CN220414103U - 一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，包括水槽填砂室、咸水水位稳定室、咸水水位控制系统及咸水密度控制系统，所述咸水水位稳定室一侧与水槽填砂室连通，另一侧连通咸水水位控制系统，所述水槽填砂室表面贯穿设有若干排第一开孔，第一开孔上连接有咸水密度控制系统，所述咸水密度控制系统包括进水管和出流管，且出流管位于进水管下方，其中，进水管一端连接咸水水位稳定室的开孔，另一端连接第一开孔；所述出流管一端连接第一开孔，另一端自由出流。本实用新型可以在实验室内有效模拟海底地下水排泄过程，保证多孔介质中排泄出来的淡水及时从自由出流管流出，不会降低用作模拟海水的咸水中盐分的浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种海底地下水排放试验水槽，尤其涉及一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽。
背景技术
近海海底淡水的产生可能来自于陆源海底地下水排放系统。众所周知，海岸线并不构成滨海地下水系统的边界，海水可以入侵内陆，陆源地下淡水可以通过海底地下水排放过程流入海中。但目前大多数海底地下水排放研究都集中在近岸环境，由于滨海含水层的地质构造特征，地层向海洋延伸，远离岸线的海洋深处也存在地下淡水，其水动力条件、运移过程尚不明晰，我们仍需进一步研究离岸更远的大陆架下的地下水形成及运动机理。
目前对海底地下水排放的研究主要通过数值模拟手段，部分研究通过室内二维砂槽试验的方法研究考虑潮汐作用影响下近岸地下水的排放过程，由于地下水出流口较为集中，通过集中抽取含水层排放的淡水，可以有效地减少含水层中流入咸水的淡水量，并且由于试验中的咸水水位不断波动，少部分未被抽离的淡水也会与咸水充分混合，对试验中的咸水密度几乎没有影响。
然而，考虑离岸更远的海底地下水排放过程时，地下淡水的出流口更加分散，通过小范围抽水的方法已经无法有效控制流入咸水中的淡水量，随着试验进行，咸水的密度由于淡水的流入混合将出现显著降低，令试验结果出现很大误差，因此，亟待开发一种可以有效控制咸水密度的实验模拟装置，可以在实验室内有效构建远海海底地下水排放过程，弥补现有研究的不足。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型目的是提供一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，以维持咸水浓度的稳定。
技术方案：本实用新型包括水槽填砂室、咸水水位稳定室、咸水水位控制系统及咸水密度控制系统，所述咸水水位稳定室一侧与水槽填砂室连通，另一侧连通咸水水位控制系统，所述水槽填砂室表面贯穿设有若干排第一开孔，第一开孔上连接有咸水密度控制系统，所述咸水密度控制系统包括进水管和出流管，且出流管位于进水管下方，其中，进水管一端连接咸水水位稳定室的开孔，另一端连接第一开孔；所述出流管一端连接第一开孔，另一端自由出流。
所述水槽填砂室内填充有多孔介质，多孔介质为不同粒径石英砂，形成分层填充状态，模拟滨海含水层分层状态。
所述进水管与第一开孔的连接孔位处于多孔介质表层高度以上，咸水水位以下高度最高的一层孔位，从而将咸水水位稳定室中高浓度咸水从进水管补充至水槽填砂室中。
所述出流管与第一开孔的连接孔位处于多孔介质表层高度以上，咸水水位以下高度最低的一层孔位，多孔介质中流出的被稀释后的咸水将从出流管及时流出。
所述水槽填砂室与咸水水位稳定室之间设有玻璃，玻璃上设有开孔，所述玻璃远离咸水水位稳定室的一侧设有筛网，阻碍多孔介质穿过。
所述咸水水位控制系统包括咸水储存室和咸水水位控制室，咸水储存室顶部设有咸水水位控制室，咸水储存室和咸水水位控制室之间通过第二管道连通，第二管道上设有水泵，通过第二管道和水泵向咸水水位控制室循环供给咸水。
