模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置及方法，该装置包括土柱3，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口2，泄水口6，进水口2通过管路与水库水或外调水供水容器1连接，泄水口6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口9，地下咸水进水口9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有取样口8。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、风的扰动等影响下滨海水库水质咸化垂直变化规律，也可以改变柱内蓄水水质、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】模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置及方法
【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滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置及方法。
【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，但多数土柱试验是关注单因素对水质咸化垂直分布的影响，对于涉及底质盐分释放、浅层地下咸水、外调水与水库水混合作用对水库咸化的影响，以及水库水体咸化垂直变化规律研究很少，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滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置。
[0005]本发明的第二个目的是提供模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的方法。
[0006]本发明的技术方案概述如下:
[0007]一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置，包括土柱3，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口 2，与进水口 2相对的位置设置有泄水口 6，进水口 2通过管路与水库水或外调水供水容器I连接，泄水口 6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口 9，地下咸水进水口 9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口 8。
[0008]一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的方法，包括如下步骤:
[0009](I)使用模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律装置，所述装置包括土柱3，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口 2，与进水口 2相对的位置设置有泄水口 6，进水口 2通过管路与水库水或外调水供水容器I连接，泄水口 6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口 9，地下咸水进水口 9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口 8 ；
[0010](2)在土柱3内的底部依次放置地下咸水含水层土层5、网11、水库底质层4，地下咸水含水层土层装填高度高于地下咸水进水口 9的位置；[0011](3)从地下咸水定水头供水容器10向土柱3中通入地下咸水；从水库水或外调水供水容器I向土柱3中放入水库水或外调水；
[0012]( 4 )从取样口取样，进行监测。
[0013]本发明的优点:本发明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、风的扰动等影响下滨海水库水质咸化垂直变化规律，也可以改变柱内蓄水水质、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的试验装置及方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置示意图。
[0015]图2为本发明的滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置使用示意图。
[0016]图3为咸水水位和水库水水位相同的情况库水含盐量垂直分布特征。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0018]一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置，包括土柱3，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口 2，与进水口 2相对的位置设置有泄水口 6，进水口 2通过管路与水库水或外调水供水容器I连接，泄水口 6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口 9，地下咸水进水口 9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口 8 (见图1)。
[0019]一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的方法，包括如下步骤:
[0020](I)使用模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律装置，所述装置包括土柱3，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口 2，与进水口 2相对的位置设置有泄水口 6，进水口 2通过管路与水库水或外调水供水容器I连接，泄水口 6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口 9，地下咸水进水口 9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口 8 ；
[0021](2)在土柱3内的底部依次放置地下咸水含水层土层5、网11、水库底质层4，地下咸水含水层土层装填高度高于地下咸水进水口 9的位置；(见图2)
[0022](3)从地下咸水定水头供水容器10向土柱3中通入地下咸水；从水库水或外调水供水容器I向土柱3中放入水库水或外调水；
[0023](4)从取样口取样，进行监测。测量系统选自集水装置、pH计、浊度仪、电导率仪和氧化还原电位仪等。
[0024]下面通过一个具体实施例对本发明作进一步的说明，但不对本发明作任何限制。
[0025]实施例1
[0026]一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的方法，包括如下步骤:
[0027](I)使用模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律装置，所述装置包括土柱3，土柱3的内径10cm、长120cm，材质为有机玻璃柱，在土柱3上部的侧壁上设置有进水口 2，与进水口 2相对的位置设置有泄水口 6，进水口 2通过管路与水库水或外调水供水容器I连接，泄水口 6通过管路与溢出水集水容器7连接；土柱3的底部设置有地下咸水进水口 9，地下咸水进水口 9通过管路与地下咸水定水头供水容器10连接，在土柱3的侧壁上设置有
I纵列6个取样口 8，每个取样口的间距为IOcm ;最下边一个取样口设为0，最下面的取样口距水库底质层4的距离为0cm。
[0028](2)在土柱3内的底部放置5cm的地下咸水含水层土层5，边装填边用木棒扎实、网(尼龙网或不锈钢网)ll、50cm的水库底质层4，地下咸水含水层土层装填高度高于地下咸水进水口 9的位置；柱上部模拟地表水体，下部模拟咸水含水层，中间用实际的库底底质层把二者分开；在水库底质层上可以铺设Icm石英砂(颗粒大于水库底质层固体颗粒)，以保证水库底质层与上覆水体界面平整；
[0029](3)从地下咸水定水头供水容器10向土柱3中通入地下咸水；用地下咸水从土柱下面供水以驱除土体内气体，从水库水或外调水供水容器I向土柱3中缓缓放入水库水(或外调水);
[0030](4)试验运行I天、11天、28天、54天、89天时，从取样口 8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。
【权利要求】
1.一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的装置，其特征是包括土柱(3)，在土柱(3)上部的侧壁上设置有进水口(2)，与进水口(2)相对的位置设置有泄水口(6)，进水口(2)通过管路与水库水或外调水供水容器(I)连接，泄水口(6)通过管路与溢出水集水容器(7 )连接；土柱(3 )的底部设置有地下咸水进水口( 9 )，地下咸水进水口( 9 )通过管路与地下咸水定水头供水容器(10)连接，在土柱(3)的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口(8)。
2.一种模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律的方法，其特征是包括如下步骤: 1)使用模拟滨海平原水库水质咸化垂直变化规律装置，所述装置包括土柱(3)，在土柱(3)上部的侧壁上设置有进水口(2)，与进水口(2)相对的位置设置有泄水口(6)，进水口(2 )通过管路与水库水或外调水供水容器(I)连接，泄水口( 6 )通过管路与溢出水集水容器(7 )连接；土柱(3 )的底部设置有地下咸水进水口( 9 )，地下咸水进水口( 9 )通过管路与地下咸水定水头供水容器(10)连接，在土柱(3)的侧壁上设置有I纵列4-10个取样口(8)； 2)在土柱3内的底部依次放置地下咸水含水层土层(5)、网(11)、水库底质层(4)，地下咸水含水层土层装填高度高于地下咸水进水口(9)的位置； 3)从地下咸水定水头供水容器(10)向土柱(3)中通入地下咸水；从水库水或外调水供水容器(I)向土柱(3)中放入水库水或外调水； 4)从取样口取样，进行监测。
【文档编号】G01N33/18GK103543246SQ201310552611
【公开日】2014年1月29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, 李银, 陈健健, 李群, 康文娟, 赵雪 申请人:天津科技大学