐水；

所述淡水槽由淡水泵连接淡水桶，由其输入淡水；

所述盐水滤网处设有可抽取的隔水板，隔水板两侧分别注满盐水和淡水，抽取隔水板即实现海水入侵模拟；

所述地下坝位于砂槽内的盐水入侵段，所述砂槽上开设多个抽注井孔用于连接蠕动泵，所述抽注井孔位于坝后残余盐水区内。

进一步的，所述盐水槽的一边为砂槽，另一边为挡板式溢流槽，与盐水槽通过调节挡板间隔，通过调节挡板的高度控制盐水水位，所述挡板式溢流槽通过出水管连接盐水桶；所述淡水槽的一边为砂槽，另一边结构与盐水槽处的结构一致。

进一步的，所述盐水槽容量大于淡水槽的容量，用于维持盐水浓度恒定。

进一步的，所述地下坝包括地下坝挡水区、设于地下坝挡水区上的过水区、设于地下坝过水区上的提手，根据实验需要选择不同高度地下坝挡水区的地下坝。

进一步的，所述狭槽的槽内侧边设有密封条，当地下坝插入时，密封条与地下坝的周边挤压形成密封。

进一步的，所述调节挡板包括下固定板及与下固定板一面贴合的上调节板，所述上调节板侧边与槽边滑动连接，调节上调节板在槽内的位置实现调节挡板的高度调节。

进一步的，所述地下坝位于砂槽内的盐水入侵段，即盐水楔范围内，该盐水楔前锋至海边界距离为x_t，海边界即隔水板所在位置，调节挡板的高度即水头高度，

式中L为砂槽长度；α为容重比；H_S为盐水水头；H_f为淡水水头。

进一步的，所述多孔介质为石英砂；所述盐水滤网和淡水滤网均为丙烯酸网；所述地下坝材质为亚克力板。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：能够有效研究地下坝和人工抽注水的协同作用，当地下坝高度低于对应位置盐水楔时，单一地下坝不能起到防治效果，通过结合注水井注水可达到防治海水入侵的目的；当地下坝较高时，虽然挡住盐水入侵，但坝后残余盐水回退要花费大量时间，通过结合抽注水井抽注水可实现加快回退的目的；通过室内试验得到地下坝坝后残余盐水回退时间尺度和多重因素(抽注水的流量、位置、含水层渗透系数以及弥散度等)的关系，相对于以往考虑单一的海水入侵防治措施(地下坝或抽注水)，本实用新型有助于探究多措施协同作用下沿海含水层的修复效果。

附图说明

图1为本实用新型整体结构侧视图；

图2为本实用新型狭槽侧边结构图；

图3为本实用新型地下坝侧边结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1所示的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，装置内各部件之间均通过现有的密封方式保证良好的密封性能，包括实验槽1，所述实验槽1由靠近两端的盐水滤网101和淡水滤网102分割依次形成盐水槽103、砂槽104及淡水槽105，所述盐水滤网101和淡水滤网102均为丙烯酸网，所述盐水槽103由盐水泵2连接盐水桶3，由其输入盐水；所述淡水槽105由淡水泵4连接淡水桶5，由其输入淡水。所述盐水槽103的一边为砂槽104，另一边为挡板式溢流槽6，与盐水槽103通过调节挡板7 间隔，通过调节挡板的高度控制盐水水位，所述挡板式溢流槽6通过出水管8连接盐水桶3；所述淡水槽105的一边为砂槽104，另一边结构与盐水槽103处的结构一致。所述调节挡板7包括下固定板701及与下固定板701一面贴合的上调节板702，所述上调节板702侧边与槽边滑动连接，调节上调节板702在槽内的位置实现调节挡板7的高度调节，进而模拟不同高度的边界定水头。

本实施例中分别模拟定水头为0.346m的海边界和定水头为0.358m的内陆边界，所述盐水槽103容量大于淡水槽105的容量，用于维持盐水浓度恒定。

所述砂槽104内填多孔介质106用于模拟滨海含水层，材质为亚克力板，长×高×宽为1.20m×0.45m×0.04m，砂槽宽度较窄以模拟非承压含水层横截面的二维系统。本实施例中多孔介质采用4#石英砂(d20＝0.60～1.25mm)，并设有狭槽107，通过狭槽107 将砂槽104分为两侧区域，所述狭槽107的两侧面设有过水孔108，可以让两侧的水正常通过，如图2和3所示，所述狭槽107上端开口，且内设可以抽取的地下坝109，所述地下坝109包括位于下段与槽底接触的地下坝挡水区109-1及上段的地下坝过水区 109-2。狭槽107有利于地下坝109的插入和拔出，对已经达到稳态的实验现象造成较少程度的干扰。而且不用重新填充多孔介质便可进行多组实验探究不同地下坝高防治效果。

