CN109506891B - 一种模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程，包括：配盐室、水槽及其试验工艺。配盐室内设有堆盐区、待处理盐水池、浓盐水池及盐淡水分离处理***，堆盐区用于存放试验用工业盐，待处理盐水池、盐淡水分离处理***及浓盐水池通过输送管道相连通；水槽包括盐淡水混合实验水槽，水槽末端设回转段，水槽前端设有尾门前池，水槽下方设有撇水集水池、回水池、标准盐水池、配盐池、混合水储存池和清水池；试验工艺包括水槽盐水进水工艺，水槽清水进水工艺及盐水处理工艺。本发明达到了河口潮汐往复流条件下盐淡水混合现象的实验室重现，实现了部分混合型和高度分层型混合型式的模拟，确保试验数据采集能在准稳态下进行，可用于盐淡水混合问题的相关研究。

Description

一种模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程

技术领域

本发明涉及一种模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程，属于河口盐淡水混合的模拟试验水槽及工艺流程技术领域。

背景技术

河口是盐水与淡水交汇的区域，也是河流与海洋交融的水域。由于海水与河水的密度差异，潮流、径流等动力条件不同，不同河口的盐淡水混合过程亦有区别。一般来说，盐淡水混合类型可分为高度分层型、部分混合型、充分混合型三种。在全球气候变暖、海平面上升等自然条件的改变下，以及流域建库建坝、围垦造陆等人类活动的影响下，河口条件将出现调整，盐淡水混合状态也将随之出现变化，这些变化对水流结构、河口生态、泥沙运动等具有重要影响。盐淡水混合是河口动力过程的一个重要方面，是河口海岸动力学的一个基本研究内容。

盐淡水混合水槽试验有助于针对性的研究河口盐淡水混合物理过程和盐度传输机制。国外以美国密西西比威克斯堡水道试验站和荷兰代尔夫特水力试验室的研究较为经典，前者在流速沿程分布、优势流、滞流点和盐水入侵长度等方面开展了研究，后者主要研究了不同边界和水流等条件(水深、水槽长度、淡水流量、潮差、海洋盐度、糙率、风况)对盐水入侵和水流形态的影响，并将成果应用于一维和二维盐度输运数学模型的解析研究；国内某水利科学研究院研究了不同水深、径流量、潮差、初始盐度条件下，盐水楔的运动变化规律和盐水入侵长度，取得了相关研究成果。上述这些水槽试验主要针对盐水入侵的现象和规律进行研究，模拟的盐淡水混合型式主要为高度分层型，尚存在一些问题值得继续研究，比如：没有对潮流进行较好的模拟导致槽中流速较小，在流速场和盐度场剖面分布方面的研究较为欠缺，对部分混合型盐淡水混合研究内容较少等。为此需要设计相应的技术方案给予解决。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的不足，提供一种模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程，实现了部分混合型和高度分层型混合型式的模拟，达到了河口潮汐往复流条件下盐淡水混合现象的实验室重现，确保试验数据采集能在准稳态下进行，试验数据具有准确性和可重复性，可用于河口盐淡水混合物理机制等基础研究，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种模拟盐淡水混合的水槽，包括：配合使用的配盐室和水槽，所述配盐室内设有堆盐区、待处理盐水池、浓盐水池及盐淡水分离处理***，所述堆盐区用于堆放试验用工业盐并通过人工输运方式向所述浓盐水池供给盐分，所述待处理盐水池通过输送管道与所述浓盐水池及盐淡水分离处理***相连通，所述盐淡水分离处理***通过输送管道与浓盐水池相连通；

所述水槽包括：位于中间的盐淡水混合实验水槽，所述盐淡水混合实验水槽的末端设有一体成型的回转段，所述盐淡水混合实验水槽前端设有尾门前池，盐淡水混合实验水槽前端下方(下层)设有撇水集水池、回水池、标准盐水池和配盐池，盐淡水混合实验水槽中部下方设有混合水储存池，盐淡水混合实验水槽的末端下方设有清水池；

所述尾门前池与所述盐淡水混合实验水槽直接连通，所述尾门前池通过输送管道与撇水集水池相连通，所述撇水集水池通过输送管道与所述混合水储存池相连通，所述尾门前池通过尾门溢流与回水池相连通，所述回水池与配盐池及标准盐水池通过闸门启闭依次连通，所述清水池通过输送管道与所述配盐池相连通，所述清水池与所述盐淡水混合实验水槽的回转段之间设有带电动调节蝶阀和电磁流量计的双向轴流泵且通过双向轴流泵相连通；

所述浓盐水池通过输送管道与所述配盐池相连通，所述盐淡水分离处理***通过输送管道与所述清水池相连通，所述混合水储存池通过输送管道与所述待处理盐水池相连通。

作为上述技术方案的改进，所述模拟盐淡水混合的水槽还包括配合使用的控制箱、两组预处理装置、超滤水箱、两组加药装置及清洗水箱。

作为上述技术方案的改进，所述清洗水箱、浓盐池、标准盐水池、配盐池、混合水储存池、清水池分别通过输送管道与市政管网及安装有水表的水表井相连通。

作为上述技术方案的改进，所述混合水储存池左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室，用于通过局部透明玻璃槽底观测水槽中实验现象。

作为上述技术方案的改进，所述输送管道包含有：潜水泵及带球阀和玻璃转子流量计的管道，闸门，带电动调节蝶阀、电磁流量计及手动球阀的管道，以及液下泵。

作为上述技术方案的改进，所述试验工艺流程包括水槽盐水进水工艺，水槽清水进水工艺及盐水处理工艺。

具体地，所述水槽盐水进水工艺包括：

(1)首次盐水配制在标准盐水池进行，根据设计的配合比加清水(市政供水)和工业盐，浓度计监测达到设计浓度，同时在浓盐水池配制一部分浓盐水以便补水用，下次试验时可以直接将处理后存储在浓盐水池的浓盐水通过潜水泵抽至配盐池，同时从清水池通过潜水泵抽取清水至配盐池，来调配标准盐水；

(2)采用液下泵将标准盐水抽至前池，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；

(3)通过配套使用的电脑软件输入水位过程线，自动调整尾门开度控制标准盐水进水水位线，门顶溢流水流入回水池，从而控制水槽中水位升降；

(4)开启回水池与配盐池之间的闸门，回水进入配盐池，监测回水浓度，通过浓盐水池潜水泵补充盐水，通过清水池的潜水泵补充清水，重新调制以达到标准盐水试验浓度；

(5)开启配盐池与标准盐水池之间的闸门，重新调制后标准盐水进入标准盐水池，再抽至前池，反复循环；

(6)试验过程中需要撇去尾门前池表面低盐度混合水，需通过撇水装置，撇至撇水集水池，再通过潜水泵将撇水抽至混合水存储池。

具体地，所述水槽清水进水工艺包括：

(1)可通过双向轴流泵从清水池取水至槽尾，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；或通过清水池潜水泵从清水池取水至槽尾，调节阀门以达到设计流量；

(2)清水池首次进水采用市政供水，下次试验可直接采用盐水处理设备过滤分离的清水。

具体地，所述盐水处理工艺包括：

(1)试验完成后将标准盐水池、尾门前池、回水池、配盐池、撇水集水池中的盐水通过潜水泵抽至混合水存储池；

(2)将混合水存储池的盐水通过潜水泵抽至待处理盐水池；

(3)盐水处理装置从待处理盐水池取盐水，过滤分离后达标排放的清水回至清水池，浓盐水最后回至浓盐水池；盐水处理装置***进水量为5t/h，浓缩4～5倍，首次浓缩后的浓盐水排至混合水存储池或待处理盐水池,反复多次浓缩，以提高回收的浓盐水浓度；

(4)潜水泵的进水流量须通过待处理盐水池的液位计来控制，以保证盐水处理装置能连续运行。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

