模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置及方法，该装置在水槽（3）的两端设置有咸水进水室（1），水槽的两端壁的底端位置高于水槽（3）底壁水平位置，在水槽端壁的底端与水槽（3）底壁之间设置有竖置网（5），使咸水进水室（1）与水槽（3）相通，水槽前壁上设置有取样口（2），第一横置网（8）和第二横置网（9）设置在水槽（3）内。本发明的装置可以模拟不同影响因素，如浅层地下咸水、底质盐分释放、外调水与水库水混合作用、风的扰动（配置电扇）等影响下滨海水库水质咸化垂直剖面变化规律，也可以改变槽内蓄水水质、咸水水位埋深等不同试验条件研究地下咸水上移的水文地球化学作用以及咸淡水界面上移规律。
【专利说明】模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置及方法【技术领域】[0001]本发明涉及水库水质咸化和水库供水安全领域，特别是涉及一种模拟水库地下水 与上覆水盐分和水量交换装置及其方法。【背景技术】[0002]随着经济社会的快速发展，滨海地区水资源短缺的问题日益突出，引水工程的实 施为解决水资源危机发挥了重大的作用，但同时调蓄水库的咸化问题研究已迫在眉睫。滨 海平原水库咸化已成为一个普遍现象，例如天津滨海平原地区建设的蓄淡水库，往往存在 水质咸化现象。多数学者对水库水质咸化机理进行了研究，认为滨海水库水质咸化受到盐 碱土、浅层地下咸水、气候气象条件、大气沉降、海水入侵、水体温度等因素影响。天津滨海 地区浅层地下咸水埋深浅，当水库蓄水水位低于地下水位时，地下水将会通过土壤孔隙与 上覆库内水体相连，加剧水库咸化。水库不同位置地下咸水与水库水体交换过程中，盐分的 归宿不同:接近水库入口处的沉积物能将盐分截留下来，而出水口沉积物却将盐分释放转 移到水体。[0003]关于滨海地区水库水质咸化及其影响因素，不少学者进行了室内试验研究。这些 因素的影响可以通过室内土柱试验完成。但多数土柱试验是单独研究水库底质盐分释放， 关注单因素对水质咸化垂直分布的影响，不能真实反映水库咸化情况；对于涉及地下咸水 与上覆水体盐分和水量交换问题，以及外调水与水库水混合作用对水库咸化的影响研究很 少，缺乏合理的试验研究方法和装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置。[0005]本发明的第二个目的是提供模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法。[0006]本发明的技术方案概述如下:[0007]一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，包括水槽3，在水槽3的两端 设置有咸水进水室1，水槽的两端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位置，在水槽端壁的底 端与水槽3底壁之间设置有竖置网5，使咸水进水室I与所述水槽3相通，在水槽前壁上设 置有3-5纵列取样口 2，第一横置网8和第二横置网9水平设置在水槽3内。[0008]每纵列取样口优选为5-8个。[0009]竖置网5的优选为5_15cm。[0010]模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，包括如下步骤:[0011](I)使用模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，所述装置包括水槽3，在 所述水槽3的两端设置有咸水进水室1，水槽的两端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位 置，在水槽端壁的底端与水槽3底壁之间设置有竖置网5，使咸水进水室I与所述水槽3相 通，在水槽前壁上设置有3-5纵列取样口 2 ;第一横置网8和第二横置网9水平设置在水槽 3内；[0012](2)从水槽3内取出第二横置网9和第一横置网8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水层土层7、第一横置网8、水库底质土层6、第二横置网9、石英砂层4 ;所述地 下咸水含水层土层7的高度与竖置网5的高度相等；[0013](3)向水槽3中放入水库水或外调水；向咸水进水室I中放入地下咸水；[0014]( 4 )从取样口取样，进行监测。[0015]竖置网(5)的高度优选为5_15cm。[0016]水库底质土层(6)的高度优选为5_15cm。[0017]石英砂层(4)的高度优选为l_2cm。[0018]两两纵列取样口间的距离优选为10_80cm。[0019]本发明的优点:利用本发明的装置可以模拟不同影响因素，如浅层地下咸水、底质 盐分释放、外调水与水库水混合作用、风的扰动(配置电扇)等影响下滨海水库水质咸化垂 直剖面变化规律，也可以改变槽内蓄水水质、咸水水位埋深等不同试验条件研究地下咸水 上移的水文地球化学作用以及咸淡水界面上移规律。【专利附图】
【附图说明】[0020]图1为一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置示意图。[0021]图2为利用本发明的装置模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换的方法。[0022]图3为槽左部库水含盐量垂直分布特征图。[0023]图4为槽中部库水含盐量垂直分布特征图。[0024]图5为槽右部库水含盐量垂直分布特征图。【具体实施方式】[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。[0026]一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，包括水槽3，在水槽3的两端 设置有咸水进水室1，水槽的两端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位置，在水槽端壁的底 端与水槽3底壁之间设置有竖置网5，使咸水进水室I与所述水槽3相通，在水槽前壁上设 置有3-5纵列取样口 2，第一横置网8和第二横置网9水平设置在水槽3内。[0027]每纵列取样口为5、6、7或8个。