潮汐作用下鹽水入侵的實(shí)驗(yàn)：平板示蹤裝置系統(tǒng)及操作方法

金光球， 謝天云， KUAN Woei-keong， 沈城吉， 李夢迪， 李 凌1a，(1.河海大學(xué) a. 水文水資源及水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 水利水電學(xué)院,江蘇 南京 10098； . Faculty of Civil Engineering, Universiti Teknologi MARA, Pulau Pinang, Malaysia； . National Centre for Groundwater Research and Training, School of Civil Engineering, the University of Queensland, St. Lucia, Queensland, Australia)

?

潮汐作用下鹽水入侵的實(shí)驗(yàn)：平板示蹤裝置系統(tǒng)及操作方法

金光球1a，b， 謝天云1a，b， KUAN Woei-keong2， 沈城吉3， 李夢迪1a，b， 李 凌1a，3
(1.河海大學(xué) a. 水文水資源及水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098； 2. Faculty of Civil Engineering, Universiti Teknologi MARA, Pulau Pinang, Malaysia； 3. National Centre for Groundwater Research and Training, School of Civil Engineering, the University of Queensland, St. Lucia, Queensland, Australia)

通過設(shè)計(jì)一套室內(nèi)平板示蹤裝置系統(tǒng)和操作方法，突破了傳統(tǒng)裝置系統(tǒng)忽略或簡化淡水流量、潮汐等條件的局限，將這些因素加以考慮和控制，并利用設(shè)計(jì)的拍照和照明系統(tǒng)做到了實(shí)驗(yàn)實(shí)時監(jiān)控，從而較好地模擬出不同條件下海岸帶鹽水入侵、海岸水庫脫鹽和鹽水入侵的過程。整套實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)條件易于控制，從而保證了實(shí)驗(yàn)過程的連貫和有效。通過對照實(shí)驗(yàn)照片數(shù)據(jù)的分析，得到了地下水-海水的交換過程和海水入侵的相關(guān)影響因素，對于潮汐影響下的鹽水入侵機(jī)理給出了較好的揭示。

潮汐； 鹽水入侵； 污染物運(yùn)移； 平板示蹤； 實(shí)驗(yàn)裝置

0 引 言

防治鹽水入侵首先要了解鹽水入侵的機(jī)理及其方式[1]。入侵機(jī)理研究受限于復(fù)雜的地質(zhì)條件和昂貴的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)[2]，多停留在理論模型和相對應(yīng)的數(shù)值模型基礎(chǔ)上[3]，但是相關(guān)研究受限于現(xiàn)有階段的理論認(rèn)識，計(jì)算模型的設(shè)置和計(jì)算方法的精度等因素并非盡善盡美，需要和室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)、野外監(jiān)測實(shí)驗(yàn)等手段相結(jié)合，從而得到符合實(shí)際情況的結(jié)果，進(jìn)而校驗(yàn)數(shù)學(xué)模型。尤其是拓展到三維、大尺度、多因素影響下的情況，理論和數(shù)值模擬方法距離實(shí)際運(yùn)用還有很長的路要走，而物理模型則體現(xiàn)出其不可替代的優(yōu)勢，因此找到一個合適的、高效的、節(jié)省經(jīng)費(fèi)的物理模擬方法成為當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)于室內(nèi)鹽水入侵實(shí)驗(yàn)，國內(nèi)外很多研究學(xué)者開展了一定的相關(guān)研究。Rumer等[4]用不同介質(zhì)，設(shè)置淡水流量為0，用長150 cm、高60 cm、寬15.2 cm的實(shí)驗(yàn)裝置得出了海水入侵的移動速率；Bear等[5-6]通過室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果檢驗(yàn)了突變界面理論假設(shè)的入侵界面解析解；劉曉紅[7]模擬了不同鹽水濃度、不同海陸界面水位差和不同滲透系數(shù)含水介質(zhì)條件下的海水入侵，并通過擬合入侵距離L和時間t之間的關(guān)系得到了入侵速度經(jīng)驗(yàn)公式，分析得到了影響入侵速度的因素；何麗[8]則結(jié)合工程實(shí)際，模擬了有無地下壩和地下壩不同滲透系數(shù)情況下對于海水入侵的影響，得出當(dāng)?shù)叵聣螡B透系數(shù)達(dá)到10-6cm/s這個數(shù)量級或以上時，地下壩能有效控制海水入侵；以上研究主要開展是把海洋作為靜水頭，未考慮海洋的關(guān)鍵動力——潮汐的影響。張奇[9]則區(qū)別于傳統(tǒng)抽取測含水率的方式，對著色海水圖片進(jìn)行光學(xué)處理，并與光學(xué)密度和標(biāo)準(zhǔn)溶質(zhì)濃度的率定關(guān)系表進(jìn)行對照，得出不同區(qū)域的海水入侵溶質(zhì)濃度分布，并且研究了在水位隨時間線性變化的潮汐作用下斜坡邊界和垂直邊界下的海水入侵情況，但對于潮汐作用的研究考慮較為簡單，把潮汐簡化為線性關(guān)系，與實(shí)際的潮汐差別較大。

