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

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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、进一步地，所述过滤片采用土工布。

8、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。

9、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：

10、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；

11、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；

12、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；

14、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。

15、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。

16、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。

17、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

18、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。

19、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。

技术特征：

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：

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。

技术总结
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。

技术研发人员：郭巧娜,曹焮喆,刘文衡,刘金辉
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17