[發明專利]一種截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置及其測定方法

有效

• 申請號: 202211577133.6
• 申請日: 2022-12-09
• 公開（公告）號: CN115824921B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 鄭天元;方運海;王歡;鄭西來
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/28
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

1.一種截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置的測定方法，所述滲流模擬裝置包括有機玻璃滲流槽（1），其特征在于,所述有機玻璃滲流槽（1）的左側設置有潮汐驅動器（4）和海水罐（3），右側設有淡水罐（2），有機玻璃滲流槽（1）內部在水平方向分成三個部分，由左至右依次為海水室（7）、中央室（8）和淡水室（9）；中央室（8）通過孔徑為0.20?mm的尼龍紗網包覆兩塊多孔有機玻璃板（10）與兩邊的海水室（7）和淡水室（9）分隔，中央室（8）內填充多孔介質，填充高度為32?cm，中央室（8）的左側靠近海水室（7）方向模擬坡度為1:2.5的海灘；海水室（7）左側下部與潮汐驅動器（4）相連接，海水室（7）左側上部開設有海水室溢流口（20），海水罐（3）由潛水泵向潮汐驅動器（4）供應海水，海水罐（3）內海水濃度為35g/L；依據連通器原理，潮汐驅動器（4）中水位的高度與海水室（7）水位高度一致，潮汐驅動器（4）水位周期性的升降引起海水室（7）水位的波動，海水室（7）的平均海水位高度為24?cm，潮汐周期1min，振幅為2cm；淡水室（9）右側下部與淡水罐（2）相連接，由淡水罐通過潛水泵向其供水，淡水室（9）的上部開設有淡水室溢流口（11），淡水室（9）水位高度為25?cm；

所述中央室（8）內設置有截滲墻模擬系統（5），截滲墻模擬系統（5）包括插口槽（12）和中央插板（13），中央插板（13）為6mm的硬質亞克力板制成，上面布滿小孔，中央插板（13）將防水膠帶密封部分作為隔水的截滲墻，包括下沉式截滲墻（14）、懸掛式截滲墻（15）、全剖面式截滲墻（16）、多孔亞克力板（19）或組合式截滲墻中的一種；所述下沉式截滲墻（14）為多孔亞克力板的下部用防水膠帶密封，密封高度為13?cm，懸掛式截滲墻（15）為多孔亞克力板的上部用防水膠帶密封，密封高度為13?cm，全剖面式截滲墻（16）為多孔亞克力板表面全部用防水膠帶密封；插口槽（12）設有2個分別距離海水室（7）39cm的前插口槽和距離海水室（7）60cm的后插口槽，組合式截滲墻為在前插口槽、后插口槽分別放入下沉式截滲墻（14）和懸掛式截滲墻（15），模擬組合式截滲墻的工況；每個插口槽（12）包括左右兩塊透水隔板（17），透水隔板（17）的前后兩端分別用橡膠條（18）固定在中央室（8）的內壁上，兩塊透水隔板（17）之間形成空隙插入中央插板（13）；透水隔板（17）由多孔亞克力板制成，并包裹上紗網；中央室（8）水平位置的1/3和2/3處槽的頂部安裝固定的卡扣式鋼支架；

海水室（7）的上方設置有對其補充鹽分的補鹽系統（6），補鹽系統（6）包括高濃度海水箱（21）、蠕動泵（22）和潛水泵（23），高濃度海水箱（21）由蠕動泵（22）控制流量將高濃度海水泵入海水室（7），潛水泵（23）懸空置于海水室（7）內，高濃度海水箱（21）中海水的濃度是海水罐（3）中海水濃度的2~3倍；

具體包括以下步驟：

步驟S1：試驗材料；中央室（8）室內試驗所用白色的石英砂，使用前，用自來水漂洗若干次，烘干備用，砂樣的裝填采用飽水的方法，淡水水位高于填裝的砂樣位置10?cm；采用分層裝填的方法，裝填過程中，用直徑5?cm的木棒進行攪拌混勻，并用硬質鐵絲進行局部壓實，去除氣泡；砂樣裝填完畢并飽水靜置6小時后，方可進行后續試驗；

步驟S2：初始海水入侵；在無截滲墻作用的試驗中，多孔亞克力板（19）直接插入插口槽（12）；試驗開始前，先建立淡水穩定流，打開海水室溢流口（20），使其水位控制在平均海水位處；水力梯度驅動淡水流經中央室到達海水室，穩定運行一段時間后，測定海水室溢流口（20）的淡水流出量；待流出量恒定后，可認為達到穩定流狀態；

步驟S3：待步驟S2穩定流建立后，打開海水罐（3）內的潛水泵，海水從底部流入海水室（7）；海水密度大，逐漸占據海水室下部，并向上驅替淡水，最終整個海水室被海水占據；此時，關閉海水室溢流口（20），開啟潮汐驅動器（4）；海水室水位隨時間波動，海水入侵過程開始；試驗過程中，秒表記錄試驗運行時間，高清相機每隔30?s拍攝一次，記錄滲流槽內咸淡水分布變化；

步驟S4：殘留咸水的凈化；迅速抽出在距離海水室（7）39?cm處插口槽（12）內的多孔亞克力板（19），將設置好的下沉式截滲墻（14）、懸掛式截滲墻（15）、全剖面式截滲墻（16）中的一種形式的截滲墻插入插口槽（12）；或者抽出在距離海水室（7）39cm的前插口槽和距離海水室（7）60cm的后插口槽內的多孔亞克力板（19），在前插口槽、后插口槽分別放入下沉式截滲墻（14）和懸掛式截滲墻（15），模擬組合式截滲墻的工況；觀測墻體上游淡水室方向殘余咸水的凈化過程，記錄下咸水楔面積、長度、咸淡水混合帶的變化；

步驟S5：試驗的恢復；關閉潮汐驅動器（4），切斷其與海水室（7）的連接，抽出截滲墻，換成多孔的亞克力板（19）；打開海水室（7）的海水室溢流口（20），調高淡水室水位，在較大的水力梯度下，驅替中央室（8）中入侵的咸水；待整個滲流槽內均為淡水時，可進行上面步驟S3中的淡水穩定流過程；檢查海水罐（3）和潮汐驅動器（4）內海水的鹽度，調節至35?g/L。