[0028]竖置网5 的高度为 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0029]模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，包括如下步骤:[0030](I)使用模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，所述装置包括水槽3，在 所述水槽3的两端设置有咸水进水室1，水槽的两端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位 置，在水槽端壁的底端与水槽3底壁之间设置有竖置网5，使咸水进水室I与所述水槽3相 通，在水槽前壁上设置有3-5纵列取样口 2 ;第一横置网8和第二横置网9水平设置在水槽 3内；[0031](2)从水槽3内取出第二横置网9和第一横置网8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水层土层7、第一横置网8、水库底质土层6、第二横置网9、石英砂层4 ;所述地 下咸水含水层土层7的高度与竖置网5的高度相等；[0032](3)向水槽3中放入水库水或外调水；向咸水进水室I中放入地下咸水；[0033]( 4 )从取样口取样，进行监测。[0034]竖置网5 的高度为 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0035]水库底质土层6 的高度为 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0036]石英砂层4的高度为I或2cm。[0037]两两纵列取样口 间的距离为 10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm 或 80cm。[0038]从取样口取样，可以通过集水装置、pH计、浊度仪、电导率仪和氧化还原电位仪等 进行监测。[0039]水槽(3)优选的尺寸是:长2m、宽0.3m、高0.8m ；[0040]实施例1:[0041 ] 用本发明的装置测定库水含盐量[0042]I)使用一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，该装置包括水槽3，水 槽3的尺寸选用:长2m(图1中左右为长)、宽0.3m、高0.8m，在水槽3的两端设置有咸水进 水室1，水槽的两端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位置，在水槽端壁的底端与水槽3底 壁之间设置有5cm高的竖置网5,使咸水进水室I与所述水槽3相通,在水槽前壁上设置有 3纵列取样口 2，第一横置网8和第二横置网9水平设置在水槽3内。[0043]每纵列取样口为5个，最下面的取样口设为0，最下面的取样口距水库底质土层6 的距离为10cm。每纵列取样口上下之间的距离为10cm，左、右纵列取样口距水槽端壁的距 离均为30cm，中间纵列取样口居中。[0044]2)从水槽3内取出第二横置网9和第一横置网8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水层土层7、第一横置网8、高度为IOcm水库底质土层6、第二横置网9、高度为 2cm的石英砂层4，地下咸水含水层土层7的高度与竖置网5的高度相等；[0045]3)向水槽3中放入水库水；向咸水进水室I中放入地下咸水；地下咸水水位与水 库水水位相同，均高于最上面的取样口 IOcm,试验运行3天、6天、16天、20天、25天、39天 不同时间从3纵列取样口(2)用医用注射器取样，用电导率仪测试进行监测水体电导率和 含盐量；含盐量可以由电导率换算得到。监测结果见图3、图4和图5。图3、图4和图5分 别为槽左部、中部和右部库水含盐量垂直分布特征图。
【权利要求】
1.一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，其特征是包括水槽(3)，在所 述水槽(3 )的两端设置有咸水进水室(I)，水槽的两端壁的底端位置高于水槽(3 )底壁水平 位置，在水槽端壁的底端与水槽(3)底壁之间设置有竖置网(5)，使咸水进水室(I)与所述 水槽(3)相通，在水槽前壁上设置有3-5纵列取样口( 2)，第一横置网(8)和第二横置网(9) 水平设置在水槽(3)内。
2.根据权利要求1所述的一种模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，其特征 是每纵列取样口为5_8个。
3.根据权利要求3所述的模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，其特征是所 述竖置网(5)的高度为5-15cm。
4.模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，其特征是包括如下步骤:1)使用模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换装置，所述装置包括水槽(3)，在所述 水槽(3)的两端设置有咸水进水室(I )，水槽的两端壁的底端位置高于水槽(3)底壁水平位 置，在水槽端壁的底端与水槽(3)底壁之间设置有竖置网(5)，使咸水进水室(I)与所述水 槽(3)相通，在水槽前壁上设置有3-5纵列取样口(2);第一横置网(8)和第二横置网(9)水 平设置在水槽(3)内；2)从水槽(3)内取出第二横置网(9)和第一横置网(8)，在所述水槽(3)的底部依次放 置地下咸水含水层土层(7)、第一横置网(8)、水库底质土层(6)、第二横置网(9)、石英砂层(4);所述地下咸水含水层土层(7)的高度与竖置网(5)的高度相等；3)向水槽(3)中放入水库水或外调水；向咸水进水室(I)中放入地下咸水；4)从取样口取样，进行监测。
5.根据权利要求4所述的模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，其特征是所 述竖置网(5)的高度为5-15cm。
6.根据权利要求4所述的模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，其特征是所 述水库底质土层(6)的高度为5-15cm。
7.根据权利要求4所述的模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，其特征是所 述石英砂层(4)的高度为l-2cm。
8.根据权利要求4所述的模拟水库地下水与上覆水盐分和水量交换方法，其特征是两 两纵列取样口间的距离为10-80cm。
【文档编号】G01N33/18GK103558353SQ201310552509
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】李海明, 陈健健, 赵雪, 李银, 李群, 康文娟 申请人:天津科技大学