本文建立了一種非線性潮汐作用下鹽水入侵的平板示蹤模擬裝置系統(tǒng)[10]；給出了潮汐作用下鹽水入侵和污染物遷移的平板示蹤模擬方法。通過該系統(tǒng)能夠直觀地看到潮汐作用下鹽水入侵和污染物遷移示蹤的全過程，從而達(dá)到深入探究鹽水入侵和污染物遷移機(jī)理的目的。

1 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)

1.1 平板水槽系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，主要包括平板水槽、潮波生成器、鹽水箱、淡水箱。平板水槽沿長度方向依次設(shè)置為淡水區(qū)、泥沙區(qū)和鹽水區(qū)。淡水箱通過軟管與淡水區(qū)連接，并通過流量計(jì)裝置將淡水按需要穩(wěn)定注入到淡水區(qū)；泥沙區(qū)按所設(shè)條件填充石英砂，并在水槽背面設(shè)置5排取樣孔，各排水平間距50 cm、垂向間距10 cm，用以抽測孔隙水；4排測壓管，各排水平間距40 cm、垂向間距10 cm，用于監(jiān)測海岸帶地表—地下水動力過程；鹽水箱通過軟管與鹽水區(qū)連接，并通過潮波生成器傳動裝置循環(huán)交換補(bǔ)充到鹽水區(qū)，作為海水源；3個區(qū)域通過濾網(wǎng)和透水插板隔開，既保證水平順通過又保證沙不漏出。潮波生成器是一個潮波生成裝置，可以產(chǎn)生潮波水位高度Y和時間t之間呈近似正弦關(guān)系的潮波信號。圖2所示為一組實(shí)驗(yàn)中抽測潮波信號和標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線的對比，其中曲線1、2、3分別為選取實(shí)驗(yàn)初期、中期、后期的某一時間進(jìn)行1個周期的監(jiān)測所獲得的潮波信號曲線；以曲線1為例，監(jiān)測周期的開始時刻為0時刻，每隔3 s記錄此刻的時間為橫坐標(biāo)，此刻的潮波位置為縱坐標(biāo)，直至周期結(jié)束，從而獲取一系列曲線數(shù)據(jù)值；同理可獲得曲線2、3。將上述三者的潮波位置求取平均值，即為曲線4，其目的在于避免偶然和觀測誤差；曲線5為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，Y—t間的關(guān)系式為

(a)水槽平面

圖2 潮波生成器產(chǎn)生的實(shí)際潮波信號與標(biāo)準(zhǔn)正弦信號對比示意圖

式中：Ms為平均海水位；AT為振幅；T為周期；φ為相位角。

對于圖2所示實(shí)驗(yàn)，參數(shù)具體數(shù)據(jù)如下：Ms=42.4 cm，AT=6.8 cm，T=60 s，φ=-π/2。由圖2可知，幾次抽測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線非常接近，信號較為穩(wěn)定可靠，能較好地模擬潮汐條件。

潛水泵置于鹽水箱中，并通過管子和鹽水區(qū)相連，通過不斷抽取高濃度的鹽水，保證鹽水區(qū)的濃度基本一致，避免海水鹽度過度分層問題。

此裝置主要用于研究含水層橫向及垂直海岸線方向的流動和溶質(zhì)運(yùn)移過程，在不考慮沿海岸線方向流動的基礎(chǔ)上將模型簡化為二維模型。為便于二維研究，忽略泥沙在厚度方面受到入侵的影響，因此所述平板水槽的厚度設(shè)為2 cm;三維模型則要考慮海岸線方向的流動，因此平板水槽厚度設(shè)為10 cm。裝置在垂直海岸線平面采用有機(jī)玻璃壁面，以突出整個實(shí)驗(yàn)過程的可視化效果，并采用角鋼固定防止變形；裝置左側(cè)(內(nèi)陸方向)采用淡水箱和流量計(jì)連接，在實(shí)驗(yàn)中控制固定流量的淡水輸入，用來描述固定淡水流量邊界，并可使淡水出流量免受潮汐作用影響；裝置右側(cè)(海向邊界)設(shè)置1個100 L鹽水箱作為鹽水源通過水泵進(jìn)行循環(huán)交換。

水槽同時可以模擬室內(nèi)海岸水庫鹽水入侵和脫鹽實(shí)驗(yàn)，旨在研究并解決海岸水庫在建庫和水庫運(yùn)行中遇到的底泥鹽分釋放[11]及水庫水體泛咸[12]問題，水槽設(shè)置方式與上述相似，主要區(qū)別在于為更好模擬海岸水庫和防滲墻條件，在泥沙區(qū)加入石英砂后，需在實(shí)驗(yàn)所設(shè)定位置插入充氣式可移動擋水裝置[13]，并對擋水裝置進(jìn)行充氣使其在水槽中固定并起到阻水效果，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后放氣，將擋水板取出從而方便實(shí)驗(yàn)的重新設(shè)置和反復(fù)利用。

1.2 拍照監(jiān)測系統(tǒng)

模擬全程主要通過實(shí)時不間斷拍照，記錄混合顏色示蹤劑的運(yùn)移來模擬整個鹽水入侵及污染物云團(tuán)的運(yùn)移過程，故需要設(shè)計(jì)拍照和照明系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)見圖1(b)，平板示蹤模擬裝置設(shè)置在光線封閉的空間中，主要包括拍照、照明系統(tǒng)和白色背景帷幕。

拍照系統(tǒng)設(shè)置在所述平板水槽裝置的正前方，用于拍攝實(shí)驗(yàn)過程和記錄結(jié)果。具體設(shè)置方式為采用兩個同品牌同款式的相機(jī)，分別設(shè)置在距離平板水槽裝置相同距離、相同角度處，為保證取景完全和方便對照，兩相機(jī)的取景范圍設(shè)有1/3重疊；此外，為避免相機(jī)影子在水槽中顯現(xiàn)，影響拍攝效果，在相機(jī)放置處設(shè)置了黑色帷幕，并僅使相機(jī)鏡頭從黑色帷幕中探出。

照明系統(tǒng)設(shè)置在光線封閉的空間中，用于提供光源，具體設(shè)置方式為封閉實(shí)驗(yàn)室門窗，阻止室外光(特別是太陽光)的照射，采用兩排照明燈，前排5個節(jié)能燈，后排2個聚能燈，在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行穩(wěn)定不間斷地照明，減少或避免晝夜光線變化引起的拍照色差。

白色背景帷幕設(shè)置在平板水槽裝置的正后方作為拍攝環(huán)境背景色，目的在于避免拍攝到實(shí)驗(yàn)室中其他環(huán)境背景。

此外，為監(jiān)測泥沙區(qū)不同位置的孔隙水實(shí)時壓力情況，在水槽背面同一水平高度處設(shè)置兩臺同型號的數(shù)碼相機(jī)，用于拍攝測壓管的水位變化，將此拍攝視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析即可獲得孔隙水壓力變化。

2 實(shí)驗(yàn)裝置基本操作步驟

2.1 鹽水入侵平板示蹤模擬

本實(shí)驗(yàn)裝置可以用來模擬潮汐作用下的鹽水入侵平板示蹤模擬。

(1) 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備。

①尋找合適的示蹤劑。所選示蹤劑在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)不與泥沙發(fā)生吸附，不影響NaCl的鹽度監(jiān)測，并和NaCl運(yùn)移保持同步，經(jīng)過吸附測試，實(shí)驗(yàn)選取一定配合比的食用色素FD&C red 40 和NaCl溶液；

②確定實(shí)驗(yàn)參數(shù)。包括含水介質(zhì)的滲透系數(shù)、縱向彌散度和孔隙度；

③配置鹽水備用溶液。按一定的配合比配制好FD&C red 40 和NaCl溶液后作為鹽水裝入鹽水箱中。

(2) 實(shí)驗(yàn)步驟。

①填砂。關(guān)閉淡水箱及鹽水箱水閥，在水槽泥沙區(qū)中加入去離子水和選定粒徑組、經(jīng)粗洗精洗處理后的石英砂[14]，具體操作為每次在去離子水環(huán)境下加砂10 cm高度，并輕拍槽壁使砂沉降。

②開啟淡水箱水閥，調(diào)節(jié)到所需流量；開啟潮波生成器將鹽水箱中的鹽水以潮汐的形態(tài)注入鹽水區(qū)，并開啟潛水泵使鹽水緩慢泵入鹽水區(qū)，避免鹽水過度分層，這是由于系統(tǒng)中有淡水輸入，因此在海水邊界處密度流的作用下，特別是鹽水區(qū)上部水面的鹽度偏低，為更好模擬海洋邊界(海水密度一般比較恒定)，因此在其上部泵入同等初始密度的鹽水。此外，由于淡水輸入會造成鹽水庫的鹽度下降，因此為達(dá)到初始的海水鹽度，需每隔1 h在鹽水庫中添加高濃度的鹽；同時，打開相機(jī)定時拍照，間隔15 s一次，并定時從取樣孔中取樣，抽取孔隙水，稀釋250倍后測量其電導(dǎo)，根據(jù)標(biāo)線換算成濃度。

③在鹽水入侵作用下，鹽水不斷向內(nèi)陸入侵，待鹽水楔變得穩(wěn)定時停止實(shí)驗(yàn)。

2.2 污染物遷移示蹤模擬

該實(shí)驗(yàn)裝置亦可用來模擬污染物遷移示蹤，基本步驟如下：①在去離子水環(huán)境下加入選定粒徑的石英砂，每10 cm進(jìn)行振搗；在鹽水箱和淡水箱中裝入去離子水；②開啟鹽水箱和淡水箱水閥，調(diào)整淡水區(qū)和鹽水區(qū)溢流口的高度，使兩邊的水位有一定的水位差，從而使水槽中水流流態(tài)呈近似均勻流狀態(tài)；③通過平板水槽的注入口向泥沙區(qū)注入帶有顏色的可溶性污染物或膠體，同時開啟相機(jī)定時拍攝污染物遷徙過程；④當(dāng)污染物完全遷移出去時，停止實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)裝置案例分析和評價

此實(shí)驗(yàn)裝置在相關(guān)問題上有很強(qiáng)的應(yīng)用性和操作性，以下給出該裝置已經(jīng)完成的三個實(shí)驗(yàn)，首先對海岸帶鹽水入侵實(shí)驗(yàn)[15]進(jìn)行介紹和分析；然后，在此基礎(chǔ)上利用擋水板加入海岸水庫的條件，進(jìn)行海岸水庫的脫鹽和海水入侵實(shí)驗(yàn)。

3.1 海岸帶鹽水入侵

實(shí)驗(yàn)旨在研究沿海非承壓含水層在潮汐作用下的海水入侵，裝置可做到實(shí)時監(jiān)測，控制條件穩(wěn)定可靠、簡單可行，并考慮和引入了不同潮汐條件的影響，相對以前實(shí)驗(yàn)研究中忽略潮汐作用，或者雖引入潮汐因素但很難調(diào)整和保證信號穩(wěn)定等不足，均有了很大改進(jìn)。

以下選取有無潮汐條件的兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹，相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和設(shè)置條件如表1所示[15]。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)和條件設(shè)置表

圖3 有無潮汐作用下鹽水入侵

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，表明FD&C red 40 和NaCl混合溶液的顏色具有很好的識別度，可通過顏色深淺的比色分析得出鹽水在不同區(qū)域的入侵強(qiáng)弱程度。此外，實(shí)驗(yàn)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)首次模擬出了上高鹽度區(qū)的存在，這是有無潮汐作用的一個顯著區(qū)別，這點(diǎn)也和Robinson等[16]在野外的實(shí)地觀測相符合，很好地證實(shí)了這套實(shí)驗(yàn)裝置的有效性和可行性。此外Robinson[17]還使用數(shù)模軟件SEAWAT-2000對此鹽水入侵問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，很好地驗(yàn)證和分析了上高鹽度區(qū)的存在和產(chǎn)生機(jī)理。

該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了潮汐對于海水入侵的重要影響：潮汐引起海水循環(huán)促進(jìn)了上高鹽度區(qū)，或者叫上鹽水楔的產(chǎn)生，而上高鹽度區(qū)不僅影響海水和地下水的混合，同時會影響到淡水的流通，使淡水通道向下鹽水楔方向偏移，從而抑制下鹽水楔的入侵，可見潮汐對于潮間帶循環(huán)水系統(tǒng)和海水入侵的不可忽略的水動力作用，以往的研究潮汐因素始終是被忽略或簡單處理的。

3.2 海岸水庫脫鹽過程

海岸水庫脫鹽實(shí)驗(yàn)出發(fā)點(diǎn)在于探究海岸帶蓄水水庫建設(shè)初期，灘涂土壤脫鹽淡化的過程，并且試圖找到快速脫鹽的有效途徑，從而為海岸水庫建成初期的盡早使用提供借鑒和指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)初期，在按一定配合比配制的鹽水溶液的控制條件下，加入用所配鹽水洗過的砂，用以模擬海邊被海水侵蝕浸泡的基質(zhì)，在此條件下，控制淡水、海水邊界條件，實(shí)時監(jiān)測脫鹽情況。

以下選取兩張實(shí)驗(yàn)過程中不同時間的示意圖予以說明，如圖4所示。此組實(shí)驗(yàn)控制地下水流量為10 mL/min，潮汐振幅為5 cm，周期為60 s。

注:由于拍攝和相機(jī)設(shè)定問題圖片有一些色差

3.3 海岸水庫鹽水入侵

海岸水庫鹽水入侵實(shí)驗(yàn)出發(fā)點(diǎn)在于探究海岸帶水庫運(yùn)行過程中，不同因素影響下的海水入侵過程，如潮汐振幅、周期、地下水、地表水流量、引水取水等，從而發(fā)現(xiàn)可操縱規(guī)律性，有效指導(dǎo)海岸水庫的正常使用、規(guī)避水庫可能遇到的風(fēng)險。

圖5為潮汐條件相同，地下水流量不同情況下的鹽水入侵穩(wěn)定情況(水庫蓄水水位42.90 cm，平均海水位42.4 cm，振幅A6.8 cm，左側(cè)水頭42.50 cm，周期60 s)。設(shè)置條件見表2所示。

圖5 海岸水庫鹽水入侵實(shí)驗(yàn)

流量/(mL·min-1)穩(wěn)定時的入侵長度L/cm穩(wěn)定時的入侵高度H/cm4242．033．68150．430．8

由圖5可以看出，海水入侵程度與地下水流量大小有關(guān)，地下水流量越小，鹽水入侵程度越深，并且當(dāng)流量小到一定程度時，鹽水可以涌入海岸水庫底部。這一發(fā)現(xiàn)將有助于水庫泛咸問題的研究和解決；此外，不同于海岸帶無海岸水庫的海水入侵問題——潮汐引起海水循環(huán)會出現(xiàn)上高鹽度區(qū)(見圖3)，由于水庫的阻礙，此區(qū)域?qū)p小或消失，這發(fā)現(xiàn)也為以后探究阻止海水入侵海岸水庫的機(jī)理和措施提供了幫助。

4 結(jié) 語

本文提供了一種從室內(nèi)物理模擬角度可行的實(shí)驗(yàn)方法，改進(jìn)了潮汐條件的控制，可以很好地設(shè)定和控制內(nèi)陸淡水流量、潮汐周期和振幅等條件，并且做到了實(shí)時監(jiān)測入侵過程，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況。此外，實(shí)驗(yàn)裝置簡單易用，具有很強(qiáng)的普遍性，可以靈活拓展應(yīng)用到相關(guān)問題中，從而對鹽水入侵問題的客觀規(guī)律有較好的揭示作用；對于濱海鹽沼濕地、地下河口理論豐富和進(jìn)一步揭示也有較好的促進(jìn)作用，對于人類發(fā)展灘涂圍墾、合理修建運(yùn)行海岸水庫有一定的輔助意義。但實(shí)際上鹽水入侵問題所涉及的因素復(fù)雜，而在現(xiàn)有技術(shù)及理論支持下，分析忽略和簡化了很多因素，深入工作需要對研究方法和裝置做出進(jìn)一步改進(jìn)和修正。

[1] 李 響. 及早建立海水入侵預(yù)測預(yù)報(bào)模式[N]. 中國國土資源報(bào)，2013-05-04：3.

[2] 郭占榮，黃奕普. 海水入侵問題研究綜述[J]. 水文，2003，23(3)：10-15，9.

[3] 鄭 丹，王大國，韓 光. 潮汐循環(huán)作用下海水入侵模型的現(xiàn)狀及展望[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(S1)：240-242.

[4] Rumer R R, Harleman D R F. Intruded salt water wedge in porous media[J]. Journal of the Hydraulics Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 1963, 89(HY6): 193-220.

[5] Bear J, Dagon G. Moving interface in coastal aquifers[J]. Journal of Hydraulics division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 1964,90(HY4): 193-216.

[6] Mualem Y, Bear J. The shape of the interface in steady flow in a stratified aquifer[J]. Water Resources Research, 1974,10(6): 1207-1215.

[7] 劉曉紅. 砂土中海水入侵速度的實(shí)驗(yàn)研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2007.

[8] 何 麗. 地下壩防治海水入侵室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D]. 濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2010.

[9] 張 奇. 海水入侵的實(shí)驗(yàn)研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005(4)：43-47.

[10] 金光球，關(guān)偉強(qiáng)，趙忠偉，等. 潮汐作用下鹽水入侵的平板示蹤模擬裝置系統(tǒng)及模擬方法[P]. 中國專利：CN102590469A，2012-07-18.

[11] 張 鵬，姜翠玲，朱立琴，等. 沿海擬建水庫底泥鹽分釋放規(guī)律研究[J].人民黃河，2013(9)：74-75+78.

[12] 岳大偉，高增文，趙全升，等. 海灣水庫突然泛咸的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 水資源保護(hù)，2013(4)： 40-44.

[13] 金光球，謝天云，唐洪武，等. 室內(nèi)模擬海岸水庫堤壩的充氣式擋水裝置及其使用方法[P].中國專利：201410073739.5，2014-2-28

[14] 金光球，鐘小春，丁海波，等. 一種洗沙方法及其專用裝置[P].中國專利：CN102500458A，2012-06-20.

[15] Kuan W K, Jin Guang-qiu, Xin Pei,etal. Tidal influence on seawater intrusion in unconfined coastal aquifers[J]. Water Resources Research,2012,48(2):doi:10.1029/2011wr010678.

[16] Robinson C, Gibbes B, Li Ling. Driving mechanisms for groundwater flow and salt transport in a subterranean estuary[J]. Geophysical Research Letters,2006,33(3):doi:10.1029/2005GL025247.

[17] Robinson C, Li Ling, Barry D A. Effect of tidal forcing on a subterranean estuary[J]. Advances in Water Resources,2007,30(4): 851-865.

Effects of Tide on Salt Intrusion: Experimental Setup and Methods

JINGuang-qiu1a, b，XIETian-yun1a, b，KUANWoei-keong2，SHENCheng-ji3，LIMeng-di1a, b，LILing1a, 3
(1a. Skate Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering; 1b. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Faculty of Civil Engineering, Universiti Teknologi MARA, Pulau Pinang, Malaysia; 3. National Centre for Groundwater Research and Training, School of Civil Engineering, the University of Queensland, St. Lucia, Queensland, Australia)

Coastal zone, as an important area for human beings’ production activities and ecotone, has been affected by severe seawater intrusion and groundwater pollution over the past few years. There is an urgent need to reasonably and effectively address these prominent problems. Through designing a device operation system and relevant experimental methods, factors that have been ignored or simplified in most of previous studies can be considered and controlled, such as tidal oscillation and inland freshwater input. The lighting and photographing systems can realize real-time monitoring of the experimental processes, such as the seawater intrusion in unconfined coastal aquifers and the desalination in coastal reservoirs. The experimental conditions are easy to be controlled to ensure the processes consistently and effectively. Analysis of the experiment photos provides insight into the exchange processes between groundwater and seawater as well as relevant factors that affect such processes, hence the mechanism of seawater intrusion affected by tidal oscillation can be well demonstrated. The research results and findings provide good approaches and ideas for further research and they offer technical support for the solution of problems of the exploitation and utilization of coastal zones and water crisis.

tide; seawater intrusion; contaminant transport; solute tracing; experimental equipment

2014-04-24

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51479069，51279056)；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAB03B03)

金光球(1979-)，男，安徽六安人，教授，主要從事水生態(tài)環(huán)境研究。Tel.:025-83787125；E-mail: jingq@hhu.edu.cn

TV 148+.4

A

1006-7167(2015)02-0057-05