(1)通过长水槽两端边界潮汐控制***模拟了往复潮流条件下河口盐淡水混合，实现了河口部分混合型和高度分层型混合型式的模拟，解决了试验控制、数据采集、盐水回收利用等方面的问题，盐淡水混合试验所得到的流速和盐度等数据可用于河口盐淡水混合物理机制等基础研究。

(2)完善潮流往复作用下盐淡水分层流动的试验模拟技术，解决在过去水槽试验中没有对潮流进行较好的模拟导致槽中流速较小的问题，为研究河口盐淡水混合问题提供新方法、新技术。

附图说明

图1为本发明所述模拟盐淡水混合的水槽布置及试验工艺示意图；

图2为本发明所述模拟盐淡水混合的水槽截面结构示意图；

图3为本发明清水工况流程示意图；

图4为本发明盐水工况流程示意图；

图5为本发明模拟潮汐往复流条件下盐淡水混合的实验效果图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1至图4所示：为本发明模拟盐淡水混合的水槽及其试验工艺流程示意图。

本发明所述的模拟盐淡水混合的水槽，包括：配盐室100和水槽200，还包括控制箱20、两组预处理装置30、超滤水箱40、两组加药装置50及清洗水箱60，配盐室100内设有堆盐区110、待处理盐水池120、浓盐水池130及盐淡水分离处理***140，堆盐区110用于存放试验用工业盐并通过人工输运方式向浓盐水池130供给盐分，待处理盐水池120通过输送管道300与浓盐水池130及盐淡水分离处理***140连通，盐淡水分离处理***140通过输送管道300与浓盐水池130连通；

水槽200包括：位于中间的盐淡水混合实验水槽210，盐淡水混合实验水槽210的末端设有一体成型的回转段211，盐淡水混合实验水槽210前端设有尾门前池220，盐淡水混合实验水槽210前端下方(下层)设有撇水集水池230、回水池240、标准盐水池250和配盐池260，盐淡水混合实验水槽210中部下方设有混合水储存池270，混合水储存池270左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室290，盐淡水混合实验水槽210的末端下方设有清水池280；

尾门前池220与盐淡水混合实验水槽210直接连通，尾门前池220通过输送管道300与撇水集水池230相连通，撇水集水池230通过输送管道300与混合水储存池270相连通，尾门前池220通过尾门溢流与回水池240相连通，回水池240、配盐池260及标准盐水池250通过输送管道300依次连通，清水池280通过输送管道300与配盐池260相连通，清水池280与盐淡水混合实验水槽210的回转段211之间设有带电动调节蝶阀1和电磁流量计2的双向轴流泵10且通过双向轴流泵10相连通；浓盐水池130通过输送管道300与配盐池260相连通，盐淡水分离处理***140通过输送管道300与清水池280相连通，混合水储存池270通过输送管道300与待处理盐水池120相连通；此外，清洗水箱60、浓盐水池130、标准盐水池250、配盐池260、混合水储存池270、清水池280分别通过输送管道300与市政管网70及安装有水表81的水表井80相连通。本发明水槽试验主要对部分混合型和分层型的盐淡水混合方式进行研究，采用潮位、流量自动控制***能精确模拟潮位及涨落潮流速过程和恒定径流量，自主研发的采样***能实现同步、多断面、多层的盐水取样，应用膜分离技术对试验混合水进行回收再利用符合环境保护要求；其中，盐淡水混合实验水槽210经过反复调试，采用控制下边界潮位过程和盐度、上边界径流和潮流量过程，水槽试验实现了河口段潮位、涨落潮流和盐淡水混合过程的模拟，通过水槽试验观测数据分析可得出盐淡水混合物理机制和盐度扩散输移规律的相关研究成果，本试验中通过盐水膜处理技术，达到了盐水循环利用、盐水零排放的环保要求。

重复性试验表明，本发明盐淡水混合实验水槽210实现了部分混合型和分层型混合型式的模拟，确保试验数据采集能在准稳态下进行，试验数据具有准确性和可重复性，可用于河口盐淡水混合物理机制等基础研究。

进一步改进地，如图1和图2所示：输送管道300包含有：潜水泵3及带球阀4和玻璃转子流量计5的管道9，闸门8(直柄手推式螺杆启闭机)，带电动调节蝶阀1、电磁流量计2及手动球阀6的管道9，以及液下泵7。

具体地，所述试验工艺流程包括：水槽盐水进水工艺，水槽清水进水工艺及盐水处理工艺。

其中，所述水槽盐水进水工艺包括：

(1)首次盐水配制在标准盐水池250进行，根据设计的配合比加清水(市政供水)和工业盐，浓度计监测达到设计浓度，同时在浓盐水池130配制一部分浓盐水以便补水用，下次试验时可以直接将处理后存在浓盐水池130的浓盐水通过潜水泵3抽至配盐池260，同时从清水池280通过潜水泵3抽取清水至配盐池260，来调制标准盐水；

(2)采用液下泵7将标准盐水抽至尾门前池220，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；

(3)其通过配套使用的电脑软件输入水位过程线，自动调整尾门开度控制标准盐水进水水位线，门顶溢流的水流入回水池240，从而控制水槽210中水位升降；

(4)开启回水池240与配盐池260之间的闸门，回水进入配盐池260，监测回水浓度，通过浓盐水池130潜水泵3补充盐水，通过清水池280的潜水泵3补充清水，重新调制以达到标准盐水试验浓度；

(5)开启配盐池260与标准盐水池250之间的闸门，重新调制后标准盐水进入标准盐水池250，再抽至前池，反复循环；

(6)试验过程中需要撇去尾门前池220表面低盐度混合水，需通过撇水装置，撇至撇水集水池230，再通过潜水泵3将撇水抽至混合水存储池270。

其中，所述水槽清水进水工艺包括：

(1)可通过双向轴流泵10从清水池280取水至槽尾，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；或通过清水池280潜水泵3从清水池280取水至槽尾，调节阀门以达到设计流量；

(2)清水池280首次进水采用市政供水，下次试验可直接采用盐水处理设备过滤分离的清水。

其中，所述盐水处理工艺包括：

(1)试验完成后将标准盐水池250、尾门前池220、回水池240、撇水集水池230中的盐水通过潜水泵3抽至混合水存储池270；

(2)将混合水存储池270的盐水通过潜水泵3抽至待处理盐水池120；

(3)盐水处理装置从待处理盐水池120取盐水，过滤分离后达标排放的清水回至清水池280，浓盐水最后回至浓盐水池130；盐水处理装置***进水量为5t/h，浓缩4～5倍，首次浓缩后的浓盐水排至混合水存储池270或待处理盐水池120，反复多次浓缩，以提高回收的浓盐水浓度；

(4)潜水泵3的进水流量须通过待处理盐水池120的液位计来控制，以保证盐水处理装置能连续运行。

此外，盐淡水混合水槽及试验工艺还包括：

(1)水槽布置及试验控制技术

1)采用翻板式尾门控制水位并模拟潮位涨落：盐水槽槽首与模拟潮汐的尾门前池220连接，尾门前池220出口布置尾门，潮位通过翻板式尾门结合无线测控技术进行远程精准控制，尾门由变频交流电机驱动，变频技术具有控制灵敏、运行平稳、故障率低等优点，使控制潮型与给定值之间绝对误差平均缩小到1mm以内。

2)撇除表层低盐度混合水提高盐度调控的效率：试验过程中上游淡水易混入下游尾门前池220，导致池中盐度降低，采用实时监控盐度并保持盐度不变的方法较难实行，且效率不高。本水槽采用滗水装置撇除尾门前池220的表层低盐度混合水，通过撇水集水池230存放撇除的混合水，防止低盐度水大量进入回水池240，同时也有助于尾门前池220中水体盐度保持恒定，如此可减少盐水调控的频率，提高工作效率。

