海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统及其模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统及其模拟方法，该模拟系统包括淡水箱、平板水槽、盐水箱、降雨系统、蒸发系统、潮波生成器、潜水泵、模拟海岸水库和测压孔，所述平板水槽沿长度方向依次设置为淡水区、泥沙区和盐水区，淡水区与淡水箱连通，盐水箱与盐水区之间设有潮波生成器，盐水箱通过潜水泵与盐水区连接用于调整盐水区的盐度；所述降雨系统和蒸发系统位于泥沙区上方，在平板水槽背面不同深度设有若干排用以实时监测水槽不同位置压力变化的测压孔，测压孔与测压管连通。本发明专利技术能够在综合考虑复杂动力作用下对海岸水库脱盐/淡化和海水入侵进行实验探究，为海岸水库的建设、运行及管理提供科学指导。

【技术实现步骤摘要】
海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统及其模拟方法
本专利技术涉及一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统及其模拟方法，属于海岸水库实验模拟系统。
技术介绍
随着我国国民经济持续快速发展，水资源短缺问题越来越严重，尤其是沿海平原经济发达地区，过境水(客水)多，淡水资源时空分布不均匀。该地区水资源开发利用主要靠河网调蓄，可调蓄时间短、调蓄水量有限。建设海岸水库是目前在该类地区水资源人工调控的有效方法。探索以海岸水库为重点的沿海地区蓄淡工程，改变目前沿海地区以平原河网调蓄为主的水资源时空配置方式，是解决沿海经济高度发达地区水资源短缺的有效途径。目前国内已经修建了一部分的海岸水库，这些海岸水库的修建缓解了沿海地区缺乏淡水资源的矛盾，起到了良好的自然效益和社会经济效益，但同时存在着一系列问题。主要问题是水库水体盐度如何控制、降低。在复杂动力作用下，盐分输运不同运行时期，表现出不同的效应。主要包括两个方面：主要包括两个方面：(1)海岸水库运行初期——脱盐/淡化；(2)运行过程中，海水入侵问题。研究海岸水库系统此类问题的关键在于如何更好地考虑其受到的诸多动力因素如：降雨、蒸发、河流入库流量、陆源地下水、水库水位和潮汐的影响。从而获得其在复杂动力力作用下海岸水库系统水动力过程，以及盐分输运过程及其效应，进而有效截留过境水和改变沿海平原地区淡水资源时空分布不均的问题。现阶段，对于海岸水库的研究，在数学模型尚不能很好地揭示现象的情况下，借助于室内模型获得直观的结果是海岸水库研究的必然选择。然而，多数实验模型进行了较多简化，主要集中在海岸水库的脱盐/淡化和海水入侵研究的影响因子上和盐分输运机理的定性或部分定量的考虑上，而缺少综合考虑复杂动力作用下，对于海岸水库-地下水-近海之间的地表-地下水动力机制以及盐分的迁移过程及规律的研究。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统及其模拟方法，能够在综合考虑复杂动力作用下对海岸水库脱盐/淡化和海水入侵进行实验探究，为海岸水库的建设、运行及管理提供科学指导。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，包括淡水箱、平板水槽、盐水箱、降雨系统、蒸发系统、潮波生成器、潜水泵、模拟海岸水库和测压孔，所述平板水槽沿长度方向依次设置为淡水区、泥沙区和盐水区，淡水区与淡水箱连通，淡水区设有进水阀门，盐水箱与盐水区之间设有潮波生成器，盐水箱通过潜水泵与盐水区连接用于调整盐水区的盐度，盐水区设有出水阀门；所述降雨系统和蒸发系统位于泥沙区上方，在平板水槽背面不同深度设有若干排用以实时监测水槽不同位置的压力变化的测压孔，测压孔与测压管连通。作为优选，所述降雨系统包括降雨装置和控制器，降雨装置包括若干个降雨喷头，降雨喷头通过管道与水泵连接，水泵通过控制器控制水泵的转速调整水泵的水量。作为优选，所述蒸发系统包含若干个可调亮度的加热灯、温度传感探头、含水率探头和湿度监测装置，在平板水槽不同深度插入若干排温度传感探头和含水率探头，在平板水槽的外部架设有湿度监测装置，所述温度传感探头、含水率探头和湿度监测装置均与控制器连接。作为优选，所述测压管内放置有利用色差快速识别水位的红色浮球，在平板水槽的正前方设有用于拍摄红色浮球的拍照系统，便于快速识别水位。作为优选，泥沙区与盐水区之间设有充气式可移动挡水板。作为优选，所述平板水槽不同深度的泥沙区内设有若干排盐度探头孔，在盐度探头孔内插入实时监测盐度的盐度实时监测探头，盐度实时监测探头与控制器连接。作为优选，所述平板水槽不同深度的泥沙区内设有若干排孔隙水取样孔，用于在实验过程中间断抽取孔隙水，监测孔隙水物质浓度(污染物等)变化。