[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

本發明提供了一種截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置及其測定方法,既不擾動建墻前、后含水層結構，又能直觀觀測墻體上游殘余咸水的凈化過程，能夠滿足濱海含水層截滲墻水動力機理和環境效應的模擬試驗需求。通過本發明的技術方案，解決傳統海水入侵模擬裝置在進行截滲墻的試驗時，需要反復開挖、重新裝填多孔介質，無法保證兩次構造的含水層物理性質完全一致的問題。本裝置和模擬方法既能保證含水層物理性質不變，也能減少重復的實驗準備工作，提高實驗效率。有效地觀測截滲墻上游殘余咸水的自然凈化過程，可以滿足不同類型截滲墻的室內實驗需求。通過改變截滲墻的位置和高度，也能進行截滲墻結構對海水入侵防控和殘余咸水凈化的影響實驗。

技術領域

本發明涉及海洋模擬裝置技術領域，具體而言，特別涉及一種截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置及其測定方法。

背景技術

由于沿海地區經濟和社會的高速發展，過量開采地下水，破壞了含水層內部原有的水動力平衡，導致海水沿著含水層向內陸侵入，造成海水入侵現象。而全球氣候變化也導致海平面上升，進一步加劇了海水入侵現象。海水入侵會使地下淡水咸化，并引起上游地下水源地咸水的滯留，發生水質型缺水，嚴重影響著沿海地區社會經濟的可持續發展。為了防治濱海含水層海水入侵，許多工程措施被廣泛應用，包括人工回灌、水動力帷幕、地下空氣帷幕、地下截滲墻和開采井優化管理等。地下截滲墻技術只需一次性投入，即可長期有效的控制海水入侵，受到越來越多國家和地區的關注，并廣泛地應用于海水防治工程。

在設計和建設截滲墻工程之前，必須闡明截滲墻作用下濱海含水層的水-鹽動力學機制和環境效應，該研究常用的方法包括數值模擬和室內物理模擬試驗。數值模擬是在水文地質模型概化的基礎上，利用數值方法計算含水層中地下水流和溶質運移過程，從而確定地下水位、水量以及溶質的時空變化特征。室內物理模擬試驗是基于相似理論，構建砂槽滲流模擬裝置，模擬濱海含水層復雜的地下水流動和溶質對流-彌散過程以及不同因素（潮汐、水力梯度、滲透性等）的影響效應。

濱海含水層中截滲墻建設會引起地下水流場和濃度場的長期變化。但是，目前均是采用傳統的海水入侵模擬裝置來研究截滲墻的水-鹽作用機制和環境效應，沒有針對截滲墻的專門設計。在進行截滲墻條件下的滲流試驗時，需要開挖、重新裝填砂槽，才能將截滲墻安裝在含水層的某一位置。這時，由于兩次裝填多孔介質的水環境和按壓程度并不完全一致，會引起兩者的含水層物理性質（孔隙度、彌散系數、彌散度）發生變化。此外，該裝置也無法有效觀測墻體上游殘余咸水的自然凈化過程。因此，需要發明新的截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置和測試方法。

現有技術中，海水入侵室內模擬裝置都不包含截滲墻控制部分。在模擬截滲墻阻擋海水入侵的試驗中，需要反復開挖、重填多孔介質，才能將截滲墻安裝在含水層的某一位置。由于截滲墻設置前、后裝填多孔介質的水環境和按壓程度不同，導致構造的含水層物理性質（孔隙度，滲透系數、彌散度等）也不一樣。另外，這類裝置無法有效地觀測截滲墻建立后上游殘余咸水的自然凈化過程。

針對這類裝置的缺陷，本發明專門設計一套截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置，既不擾動建墻前、后含水層結構，又能直觀觀測墻體上游殘余咸水的凈化過程，能夠滿足濱海含水層截滲墻水動力機理和環境效應的模擬試驗需求。

發明內容

在物理模擬截滲墻作用下海水入侵過程中，傳統的海水入侵砂槽模擬裝置存在兩方面的技術問題：1）在形成海水入侵之后，為安裝截滲墻，需要開挖、重新裝填多孔介質，無法保證重新裝填后含水層的物理性質完全一致；2）無法模擬建墻后殘余咸水的自然凈化過程。本發明設計一種截滲墻防治海水入侵的模擬裝置，既不改變建墻前、后含水層物理性質，又能觀測墻體上游殘余咸水的凈化過程。為了彌補現有技術的不足，本發明提供了一種截滲墻防治海水入侵的滲流模擬裝置及其測定方法。