所述咸水水位控制室内侧壁安装有溢流槽，溢流槽底部与咸水储存室连通，第一管道两端均设有滤网，防止管道堵塞。
所述咸水水位控制室底部通过第一管道与咸水水位稳定室底部连通。
所述水槽填砂室远离咸水水位稳定室的一侧设有第二开孔，第二开孔内侧设有筛网，第二开孔可连接定水头或定流量装置，从而将淡水充入水槽填砂室内。
有益效果：本实用新型可以在实验室内有效模拟海底地下水排泄过程，保证多孔介质中排泄出来的淡水及时从自由出流管流出，不会降低用作模拟海水的咸水中盐分的浓度，对在实验室内进行滨海含水层海底地下水流动和溶质运移过程试验具有借鉴意义。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的水槽填砂室与咸水水位稳定室的连接示意图；
图3为本实用新型的咸水密度控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1至图3所示，本实用新型包括水槽填砂室1、咸水水位稳定室2、咸水水位控制系统及咸水密度控制系统，咸水水位稳定室2一侧与水槽填砂室1连通，另一侧连通咸水水位控制系统，水槽填砂室1表面连接有咸水密度控制系统。
水槽填砂室1与咸水水位稳定室2之间设有钢化玻璃14，钢化玻璃作挖孔处理，配套橡皮塞，钢化玻璃14远离咸水水位稳定室2的一侧设有筛网5，筛网5由钢化玻璃14作支撑，如图2所示。水槽填砂室1内填充有多孔介质15，水槽填砂室1另一侧设有第二开孔16，第二开孔16内侧同样设有筛网5，第二开孔16可连接定水头或定流量装置，从而将淡水充入水槽填砂室1内。筛网5为100目不锈钢编制网，避免长时间盐水浸泡生锈，同时细度足够阻碍多孔介质15穿过。
水槽填砂室1填充多孔介质15时，需要保证填充前多孔介质15已充分吸水达到饱和，本实施例的多孔介质15选用石英砂，同时填充过程中需要保证水槽填砂室1中的水始终没过石英砂，填砂过程中钢化玻璃14的开孔由橡皮塞进行密封止水，方便填砂。多孔介质15为不同粒径石英砂，形成分层填充状态，模拟滨海含水层分层状态。
水槽填砂室1正面贯穿设有若干排第一开孔6，第一开孔6上连接有咸水密度控制系统。咸水密度控制系统包括进水管11和出流管12，出流管12位于进水管11下方。其中，进水管11一端连接咸水水位稳定室2中下部的开孔，另一端连接第一开孔6，连接孔位处于多孔介质15表层高度以上，咸水水位以下高度最高的一层孔位，该层孔位中未与进水管11连接的其他孔位密封处理，从而将咸水水位稳定室2中高浓度咸水从进水管11补充至水槽填砂室1中。出流管12一端连接第一开孔6，连接孔位为多孔介质15表层高度以上，咸水水位以下高度最低的一层孔位，如图3所示，同样，其他孔位密封处理；出流管12另一端自由出流，且出流口高度低于连接孔位高度，多孔介质15中流出的被稀释后的咸水将从出流管12及时流出。通过咸水密度控制系统实现高密度咸水注入并引流稀释后的咸水，避免降低水槽填砂室1中用以模拟海洋的咸水的密度。
咸水水位控制系统包括咸水储存室4和咸水水位控制室3，咸水储存室4顶部设有咸水水位控制室3，咸水储存室4和咸水水位控制室3之间通过第二管道10连通，第二管道10上设有水泵13，咸水储存室4通过第二管道10和水泵13向咸水水位控制室3循环供给咸水，保证咸水水位控制室3中的咸水水位维持恒定。咸水水位控制室3内侧壁安装有溢流槽9，溢流槽9顶部通过螺杆安装在咸水水位控制室3内壁，可以通过旋转螺杆带动溢流槽9上下移动，从而调整溢流高度，改变咸水水位控制室3中的咸水水位，多余咸水通过溢流槽9底部导管自由回流至咸水储存室4内。咸水水位控制室3底部通过第一管道8与咸水水位稳定室2底部连通，第一管道8两端均设有滤网7，防止管道堵塞。