所述盐水滤网101处设有可抽取的隔水板110，隔水板110两侧分别注满盐水和淡水，抽取隔水板110即实现海水入侵模拟。

所述地下坝109位于砂槽104内的盐水入侵段，所述砂槽104上开设多个抽注井孔111用于连接蠕动泵，所述抽注井孔111位于坝后残余盐水区内，启动蠕动泵可将盐水按照所设计的流量抽出排到预先准备的水桶中或者注入淡水，研究抽注水量以及位置对加快残余盐水回退的影响。

所述地下坝109包括地下坝挡水区109-1、设于地下坝挡水区109-1上的过水区109-2、设于地下坝过水区109-2上的提手109-3，根据实验需要选择不同高度地下坝挡水区109-1的地下坝109。地下坝宽度与砂槽宽度相等。所述狭槽107的槽内侧边设有密封条，当地下坝109插入时，密封条与地下坝109的周边挤压形成密封。

所述地下坝109位于砂槽104内的盐水入侵段，即盐水楔范围内，地下坝只有设立在入侵的盐水楔范围才能确保有效的阻挡盐水入侵，该盐水楔前锋至海边界距离为x_t，海边界即隔水板所在位置，调节挡板7的高度即水头高度，

式中L为砂槽长度，120cm；α为容重比，为常数

Y_s＝10045N/m³γ_f＝9800N/m³；H_s为盐水水头，为34.6cm；H_f为淡水水头。为35.8cm。

本装置中将地下坝设置在据海边界35cm处，只要高度足够便可确保有效阻挡盐水入侵。

采用地下坝和人工抽注水是防治海水入侵的常见形式，当下两者结合的实验研究还存在着空白。本实用新型提出用不透水的亚克力板模拟地下坝，通过蠕动泵调节抽注水流量模拟沿海地下水的抽取和注入强度。首先探讨了不同高度地下坝对海水入侵以及坝后残余盐水回退的动态影响，然后深入分析抽注水和地下坝协同作用下的影响。利用三维变密度地下水流与溶质运移模拟软件SEAWAT对实验数据进行一致性评价，并分析了盐水回退对各种实验参数的敏感性。结果表明，存在最小有效坝高能够确保残余盐水完全回退，最小有效坝高与修建地下坝处的盐水楔厚度相近，且地下坝越高残余盐水回退需要的时间越久。相较于单一地下坝而言，人工抽注水与地下坝协同措施可显著加快坝后残余盐水回退，相同流量条件下，抽注水的位置越靠近地下坝效果越好。且同一位置处抽注水的流量越大，残余盐水回退越快。但抽水量存在一个阈值，超出这个阈值后，坝前盐水会越过地下坝而造成盐水入侵，使防治效果显著下降。

采用本实验装置模拟防治海水入侵和加快残余盐水回退，包括如下步骤：

S1、清洗粒径为0.6～1.25mm的石英砂，在盐水桶中配置模拟海水的、浓度为35g/L的盐水，具体方法为：将氯化钠加入到清水中不断搅拌直至完全溶解，使用盐度计测量盐水密度和盐度，使盐水密度准确稳定在1025kg/m³，盐度稳定在35ppt，为了便于观察到盐水楔，向盐水溶液中加入诱惑红染色剂着色。

S2、插入隔板将盐水槽和砂槽隔开，向砂槽中注入淡水，将清洗干净的石英砂填入砂槽，填砂过程中确保水位超过石英砂，避免砂层中出现气泡和分层，影响实验。

S3、填砂结束后，调整淡水区挡板高度使水位降至实验模拟所要求的内陆定水头边界H_f＝0.358m；

S4、将配置好的盐水注入盐水槽，调节挡板使水位维持在实验模拟所要求的定水头海边界Hs＝0.346m；

S5、拔去S2中所述隔板，可观察到着色的盐水向砂槽入侵，经过一定时间后形成稳定的盐水楔，一般假定盐水楔前锋30分钟内移动不超过1mm，则实验达到稳态；

S6、根据S5中所述盐水楔稳定后，快速插入H＝9cm的地下坝，按时记录不同时刻坝后盐水楔前锋长度，并通过高清相机拍照记录盐水楔的形状，直至坝后残余盐水完全回退，记录完全回退所需时间。

