模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置及方法，該裝置在水槽（3）的兩端設(shè)置有咸水進(jìn)水室（1），水槽的兩端壁的底端位置高于水槽（3）底壁水平位置，在水槽端壁的底端與水槽（3）底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)（5），使咸水進(jìn)水室（1）與水槽（3）相通，水槽前壁上設(shè)置有取樣口（2），第一橫置網(wǎng)（8）和第二橫置網(wǎng)（9）設(shè)置在水槽（3）內(nèi)。本發(fā)明的裝置可以模擬不同影響因素，如淺層地下咸水、底質(zhì)鹽分釋放、外調(diào)水與水庫水混合作用、風(fēng)的擾動(dòng)（配置電扇）等影響下濱海水庫水質(zhì)咸化垂直剖面變化規(guī)律，也可以改變槽內(nèi)蓄水水質(zhì)、咸水水位埋深等不同試驗(yàn)條件研究地下咸水上移的水文地球化學(xué)作用以及咸淡水界面上移規(guī)律。
【專利說明】模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及水庫水質(zhì)咸化和水庫供水安全領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬水庫地下水 與上覆水鹽分和水量交換裝置及其方法。【背景技術(shù)】[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，濱海地區(qū)水資源短缺的問題日益突出，引水工程的實(shí) 施為解決水資源危機(jī)發(fā)揮了重大的作用，但同時(shí)調(diào)蓄水庫的咸化問題研究已迫在眉睫。濱 海平原水庫咸化已成為一個(gè)普遍現(xiàn)象，例如天津?yàn)I海平原地區(qū)建設(shè)的蓄淡水庫，往往存在 水質(zhì)咸化現(xiàn)象。多數(shù)學(xué)者對(duì)水庫水質(zhì)咸化機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為濱海水庫水質(zhì)咸化受到鹽 堿土、淺層地下咸水、氣候氣象條件、大氣沉降、海水入侵、水體溫度等因素影響。天津?yàn)I海 地區(qū)淺層地下咸水埋深淺，當(dāng)水庫蓄水水位低于地下水位時(shí)，地下水將會(huì)通過土壤孔隙與 上覆庫內(nèi)水體相連，加劇水庫咸化。水庫不同位置地下咸水與水庫水體交換過程中，鹽分的 歸宿不同:接近水庫入口處的沉積物能將鹽分截留下來，而出水口沉積物卻將鹽分釋放轉(zhuǎn) 移到水體。[0003]關(guān)于濱海地區(qū)水庫水質(zhì)咸化及其影響因素，不少學(xué)者進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。這些 因素的影響可以通過室內(nèi)土柱試驗(yàn)完成。但多數(shù)土柱試驗(yàn)是單獨(dú)研究水庫底質(zhì)鹽分釋放， 關(guān)注單因素對(duì)水質(zhì)咸化垂直分布的影響，不能真實(shí)反映水庫咸化情況；對(duì)于涉及地下咸水 與上覆水體鹽分和水量交換問題，以及外調(diào)水與水庫水混合作用對(duì)水庫咸化的影響研究很 少，缺乏合理的試驗(yàn)研究方法和裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置。[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:[0007]一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，包括水槽3，在水槽3的兩端 設(shè)置有咸水進(jìn)水室1，水槽的兩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 端與水槽3底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)5，使咸水進(jìn)水室I與所述水槽3相通，在水槽前壁上設(shè) 置有3-5縱列取樣口 2，第一橫置網(wǎng)8和第二橫置網(wǎng)9水平設(shè)置在水槽3內(nèi)。[0008]每縱列取樣口優(yōu)選為5-8個(gè)。[0009]豎置網(wǎng)5的優(yōu)選為5_15cm。[0010]模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，包括如下步驟:[0011](I)使用模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，所述裝置包括水槽3，在 所述水槽3的兩端設(shè)置有咸水進(jìn)水室1，水槽的兩端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位 置，在水槽端壁的底端與水槽3底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)5，使咸水進(jìn)水室I與所述水槽3相 通，在水槽前壁上設(shè)置有3-5縱列取樣口 2 ;第一橫置網(wǎng)8和第二橫置網(wǎng)9水平設(shè)置在水槽 3內(nèi)；[0012](2)從水槽3內(nèi)取出第二橫置網(wǎng)9和第一橫置網(wǎng)8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水層土層7、第一橫置網(wǎng)8、水庫底質(zhì)土層6、第二橫置網(wǎng)9、石英砂層4 ;所述地 下咸水含水層土層7的高度與豎置網(wǎng)5的高度相等；[0013](3)向水槽3中放入水庫水或外調(diào)水；向咸水進(jìn)水室I中放入地下咸水；[0014]( 4 )從取樣口取樣，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。