在模拟海底地下水排泄过程时，由于咸水水位控制系统中水泵13不断从咸水储存室4向咸水水位控制室3中供水，虽然咸水水位控制室3中存在溢流槽9，但水泵13的流量较大，且存在扬程波动，会使得咸水水位控制室3中的水位呈现小幅上下波动的情况，无法直接作为模拟定水头条件的海水边界。为此，本实用新型采用了在咸水水位控制系统和水槽填砂室1中间增加咸水水位稳定室2，利用U型管原理，把咸水水位稳定室2作为缓冲，可以显著降低咸水水位稳定室2中的水位变化，以此控制定水头条件，减小试验误差影响。
在使用本实用新型时，试验前将钢化玻璃14密封止水，在水槽填砂室1右侧连接相应边界条件的供水装置，分别将进水管11、出流管12与第一开孔6的相应孔位连接，并保证所有进水管11与出流管12的出流口高于试验装置，避免填砂过程中水槽填砂室1内的水从进水管11与出流管12流出，同时，其他孔位密封处理；之后进行多孔介质15的淡水填砂作业。填砂完成后向咸水储存室4中加入设计浓度的咸水，并开启水泵13，调整溢流槽9高度，令定水头海水边界达到设计工况要求；连接进水管11与咸水水位稳定室2，解除钢化玻璃14的密封止水，并调节出流管12的出流高度，开始试验。本实用新型可以通过及时排出多孔介质15渗流出的被稀释后的咸水，从而保持水槽填砂室中咸水密度恒定，进而揭示室内条件下的海底地下水排放过程及溶质迁移机理。
Claims (9)
1.一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，包括水槽填砂室、咸水水位稳定室、咸水水位控制系统及咸水密度控制系统，所述咸水水位稳定室一侧与水槽填砂室连通，另一侧连通咸水水位控制系统，所述水槽填砂室表面贯穿设有若干排第一开孔，第一开孔上连接有咸水密度控制系统，所述咸水密度控制系统包括进水管和出流管，且出流管位于进水管下方，其中，进水管一端连接咸水水位稳定室的开孔，另一端连接第一开孔；所述出流管一端连接第一开孔，另一端自由出流。
2.根据权利要求1所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述水槽填砂室内填充有多孔介质。
3.根据权利要求2所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述进水管与第一开孔的连接孔位处于多孔介质表层高度以上，咸水水位以下高度最高的一层孔位。
4.根据权利要求2所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述出流管与第一开孔的连接孔位处于多孔介质表层高度以上，咸水水位以下高度最低的一层孔位。
5.根据权利要求1所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述水槽填砂室与咸水水位稳定室之间设有玻璃，玻璃上设有开孔，所述玻璃远离咸水水位稳定室的一侧设有筛网。
6.根据权利要求1所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述咸水水位控制系统包括咸水储存室和咸水水位控制室，咸水储存室顶部设有咸水水位控制室，咸水储存室和咸水水位控制室之间通过第二管道连通，第二管道上设有水泵。
7.根据权利要求6所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述咸水水位控制室内侧壁安装有溢流槽，溢流槽底部与咸水储存室连通。
8.根据权利要求6所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述咸水水位控制室底部通过第一管道与咸水水位稳定室底部连通。
9.根据权利要求1所述的一种可实现控制盐水密度的海底地下水排放试验水槽，其特征在于，所述水槽填砂室远离咸水水位稳定室的一侧设有第二开孔，第二开孔内侧设有筛网。
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