校准蠕动泵，将蠕动泵流量调至实验模拟所需的流量大小Q＝0.2cm³/s，连接到砂槽侧面井孔处，重复步骤S2至S6，插入地下坝后同时启动蠕动泵，可观察到残余盐水的回退明显加快。根据实验方案可模拟不同地下坝高H(9cm和15cm)作用下对坝后残余盐水的回退效果的影响，通过调节蠕动泵的流量以及流向，模拟不同流量Q(0.1cm³/s， 0.2cm³/s和0.3cm³/s)下抽注水对坝后残余盐水回退的影响，对不同情景下的实验结果进行对比，研究坝后残余盐水回退的规律。

Claims (8)

1.一种用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：包括实验槽(1)，所述实验槽(1)由靠近两端的盐水滤网(101)和淡水滤网(102)分割依次形成盐水槽(103)、砂槽(104)及淡水槽(105)，所述砂槽(104)内填多孔介质(106)用于模拟滨海含水层，并设有狭槽(107)，通过狭槽(107)将砂槽(104)分为两侧区域，所述狭槽(107)的两侧面设有过水孔(108)，所述狭槽(107)上端开口，且内设可以抽取的地下坝(109)，所述地下坝(109)包括位于下段与槽底接触的地下坝挡水区(109-1)及上段的地下坝过水区(109-2)；

所述盐水槽(103)由盐水泵(2)连接盐水桶(3)，由其输入盐水；

所述淡水槽(105)由淡水泵(4)连接淡水桶(5)，由其输入淡水；

所述盐水滤网(101)处设有可抽取的隔水板(110)，隔水板(110)两侧分别注满盐水和淡水，抽取隔水板(110)即实现海水入侵模拟；

所述地下坝(109)位于砂槽(104)内的盐水入侵段，所述砂槽(104)上开设多个抽注井孔(111)用于连接蠕动泵，所述抽注井孔(111)位于坝后残余盐水区内。

2.根据权利要求1所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述盐水槽(103)的一边为砂槽(104)，另一边为挡板式溢流槽(6)，与盐水槽(103)通过调节挡板(7)间隔，通过调节挡板的高度控制盐水水位，所述挡板式溢流槽(6)通过出水管(8)连接盐水桶(3)；所述淡水槽(105)的一边为砂槽(104)，另一边结构与盐水槽(103)处的结构一致。

3.根据权利要求2所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述盐水槽(103)容量大于淡水槽(105)的容量，用于维持盐水浓度恒定。

4.根据权利要求1所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述地下坝(109)包括地下坝挡水区(109-1)、设于地下坝挡水区(109-1)上的过水区(109-2)、设于地下坝过水区(109-2)上的提手(109-3)，根据实验需要选择不同高度地下坝挡水区(109-1)的地下坝(109)。

5.根据权利要求1所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述狭槽(107)的槽内侧边设有密封条，当地下坝(109)插入时，密封条与地下坝(109)的周边挤压形成密封。

6.根据权利要求2所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述调节挡板(7)包括下固定板(701)及与下固定板(701)一面贴合的上调节板(702)，所述上调节板(702)侧边与槽边滑动连接，调节上调节板(702)在槽内的位置实现调节挡板(7)的高度调节。

7.根据权利要求2所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述地下坝(109)位于砂槽(104)内的盐水入侵段，即盐水楔范围内，该盐水楔前锋至海边界距离为x_t，海边界即隔水板(110)所在位置，调节挡板(7)的高度即水头高度，

式中L为砂槽长度；α为容重比；H_S为盐水水头；H_f为淡水水头。

8.根据权利要求1所述的用于防治海水入侵和加快残余盐水回退的实验装置，其特征在于：所述多孔介质(106)为石英砂；所述盐水滤网(101)和淡水滤网(102)均为丙烯酸网；所述地下坝(109)材质为亚克力板。

Images