[0015]豎置網(wǎng)(5)的高度優(yōu)選為5_15cm。[0016]水庫底質(zhì)土層(6)的高度優(yōu)選為5_15cm。[0017]石英砂層(4)的高度優(yōu)選為l_2cm。[0018]兩兩縱列取樣口間的距離優(yōu)選為10_80cm。[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):利用本發(fā)明的裝置可以模擬不同影響因素，如淺層地下咸水、底質(zhì) 鹽分釋放、外調(diào)水與水庫水混合作用、風(fēng)的擾動(dòng)(配置電扇)等影響下濱海水庫水質(zhì)咸化垂 直剖面變化規(guī)律，也可以改變槽內(nèi)蓄水水質(zhì)、咸水水位埋深等不同試驗(yàn)條件研究地下咸水 上移的水文地球化學(xué)作用以及咸淡水界面上移規(guī)律。【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1為一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置示意圖。[0021]圖2為利用本發(fā)明的裝置模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換的方法。[0022]圖3為槽左部庫水含鹽量垂直分布特征圖。[0023]圖4為槽中部庫水含鹽量垂直分布特征圖。[0024]圖5為槽右部庫水含鹽量垂直分布特征圖。【具體實(shí)施方式】[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。[0026]一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，包括水槽3，在水槽3的兩端 設(shè)置有咸水進(jìn)水室1，水槽的兩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 端與水槽3底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)5，使咸水進(jìn)水室I與所述水槽3相通，在水槽前壁上設(shè) 置有3-5縱列取樣口 2，第一橫置網(wǎng)8和第二橫置網(wǎng)9水平設(shè)置在水槽3內(nèi)。[0027]每縱列取樣口為5、6、7或8個(gè)。[0028]豎置網(wǎng)5 的高度為 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0029]模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，包括如下步驟:[0030](I)使用模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，所述裝置包括水槽3，在 所述水槽3的兩端設(shè)置有咸水進(jìn)水室1，水槽的兩端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位 置，在水槽端壁的底端與水槽3底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)5，使咸水進(jìn)水室I與所述水槽3相 通，在水槽前壁上設(shè)置有3-5縱列取樣口 2 ;第一橫置網(wǎng)8和第二橫置網(wǎng)9水平設(shè)置在水槽 3內(nèi)；[0031](2)從水槽3內(nèi)取出第二橫置網(wǎng)9和第一橫置網(wǎng)8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水層土層7、第一橫置網(wǎng)8、水庫底質(zhì)土層6、第二橫置網(wǎng)9、石英砂層4 ;所述地 下咸水含水層土層7的高度與豎置網(wǎng)5的高度相等；[0032](3)向水槽3中放入水庫水或外調(diào)水；向咸水進(jìn)水室I中放入地下咸水；[0033]( 4 )從取樣口取樣，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。[0034]豎置網(wǎng)5 的高度為 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0035]水庫底質(zhì)土層6 的高度為 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm 或 15cm。[0036]石英砂層4的高度為I或2cm。[0037]兩兩縱列取樣口 間的距離為 10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm 或 80cm。[0038]從取樣口取樣，可以通過集水裝置、pH計(jì)、濁度儀、電導(dǎo)率儀和氧化還原電位儀等 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。