3)采用双向轴流泵10控制槽中水流双向流动并模拟往复潮流：槽尾接双向轴流泵10控制潮流流量，通过电磁流量计2反馈控制边界潮流流量可实现完全的闭环控制，且误差很小，工作性能稳定，试验重复性较好，这对于要求长时间不间断运行的试验来说尤其重要；双向轴流泵10控制上游边界流量，并结合下边界潮位控制，槽中往复潮流流速可达到20cm/s左右；上游布置清水进水管路结合玻璃转子流量计5供给淡水模拟径流，径流量可达12m³/h，按照径潮比计算足以模拟盐淡水的不同混合型式。

4)水槽尺寸通过专业性的设计拓展了盐淡水混合问题的研究范围：盐淡水混合试验水槽210的长度需大于盐水入侵距离，不致下游盐水混入上游清水池280，深度则需要满足潮位变化、盐淡水混合充分发展的需要；结合场地条件，确定以下尺寸及标高，盐水槽总长度为167.8m，水槽净宽度0.5m，深度0.5m。

5)多个水库联合运作是实现本试验目标的重要技术：本试验用水量大，水质复杂，盐度控制要求高，盐水和淡水需完成调配、输送、循环、回收等一系列过程；水库由标准盐水池250、尾门前池220、撇水集水池230、配盐池260、回水池240、混合水存储池270、浓盐水池130、待处理盐水池120等盐水水库与清水池280组成，各水库相互独立又可通过潜水泵联通，提高试验精度与效率。

6)设置观测室及闸板用于改进试验工艺：盐水槽在距槽首(与尾门前池220接口处)50m与106m处各设一个长4m的槽底观测室290，局部采用玻璃槽底，其余槽底采用瓷砖底板。在距槽首0m、30m、60m、86m和112m处各设一道闸板，用于截断槽内流体，在试验预备和结束期间闸板分隔不同盐分水体并分流到不同水库，以便盐水处理。

(2)潮汐控制***与水流消能

盐淡水混合试验水槽控制***基于Windows平台开发，具有动态图形界面，具备直观、操作简便等优点；***运行时，仪器设备的工况与状态、控制误差的统计与反馈、测量数据的采集与处理以及其它控制采集信息都可以直接反映在监视器上，实现了模型控制与数据处理的一体化过程，通过友好的动态汉化图示界面，为试验者提供直观、简便的操作向导和丰富快捷的处理软件。

水槽窄而长，控制潮位涨落和往复潮流过程中易引起槽中水流回荡，可以在上边界附近布置花墙消能，减弱水流波动回荡。花墙布设于双侧混凝土槽壁段，由21块混凝土砖搭建。

(3)试验数据测量与采集

试验采用的水位仪、流速仪等量测仪器均在仪器仪表上实现了数字化信号的转换和传输；水位计可采用无线采集通讯线路与主控室计算机相连，即可下达指令和采集数据，不仅可以节约大量电缆等材料，而且运行的故障率低，检查和维护都十分方便。

本试验采用了三种流速仪，分别能测量一维、二维、三维流速。一维流速的测量采用微型光电旋桨式流速仪，旋桨反射的脉冲信号，经前置放大器放大后，传送至数据采集***，转换成十进制数据显示及存储；三维流速的测量采用小威龙II代流速仪测量，每台可以同步测量X、Y、Z流速大小，精度达到0.1cm/s；二维流速的测量采用多普勒流速仪，每秒可测取一个流速；三维流速的测量采用小威龙II代流速仪，每台可以同步测量X、Y、Z流速大小，精度达到0.1cm/s，0.005秒可采集一个流速。

盐度观测采用电导率仪和采样装置配合进行。电导率仪可连接电脑实时测量盐度，每秒读取一个电导率并自动记录。盐水采样装置由紫铜管、硅胶管、微型水泵、试样瓶等部件组成，可通过手动控制总开关，实现同步、多断面、多层采样。通过将每根采样管的单独分层采样数据与多根采样管的同步多层采样数据进行比较，结果表明七根采样管的多层布置形式对盐度垂向分布的影响很小。

