一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型

allin2025-11-13  48


本技术涉及一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,属于水力学物理模型。


背景技术:

1、研究河口及其上游地表-地下水水盐交互的主要方式包括物理模型、数值模拟及野外观测。相较于野外观测和数值模拟这两种研究方式,物理模型具有影响因素更加可控、结果可信度更高等优势。通过物理模型实验可以方便研究人员控制实验条件,观测以及分析实验结果。

2、由于河口处水动力条件复杂,目前研究河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,大多在简化为河流横断面的二维砂槽模型中进行,几乎没有三维砂槽物理模型。近年来,受干旱与海平面上升等因素的影响,咸潮上溯的影响不断加大,地下水咸化问题愈发严重,因此进行包含河流与地下水水盐交互过程的三维物理模型研究具有相当的必要性。

3、在三维条件下进行试验,将会遇到水动力条件更加复杂,边界条件更难以控制以及水槽填砂区中填砂随水流移动等技术问题,如何设计一种切实可行的模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的三维砂槽物理模型,是水动力物理模型技术领域接下来的研究重点。


技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题,本实用新型提出了一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,该物理模型可以进行三维地下水动力及溶质迁移过程室内试验,探究三维条件下咸潮上溯过程中地表水与地下水交互的水动力及溶质迁移特点,并且可以通过对边界的控制,实现定流量边界与变流量边界、定水头边界与变水头边界以及动态河流内陆来水量的切换。

2、为解决上述技术问题,本实用新型采用了如下技术手段:

3、本实用新型提供一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,包括主体水槽、第一循环水箱、第二循环水箱和河流模拟装置,其中,所述主体水槽内部填充砂砾,所述主体水槽的两侧安装多孔板,所述第一循环水箱和第二循环水箱通过所述多孔板与所述主体水槽的两侧联通,所述第一循环水箱和第二循环水箱内分别设置有一个水位控制装置,所述河流模拟装置安装在所述主体水槽前面板的内侧。

4、进一步的,所述河流模拟装置采用不锈钢冲孔管,所述不锈钢冲孔管的长度与主体水槽前面板的长度相同,所述不锈钢冲孔管的顶部与所述主体水槽中填充的砂砾的上表面齐平;所述不锈钢冲孔管两端封闭,所述不锈钢冲孔管的管体上均匀分布有多个冲孔,所述冲孔的孔径大小小于所述主体水槽中砂砾的平均粒径。

5、进一步的,所述不锈钢冲孔管的顶部设置有注水口。

6、进一步的,所述水位控制装置包括水位控制螺纹杆、水位控制电机和水位控制溢流板,其中,所述水位控制电机固定在循环水箱上并通过螺纹与所述水位控制螺纹杆活动连接,所述水位控制螺纹杆的底部与所述水位控制溢流板的顶部相连,所述水位控制溢流板的中间设置有溢流口,所述溢流口与循环水箱的出水口连接。

7、进一步的,所述第一循环水箱与所述主体水槽之间设置有可拆卸的第一挡水闸门,所述第二循环水箱与所述主体水槽之间设置有可拆卸的第二挡水闸门。

8、进一步的,在所述第一循环水箱和所述第二循环水箱靠近所述主体水槽的一侧分别设置有插槽,所述第一挡水闸门和所述第二挡水闸门通过插槽分别插入到所述主体水槽与所述第一循环水箱、所述主体水槽与所述第二循环水箱之间。

9、进一步的,所述第一挡水闸门和所述第二挡水闸门均采用矩形亚克力平板,两者结构相同;所述第一挡水闸门靠近所述第一循环水箱的一侧设有多道肋条,所述第一挡水闸门的顶部设有把手孔。

10、进一步的,所述第一挡水闸门的下部设有a行乘b列个均匀排列的圆孔,所述圆孔与金属圆管密封连接,所述金属圆管通过橡胶软管与外部的蠕动泵连接。

11、进一步的,所述多孔板上覆盖有多孔筛网。

12、采用以上技术手段后可以获得以下优势:

13、本实用新型提出了一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,通过主体水槽、两个循环水箱、河流模拟装置和设置在循环水箱内的水位控制装置得到一个三维砂槽物理模型,通过水位控制装置能够准确控制主体水槽内的水位动态变化,通过河流模拟装置能够在主体水槽中模拟河流冲击砂砾的过程,本实用新型物理模型能够实现在三维条件下进行模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的试验的目的,有利于对河口处水动力进行物理实验研究。



技术特征:

1.一种模拟河口及其上游地表-地下水水盐交互的物理模型,其特征在于,包括主体水槽、第一循环水箱、第二循环水箱和河流模拟装置,其中,所述主体水槽内部填充砂砾,所述主体水槽的两侧安装多孔板,所述第一循环水箱和第二循环水箱通过所述多孔板与所述主体水槽的两侧联通,所述第一循环水箱和第二循环水箱内分别设置有一个水位控制装置,所述河流模拟装置安装在所述主体水槽前面板的内侧。

2.根据权利要求1所述的物理模型,其特征在于,所述河流模拟装置采用不锈钢冲孔管,所述不锈钢冲孔管的长度与主体水槽前面板的长度相同,所述不锈钢冲孔管的顶部与所述主体水槽中填充的砂砾的上表面齐平;所述不锈钢冲孔管两端封闭,所述不锈钢冲孔管的管体上均匀分布有多个冲孔,所述冲孔的孔径大小小于所述主体水槽中砂砾的平均粒径。

3.根据权利要求2所述的物理模型,其特征在于,所述不锈钢冲孔管的顶部设置有注水口。

4.根据权利要求1所述的物理模型,其特征在于,所述水位控制装置包括水位控制螺纹杆、水位控制电机和水位控制溢流板,其中,所述水位控制电机固定在循环水箱上并通过螺纹与所述水位控制螺纹杆活动连接,所述水位控制螺纹杆的底部与所述水位控制溢流板的顶部相连,所述水位控制溢流板的中间设置有溢流口,所述溢流口与循环水箱的出水口连接。

5.根据权利要求1所述的物理模型,其特征在于,所述第一循环水箱与所述主体水槽之间设置有可拆卸的第一挡水闸门,所述第二循环水箱与所述主体水槽之间设置有可拆卸的第二挡水闸门。

6.根据权利要求5所述的物理模型,其特征在于,在所述第一循环水箱和所述第二循环水箱靠近所述主体水槽的一侧分别设置有插槽,所述第一挡水闸门和所述第二挡水闸门通过插槽分别插入到所述主体水槽与所述第一循环水箱、所述主体水槽与所述第二循环水箱之间。

7.根据权利要求5所述的物理模型,其特征在于,所述第一挡水闸门和所述第二挡水闸门均采用矩形亚克力平板,两者结构相同;所述第一挡水闸门靠近所述第一循环水箱的一侧设有多道肋条,所述第一挡水闸门的顶部设有把手孔。

8.根据权利要求5或7所述的物理模型,其特征在于,所述第一挡水闸门的下部设有a行乘b列个均匀排列的圆孔,所述圆孔与金属圆管密封连接,所述金属圆管通过橡胶软管与外部的蠕动泵连接。

9.根据权利要求1所述的物理模型,其特征在于,所述多孔板上覆盖有多孔筛网。


技术总结
本技术公开了一种模拟河口及其上游地表‑地下水水盐交互的物理模型,其包括主体水槽、第一循环水箱、第二循环水箱和河流模拟装置,其中,所述主体水槽内部填充砂砾,所述主体水槽的两侧安装多孔板,所述第一循环水箱和第二循环水箱通过所述多孔板与所述主体水槽的两侧联通,所述第一循环水箱和第二循环水箱内分别设置有一个水位控制装置,所述河流模拟装置安装在所述主体水槽前面板的内侧。本技术物理模型能够实现多种边界条件并且容易控制,为研究河口及其上游地表‑地下水水盐交互过程提供了有力的物理模型。

技术研发人员:叶逾,唐腾宇,郭自来,鲁春辉,谢一凡,徐腾,杨杰,南统超,周雪
受保护的技术使用者:河海大学
技术研发日:20240109
技术公布日:2024/10/31
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