可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置

1.本实用新型涉及砂箱技术领域，特别是涉及一种模拟动态水位边界条件下咸淡水体运移的砂箱装置。


背景技术：

2.在滨海地区尤其是存在海水入侵严重的区域，受海水水位的涨落以及陆地含水层水位变化的影响，滨海含水层中的入侵海水和地下淡水水体始终处于动态移动的过程中。同时，由于多孔介质含水层空间上非均质性，导致无法准确描述地下含水层中咸淡水水体的分布和位置。
3.现有的实验装置通常多关注降水和开采等因素对多孔介质含水层中咸淡水水体运移的影响，而忽略了边界水位连续动态变化条件下咸淡水水体和界面的动态响应过程。已有的针对含水层中咸淡水界面的实验手段和监测措施难以实时观测和记录咸水和淡水水体存在的区域。因此，需要发展多孔介质含水层咸淡水运移模拟手段和实验装置，为滨海地区含水层中海水入侵相关科学问题提供研究技术支持。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够定量分析水位边界动态变化对多孔介质中咸淡水体分布和迁移转化规律的影响、模拟效果好的可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置。
5.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，包括箱体，箱体内部设置有填充物，箱体的左右两侧均设置有水箱，水箱与箱体之间设置有透水滤网，水箱的下部设置有进水口和排水口，其中进水口与箱体内部相通，排水口与进水口之间设置有边界水位调节装置。
6.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述箱体内的填充物为石英砂。
7.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述箱体的前端为透明材料。
8.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述箱体的后部设置有在线监测系统。
9.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述在线监测系统包括电导率探头，电导率探头安装在箱体后部预制的孔位中，并对开孔区域做密封处理。
10.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述进水口与蠕动泵的出水口连接，蠕动泵的进水口连接水槽。
11.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述蠕动泵与水槽之间设置有阀门。
12.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述边界水位调节装置包
括挡水板，挡水板将进水口和排水口所在区域分开，挡水板上设置缝隙，缝隙中设置有可伸缩的封水胶条。
13.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述封水胶条的一端连接有电动传动装置。
14.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置，其中所述水箱的高度略高于箱体的高度。
15.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置与现有技术不同之处在于，本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置实现了的咸淡水运移实验用多孔介质含水层装置的制作，并利用边界水位调节装置实现了含水层边界水位的动态调节，可以用于模拟动态水位边界条件下多孔介质含水层中咸淡水水体和界面的运动过程，并用于定量分析边界水位变化对滨海地区含水层海水入侵规律等相关科学问题的研究。
16.下面结合附图对本实用新型的可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置作进一步说明。
附图说明
17.图1为本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置中边界水位调节装置的结构示意图；
19.图中标记示意为：1-电导率显示模块；2-第一水槽；3-阀门；4-蠕动泵；5-排水口；6-进水口；7-水箱；8-箱体；9-孔位；10-透水滤网；11-第二水槽；12-挡水板；13-电动传动装置；14-缝隙；15-封水胶条。
具体实施方式
20.以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
21.如图1所示，本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置包括箱体8，箱体8内部设置有填充物。在本实施例中，箱体8的尺寸为100
×
10
×
50cm，箱体8内的填充物为松散的白色石英砂。箱体8在填充进石英砂后在顶部进行密封，形成隔水边界。
22.箱体8的前端为透明亚克力材料，用于观测箱体8内水位变化和不同水体分布的位置和区域。箱体8的后部设置有在线监测系统，用于实时监测和记录含水层中水体的电导率。本实施例中，在线监测系统包括电导率探头和电导率显示模块1，电导率探头安装在箱体8后部预制的孔位9中，并对开孔区域做密封处理。电导率显示模块1为现有产品，用于显示各电导率探头监测到的电导率。
23.箱体8的左右两侧均设置有水箱7，水箱7与箱体8之间设置有透水滤网10，透水滤网10可以包裹石英砂，防止砂子侧漏，同时可以容许两侧的液体通过。水箱7的高度略高于箱体8的高度，保证箱体8内的全部位置均能够被水覆盖。
24.水箱7的下部设置有进水口6和排水口5，其中进水口6与箱体8内部相通，排水口5与进水口6之间设置有边界水位调节装置。进水口6与蠕动泵4的出水口连接，蠕动泵4的进水口6连接水槽。蠕动泵4与水槽之间设置有阀门3。两侧水箱7的蠕动泵4分别连接第一水槽2和第二水槽11，两个水槽内放置有不同的液体，如咸水和淡水，或者用于试验的两种不同
颜色的水等。
25.如图2所示，边界水位调节装置包括挡水板12，挡水板12用于将位于其两侧的进水口6和排水口5所在的区域分开。挡水板12上设置有一条宽度为3cm的缝隙14，缝隙14中设置有可伸缩的封水胶条15。通过调整封水胶条15伸缩的长度，可以控制进水口6与排水口5所在区域连通的高度。封水胶条15的一端连接有电动传动装置13，电动传动装置13可以带动封水胶条15上下移动。
26.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置的制作过程为：
27.(1)制作100
×
50
×
10cm的透明亚克力材质实验用箱体8，在箱体8后部开3cm直径的圆孔30个；
28.(2)将电导率探头安装至箱体8后部的预制圆孔位，并对开孔区域做密封处理；
29.(3)将不同颗粒的石英砂随机填充到箱体8内并压实处理；
30.(4)在石英砂体上部进行密封处理以形成隔水边界；
31.(5)将边界水位调节装置的封水胶条15调整到高于箱体8顶部的位置，打开第二水槽11的蠕动泵4和阀门3，将淡水注入箱体8至完全淹没石英砂体且两侧水箱7内均形成溢流，关闭第二水槽11的蠕动泵4和阀门3，然后静置一周，将干燥的石英砂体充分浸透。
32.这样就形成了一个适用于开展动态水头边界情况下多孔介质含水层中咸淡水运移模拟研究的试验装置，适用于观察和记录变水位边界条件下咸水和淡水水体及界面在地下含水层中动态运移过程。
33.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置的试验过程为：
34.(1)试验装置制作完成后，在开始试验前，先将边界水位控制装置的可伸缩封水胶条15调整至预设高度；
35.(2)打开第一水槽2和第二水槽11的蠕动泵4，调整至预设流量后打开供水阀门3对石英砂含水层箱体8进行供水，待箱体8内水流达到稳定，关闭两侧控制进水的阀门3；
36.(3)将红色和蓝色颜料分别混入颜料第一水槽2和第二水槽11中并搅拌均匀，再打开供水的阀门3，并控制蠕动泵4的进水流量；
37.(4)通过设置在箱体8前端的视频录制设备和肉眼可以直接观察不同颜色水体的分布区域和变化过程，砂箱后部连接的在线监测系统可以即时读取观测点的电导率。
38.(5)待出水口水流以及不同颜色水体的位置稳定以后，根据预实验计划动态调整伸缩封水胶条15的高度以改变水头边界条件，观测并记录水位变化后咸水、淡水水体的动态移动及相应的咸淡水界面位置变化。
39.本实用新型可变边界的咸淡水运移模拟砂箱装置实现了的咸淡水运移实验用多孔介质含水层装置的制作，并利用边界水位调节装置实现了含水层边界水位的动态调节，可以用于模拟动态水位边界条件下多孔介质含水层中咸淡水水体和界面的运动过程，并用于定量分析边界水位变化对滨海地区含水层海水入侵规律等相关科学问题的研究。
40.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。