具体的试验仪器及材料如表1.1所示。

表1.1水槽运行设备

表1.2试验量测设备

表1.3试验材料

名称	数量	参数	用途
				工业盐	5吨		盐水配制
胭脂红		食用色素	示踪剂

本次试验的输入条件主要为潮汐过程线和流量过程线，控制***可按照给定的条件自动控制水位与流量，试验数据测量区间在距口门(玻璃水槽段入口)0～140m的范围内。

取样测盐：仪器采用自制取样装置和电导率仪；测盐断面为10m、20m、30m、50m、70m、90m；断面采用六点法取样，即表面、0.2h、0.4h、0.6h、0.8h、底部测盐；每1min取一次水样，试验结束后测量所有样品的电导率，并换算成盐度。换算关系根据试验清水与工业盐的多种配比实际测得，盐度表示1000g溶液中溶解物的克数，为无量纲数。

盐水楔沿程高度：在水槽外壁贴上标尺，记录10m、30m、50m、70m处的楔体高度变化，人工每30秒记录一次数据。

摄像记录：试验采用高清摄像机在30m和70m处对盐淡水混合过程进行全周期摄录，采用单反相机对试验现象进行拍摄。

进入准稳态所需潮周期：为确保盐度和流速分布的周期性变化，在盐度和流速的观测前，必须等待盐淡水混合进入准稳定状态。本次采用胭脂红食用色素进行示踪试验，探查需经过多少个潮周期，示踪剂的混合才能稳定在一个固定区间。

(4)模拟盐淡水混合的输入条件及实验效果

1)盐度：试验模拟需结合实际河口进行，盐度条件需按照1：1的比尺设计。由于试验水槽具有顺直、平缓的特点，另外为了研究盐淡水交界面随潮汐的变化特征，故选取长江口北槽的中上段为原型区段，盐水锋面基本位于这一区段。根据水文测验资料，南港及圆圆沙段含盐度基本在3以下，北槽上段在3～7之间；而北槽中下段盐度值基本在7～12范围内。据此，水槽试验的盐度初始条件设置为10左右，以水槽入口的平均盐度为准进行盐水的配置。

为成功模拟高度分层型的混合方式，可适当增加初始盐度，从而保证盐淡水分层在潮流往复作用下能保持较稳定的形态。

2)潮差：为研究潮汐对盐淡水混合的影响，结合模型尾门的构造条件，试验选取的两种潮差为4cm和2cm，分别对应大、小潮组次，潮位过程线采用正弦曲线，潮汐周期设置为12min；以长江口北槽CSW测点以上河段为原型，假设原型与模型的长度比尺为750，垂直比尺150，流速比尺为12.25；长江口北槽的最大流速可达2.5m/s左右，按流速比尺计算，试验水槽中的最大流速需达到20cm/s；通过调试，大潮时水槽中最大流速可达20～25cm/s，小潮时最大流速可达10～15cm/s，满足试验要求。

为真实反映潮流的往复流动性质和水位的周期变化，试验运行需满足以下要求：在无径流条件下，一个潮汐周期中通过某一断面的净潮量近似为0；水槽长而窄，潮波反射易引起水流回荡和潮位异常波动，需消除因此造成的试验误差。

经过设备调试和采用消能措施，模型实测潮位、流量过程线与设计值拟合较好，未出现大范围波动。

3)径流量：试验为模拟部分混合型和高度分层型的混合型式，需根据盐淡水混合的判定指标来设置径流量；为研究不同径流强度对河口分层与盐水入侵的影响，需设置径流量不同的多个试验组次。

判定盐淡水混合状态的方法有许多，普遍采用的方法是根据混合指数和径潮比来判断，Simmons的混合指数如下：

混合指数M表示在一个潮周期内注入河口海域的径流量R和潮棱体Q之比，即当M≥1时，河口为高度分层型，当M约为0.1时为部分混合型，当M数量级为10^-2时为充分混合型。

同样采用径潮比进行判断的方法还有以下算式：式中∑Qr＝Qr·T；Qr为涨潮期内径流的平均流量；T为涨潮历时；∑Qr为涨潮量。当n>0.7时，河口属高度分层型；当n＝0.2～0.5时，属部分混合型；当n<0.1时，属充分混合型；长江口n值约为0.18，属部分混合型；钱塘江的n值约为0.005，属充分混合型。

试验通过计算径潮比的方法设置径流量，河口盐淡水缓混合状态对应的径潮比在0.2～0.5左右，结合水槽的涨潮量即可计算所需径流量，并依此在上游通过流量计设置径流；通过计算与试验验证，径流量设置成0(无径流)、3m³/h(部分混合型)、11m³/h(高度分层型)可以满足不同的试验需要。

4)水深：以往文献将高度分层型河口分为两类，一类是盐水楔型河口(如Mississippi Estuary、Vellar Estuary)，另一类是峡湾型河口(如Silver Bay、AlberniInlet)；这两种河口相同点在于都会形成明显的盐淡水分层现象，不同点在于河道宽深比的差异；峡湾型河口表现为槽谷的形态，深度较大，宽深比较小。因此，研究水深或宽深比对盐淡水分层结构的影响具有重要意义。为研究水深对河口盐淡水混合的影响，试验分别在35cm和28cm两种平均水深下进行。平均水深指的是潮汐周期的水深平均值，通过改变尾门挡板高度进行控制。

根据上述水动力及盐度条件，采用本发明的水槽及试验工艺开展了水槽试验，试验工况及流程如图3和图4所示。试验模拟结果表明(水槽中流速、盐度分布剖面如图5所示)：1)水槽中水流表现出明显的潮汐往复流特征，尾门前池水位升高(涨潮)时，槽中水位同时升高，流速方向从水槽前端(下游)指向末端(上游)；尾门前池水位降低(落潮)时，槽中水位同时降低，流速方向从水槽末端指向前端。2)潮汐往复流作用下，水槽中盐淡水混合表现出明显的区段特征，第一区段(原型河口靠近外海，水槽中0～15m区间)，盐淡水充分混合特征较明显；第二区段(原型河口中下游，水槽中15～70m区间)部分混合特征显著，为部分混合型河口的主要特征；第三区段(原型河口上游，水槽中70～120m区间)，盐淡水分层形态主要表现为高度分层型的特征。这三个区段的分布范围随涨落潮有所变化，但在顺序上保持一致。从实验效果看，本发明的水槽及试验工艺可通过改变潮差、潮位过程线、径流量、水深等输入条件，实现河口潮汐往复流作用下盐淡水部分混合型和高度分层型混合型式的模拟。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种模拟盐淡水混合的水槽，其特征在于：包括：配合使用的配盐室（100）和水槽（200），所述配盐室（100）内设有堆盐区（110）、待处理盐水池（120）、浓盐水池（130）及盐淡水分离处理***（140），所述堆盐区（110）用于存放试验用工业盐并通过人工输运方式向浓盐水池（130）供给盐分，所述待处理盐水池（120）通过输送管道（300）与所述浓盐水池（130）及盐淡水分离处理***（140）相连通，所述盐淡水分离处理***（140）通过输送管道（300）与浓盐水池（130）相连通；

所述水槽（200）包括：位于中间的盐淡水混合实验水槽（210），所述盐淡水混合实验水槽（210）的末端设有一体成型的回转段（211），所述盐淡水混合实验水槽（210）前端设有尾门前池（220），盐淡水混合实验水槽（210）前端下方设有撇水集水池（230）、回水池（240）、标准盐水池（250）和配盐池（260），盐淡水混合实验水槽（210）中部下方设有混合水储存池（270），盐淡水混合实验水槽（210）的末端下方设有清水池（280）；

所述尾门前池（220）与所述盐淡水混合实验水槽（210）直接连通，尾门前池（220）通过输送管道（300）与撇水集水池（230）相连通，所述撇水集水池（230）通过输送管道（300）与所述混合水储存池（270）相连通，所述尾门前池（220）通过尾门溢流与回水池（240）相连通，所述回水池（240）、配盐池（260）及标准盐水池（250）通过输送管道（300）依次连通，所述清水池（280）通过输送管道（300）与所述配盐池（260）相连通，所述清水池（280）与所述盐淡水混合实验水槽（210）的回转段（211）之间设有带电动调节蝶阀（1）和电磁流量计（2）的双向轴流泵（10）且通过双向轴流泵（10）相连通；

所述浓盐水池（130）通过输送管道（300）与所述配盐池（260）相连通，所述盐淡水分离处理***（140）通过输送管道（300）与所述清水池（280）相连通，所述混合水储存池（270）通过输送管道（300）与所述待处理盐水池（120）相连通；

所述模拟盐淡水混合的水槽还包括配合使用的控制箱（20）、两组预处理装置（30）、超滤水箱（40）、两组加药装置（50）及清洗水箱（60）；

所述清洗水箱（60）、浓盐水池（130）、标准盐水池（250）、配盐池（260）、混合水储存池（270）、清水池（280）分别通过所述输送管道（300）与市政管网（70）及安装有水表（81）的水表井（80）相连通；

所述混合水储存池（270）左右两侧分别设有可供实验人员进入的槽底观察室（290）；

所述输送管道（300）包含有：潜水泵（3）及带球阀（4）和玻璃转子流量计（5）的管道（9），闸门（8），带电动调节蝶阀（1）、电磁流量计（2）及手动球阀（6）的管道（9），以及液下泵（7）。

2.根据权利要求1所述一种模拟盐淡水混合的水槽，其特征在于：基于该水槽的试验工艺流程包括：水槽盐水进水工艺，水槽清水进水工艺及盐水处理工艺。

3.根据权利要求2所述一种模拟盐淡水混合的水槽，其特征在于：所述水槽盐水进水工艺包括：

（1）首次盐水配制在标准盐水池进行，根据设计的配合比加清水和工业盐，浓度计监测达到设计浓度，同时在浓盐水池配制一部分浓盐水以便补水用，下次试验时可以直接将处理后存在浓盐水池的浓盐水通过潜水泵抽至配盐池，同时从清水池通过潜水泵抽取清水至配盐池，来调制标准盐水；

（2）采用液下泵将标准盐水抽至前池，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；

（3）其通过配套使用的电脑软件输入水位过程线，自动调整尾门开度控制标准盐水进水水位线，门顶溢流的水流入回水池，从而控制水槽中水位升降；

（4）开启回水池与配盐池之间的闸门，回水进入配盐池，监测回水浓度，通过浓盐水池潜水泵补充盐水，通过清水池的潜水泵补充清水，重新调制以达到标准盐水试验浓度；

（5）开启配盐池与标准盐水池之间的闸门，重新调制后标准盐水进入标准盐水池，再抽至前池，反复循环；

（6）试验过程中需要撇去尾门前池表层低盐度混合水，需通过撇水装置，撇至撇水集水池，再通过潜水泵将撇水抽至混合水存储池。

4.根据权利要求2所述一种模拟盐淡水混合的水槽，其特征在于：所述水槽清水进水工艺包括：

（1）可通过双向轴流泵从清水池取水至槽尾，通过变频控制和阀门调节以达到设计流量；或通过清水池潜水泵从清水池取水至槽尾，调节阀门以达到设计流量；

（2）清水池首次进水采用市政供水，下次试验可直接采用盐水处理设备过滤分离的清水。

5.根据权利要求2所述一种模拟盐淡水混合的水槽，其特征在于：所述盐水处理工艺包括：

（1）试验完成后将标准盐水池、尾门前池、回水池、撇水集水池中的盐水通过潜水泵抽至混合水存储池；

（2）将混合水存储池的盐水通过潜水泵抽至待处理盐水池；

（3）盐水处理装置从待处理盐水池取盐水，过滤分离后达标排放的清水回至清水池，浓盐水最后回至浓盐水池；盐水处理装置***进水量为5t/h，浓缩4~5倍，首次浓缩后的浓盐水排至混合水存储池或待处理盐水池,反复多次浓缩，以提高回收的浓盐水浓度；

（4）潜水泵的进水流量须通过待处理盐水池的液位计来控制，以保证盐水处理装置能连续运行。

Images