[0039]水槽(3)優(yōu)選的尺寸是:長2m、寬0.3m、高0.8m ；[0040]實(shí)施例1:[0041 ] 用本發(fā)明的裝置測(cè)定庫水含鹽量[0042]I)使用一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，該裝置包括水槽3，水 槽3的尺寸選用:長2m(圖1中左右為長)、寬0.3m、高0.8m，在水槽3的兩端設(shè)置有咸水進(jìn) 水室1，水槽的兩端壁的底端位置高于水槽3底壁水平位置，在水槽端壁的底端與水槽3底 壁之間設(shè)置有5cm高的豎置網(wǎng)5,使咸水進(jìn)水室I與所述水槽3相通,在水槽前壁上設(shè)置有 3縱列取樣口 2，第一橫置網(wǎng)8和第二橫置網(wǎng)9水平設(shè)置在水槽3內(nèi)。[0043]每縱列取樣口為5個(gè)，最下面的取樣口設(shè)為0，最下面的取樣口距水庫底質(zhì)土層6 的距離為10cm。每縱列取樣口上下之間的距離為10cm，左、右縱列取樣口距水槽端壁的距 離均為30cm，中間縱列取樣口居中。[0044]2)從水槽3內(nèi)取出第二橫置網(wǎng)9和第一橫置網(wǎng)8，在所述水槽3的底部依次放置 地下咸水含水層土層7、第一橫置網(wǎng)8、高度為IOcm水庫底質(zhì)土層6、第二橫置網(wǎng)9、高度為 2cm的石英砂層4，地下咸水含水層土層7的高度與豎置網(wǎng)5的高度相等；[0045]3)向水槽3中放入水庫水；向咸水進(jìn)水室I中放入地下咸水；地下咸水水位與水 庫水水位相同，均高于最上面的取樣口 IOcm,試驗(yàn)運(yùn)行3天、6天、16天、20天、25天、39天 不同時(shí)間從3縱列取樣口(2)用醫(yī)用注射器取樣，用電導(dǎo)率儀測(cè)試進(jìn)行監(jiān)測(cè)水體電導(dǎo)率和 含鹽量；含鹽量可以由電導(dǎo)率換算得到。監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖3、圖4和圖5。圖3、圖4和圖5分 別為槽左部、中部和右部庫水含鹽量垂直分布特征圖。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，其特征是包括水槽(3)，在所 述水槽(3 )的兩端設(shè)置有咸水進(jìn)水室(I)，水槽的兩端壁的底端位置高于水槽(3 )底壁水平 位置，在水槽端壁的底端與水槽(3)底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)(5)，使咸水進(jìn)水室(I)與所述 水槽(3)相通，在水槽前壁上設(shè)置有3-5縱列取樣口( 2)，第一橫置網(wǎng)(8)和第二橫置網(wǎng)(9) 水平設(shè)置在水槽(3)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，其特征 是每縱列取樣口為5_8個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，其特征是所 述豎置網(wǎng)(5)的高度為5-15cm。
4.模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，其特征是包括如下步驟:1)使用模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換裝置，所述裝置包括水槽(3)，在所述 水槽(3)的兩端設(shè)置有咸水進(jìn)水室(I )，水槽的兩端壁的底端位置高于水槽(3)底壁水平位 置，在水槽端壁的底端與水槽(3)底壁之間設(shè)置有豎置網(wǎng)(5)，使咸水進(jìn)水室(I)與所述水 槽(3)相通，在水槽前壁上設(shè)置有3-5縱列取樣口(2);第一橫置網(wǎng)(8)和第二橫置網(wǎng)(9)水 平設(shè)置在水槽(3)內(nèi)；2)從水槽(3)內(nèi)取出第二橫置網(wǎng)(9)和第一橫置網(wǎng)(8)，在所述水槽(3)的底部依次放 置地下咸水含水層土層(7)、第一橫置網(wǎng)(8)、水庫底質(zhì)土層(6)、第二橫置網(wǎng)(9)、石英砂層(4);所述地下咸水含水層土層(7)的高度與豎置網(wǎng)(5)的高度相等；3)向水槽(3)中放入水庫水或外調(diào)水；向咸水進(jìn)水室(I)中放入地下咸水；4)從取樣口取樣，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，其特征是所 述豎置網(wǎng)(5)的高度為5-15cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，其特征是所 述水庫底質(zhì)土層(6)的高度為5-15cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，其特征是所 述石英砂層(4)的高度為l-2cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬水庫地下水與上覆水鹽分和水量交換方法，其特征是兩 兩縱列取樣口間的距離為10-80cm。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK103558353SQ201310552509
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】李海明, 陳健健, 趙雪, 李銀, 李群, 康文娟 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué)