[发明专利]滨海含水层中均匀密度驱动的环流模拟装置及使用方法

说明书

本发明涉及滨海含水层中均匀密度驱动的环流模拟装置，其特征在于，包括主体箱，所述主箱体内固定有两个均带有若干透水孔的透水挡板，分别为第一透水挡板和第二透水挡板，所述第一透水挡板和所述第二透水挡板相对设置，两个所述透水挡板将所述主箱体分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体依次连通，所述第二腔体内装有多孔介质；还包括淡水系统和咸水系统，所述咸水系统包括分别与所述第一腔体连通的咸水进水系统和咸水出水系统，所述淡水系统包括分别与所述第三腔体连通的淡水进水系统和淡水出水系统；所述主箱体为透明材料制成。

技术领域

本发明涉及淡水资源研究领域，具体涉及滨海含水层中均匀密度驱动的环流模拟装置及使用方法。

背景技术

滨海含水层咸淡水过渡带内的地下水流动模式包括从海洋中产生并在含水层中咸水流向的旋转循环。这里提出的示踪实验是分析咸淡水循环的结构以及定量模拟比较咸淡水界面盐度的分布。实验结果表明，沿盐水流线方向的旋转从界面的最下方开始(咸水浓度等值线99％)，在界面的最下方十分之一处完成(咸水浓度等值线94％)。在界面的上部，旋转完成后，水流由淡水流向大海。已知的水化学咸淡水界面按其物理性质可以划分为两部分：(1)下部为“流动旋转区”，由对流循环流线定义；(2)上半部分为“扩散区”，其定义为扩散稀释。灵敏度分析表明，界面的物理结构与横向弥散性有关。在较高的扩散度条件下，旋转宽度增加，但最多在界面的下三分之一处完成。对于扩散系数，旋转从界面的最下方开始。因此，由于没有流量低于99％的线，流向大海的咸水总是相对于它原来的盐度被稀释。这些水流模式可能影响滨海的水文过程，如海底地下水排放和化学物质在含水层中的迁移。

滨海含水层中咸水的循环反映出陆地水文过程和海洋循环之间的相互作用。这种循环流动模式有短时间尺度上的，比如波浪和潮汐驱动下的，也有通过季节性的尺度的，甚至长时间尺度的密度流驱动下的扩散循环。后者常常是由于地下淡水和来自海洋的咸水之间的密度差造成的天然现象。这些水体会趋近于接近咸淡水界面，也可以称为混合带。水动力扩散驱动了咸水循环，并引起海洋中咸水体不断侵入淡水含水层，另一方面也沿着咸淡水界面向海排泄。长期滨海水循环结构的认识对海底地下水排泄以及滨海地区质量平衡来说非常重要。这里所说的咸水循环对咸淡水界面起决定性作用的水文地球化学过程，污染物和营养物质运移等方面研究来说是重要内容。而且可以说这对滨海地区水资源管理和规划使用来说非常重要。对陆海界面水动力过程的结构认识对识别海底地下水排泄以及滨海地区水均衡计算来说都非常重要。

以往已经有不少的研究利用多种技术方法来定量地研究咸水密度驱动的循环过程。已有不少研究流体动力学和盐分运移在野外实地基于监测并进行了数值模拟。但是咸水循环对海底地下水排泄的效应的研究揭示出对流循环对含水层弥散性有很强的依赖性。而与此相关的物理模拟实验非常少见。这里设计的室内物理模拟实验可以用来获取变密度咸水循环相关的信息。通过获取的信息和数值模拟结合来量化和更好地认识变密度咸水循环的过程，分析咸淡水界面/混合带的精准的水流模式，通过水体盐分变化和物理参数变化来认识咸淡水界面的结构特征。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供滨海含水层中均匀密度驱动的环流模拟装置及使用方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：滨海含水层中均匀密度驱动的环流模拟装置，包括主体箱，所述主箱体内固定有两个竖直设置并均带有若干透水孔的透水挡板，分别为第一透水挡板和第二透水挡板，所述第一透水挡板和所述第二透水挡板相对设置，两个所述透水挡板将所述主箱体分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体依次连通，所述第二腔体内装有多孔介质；还包括淡水系统和咸水系统，所述咸水系统包括分别与所述第一腔体连通的咸水进水系统和咸水出水系统，所述淡水系统包括分别与所述第三腔体连通的淡水进水系统和淡水出水系统；所述主箱体为透明材料制成；所述淡水进水系统内有透明的淡水，所述咸水进水系统内有带颜色的盐水。