一种上述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：1)配置NaCl和FD&Cred40混合溶液，取出一部分混合溶液清洗石英砂，剩下的混合溶液作为海水装入盐水箱，按所设定砂型在平板水槽泥沙区中加入去离子水和已清洗的石英砂，在加砂前加去离子水，然后加砂，加砂的过程缓慢均匀，注意不要使砂露出液面，且装砂时注意排气保证砂质饱和，检查气泡和砂质均质性；2)打开进水阀门，检查淡水管道中是否存在气泡，若有则须缓慢赶出；3)在实验所设定位置插入挡水板，充气使其固定，即完成了模拟海岸水库的设定；4)调整模拟海岸水库的水位，若高于所设定海岸水库蓄水位高度，则打开盐水区出水阀门放水至所设定高度；若低于设定，则打开进水阀门，补水至所设定高度；5)打开潮波生成器，不打开其与盐水区间的连通阀门，调整潮波振幅、平均海水位、周期；6)打开潮波生成器与盐水区间的连通阀门，将盐水以潮汐的形态注入盐水区中，同时打开盐水箱中的潜水泵向盐水区中泵入高盐度盐水；并在实验过程中每隔一段时间向盐水箱中补加高浓度盐水，使盐水区中盐度近似保持恒定；同时打开淡水箱和淡水区之间的进水阀门，使淡水进入淡水区；7)按照所设定条件，通过控制器控制淡水流量、降雨强度；8)同时，打开拍照系统定时拍照，间隔15s一次，对测压管进行实时拍摄，获取压力信息；利用盐度实时监测探头实时获取测试点的盐度；利用蒸发系统实时监测环境蒸发值；并定时从取样孔中取样；9)淡水区的淡水向泥沙区入侵，盐水楔不断后退，待盐水楔不再后退变得恒定时停止实验。有益效果：本专利技术的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，综合考虑了降雨、蒸发、河流入库流量、陆源地下水、水库水位和潮汐作用等多方面动力影响，并通过安装控制开关、计量装置等方式达到灵活控制及改变这些因素的效果，通过设置拍照、照明系统对实验过程进行实时监测，通过所述充气式可移动不透水挡水板设置模拟海岸水库的条件，从而可以研究在不同条件控制下海岸水库脱盐及海水入侵的机理，为海岸水库的建设、运行及管理提供科学指导。附图说明图1为本专利技术设有降雨系统的装置主视示意图；图2为本专利技术设有蒸发系统的主视示意图；图3为图2的背视结构示意图；图4为本专利技术的空间布置示意图。图中1—淡水箱；2—平板水槽；2-1—淡水区；2-2—泥沙区；2-3—盐水区；3—充气式可移动挡水板；4—降雨系统；5—蒸发系统；6—潮波生成器；7—潜水泵；8—盐水箱；9—海岸水库；10—测压管系统；11—盐度实时监测探头；12—孔隙水取样孔；13—温度传感探头；14—含水率探头；15—外界湿度监测装置；16—拍照系统；17—黑色帷幕；18—照明系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1至图4所示，本专利技术的一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，包括平板水槽2、降雨系统4、蒸发系统、测压管系统10、盐度实时传感系统、潮波生成器6、淡水箱1和盐水箱8、照明系统18、拍照系统16。所述平板水槽2装置在垂直海岸线平面利用正面为有机玻璃壁面，用以使整个实验过程获得良好的可视效果，背面为不锈钢材质钢板，这样既可保证防锈，又可增强装置的整体稳定性，更重要的是可以在钢板上布置测压管10、盐度实时监测探头11、取样孔12等用以监测实验数据。在平板水槽2背面等间距设置有5排取样孔12，每排从上到下等间距设置有10个，用以定时抽测孔隙水盐度。此外，等距设置有2排测压孔，每排从上到下等距排列设置有4个测压孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：包括淡水箱、平板水槽、盐水箱、降雨系统、蒸发系统、潮波生成器、潜水泵和测压孔，所述平板水槽沿长度方向依次设置为淡水区、泥沙区和盐水区，淡水区与淡水箱连通，淡水区设有进水阀门，盐水箱与盐水区之间设有潮波生成器，盐水箱通过潜水泵与盐水区连接用于调整盐水区的盐度，盐水区设有出水阀门；所述降雨系统和蒸发系统位于泥沙区的上方，在平板水槽背面不同深度设有若干排用以实时监测水槽不同位置压力变化的测压孔，测压孔与测压管连通。

【技术特征摘要】
1.一种海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：包括淡水箱、平板水槽、盐水箱、降雨系统、蒸发系统、潮波生成器、潜水泵和测压孔，所述平板水槽沿长度方向依次设置为淡水区、泥沙区和盐水区，淡水区与淡水箱连通，淡水区设有进水阀门，盐水箱与盐水区之间设有潮波生成器，盐水箱通过潜水泵与盐水区连接用于调整盐水区的盐度，盐水区设有出水阀门；所述降雨系统和蒸发系统位于泥沙区的上方，在平板水槽背面不同深度设有若干排用以实时监测水槽不同位置压力变化的测压孔，测压孔与测压管连通；所述降雨系统包括降雨装置和控制器，降雨装置包括若干个降雨喷头，降雨喷头通过管道与水泵连接，水泵通过控制器控制水泵的转速调整水泵的水量。2.根据权利要求1所述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：所述蒸发系统包含若干个可调亮度的加热灯、温度传感探头、含水率探头和湿度监测装置，在平板水槽不同深度插入若干排温度传感探头和含水率探头，在平板水槽的外部架设有湿度监测装置，所述温度传感探头、含水率探头和湿度监测装置均与控制器连接。3.根据权利要求2所述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：所述测压管内放置有利用色差快速识别水位的红色浮球，在平板水槽的正前方设有用于拍摄红色浮球的拍照系统。4.根据权利要求3所述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：所述泥沙区与盐水区之间设有充气式可移动挡水板。5.根据权利要求4所述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征在于：所述平板水槽不同深度的泥沙区内设有若干排盐度探头孔，在盐度探头孔内插入实时监测盐度的盐度实时监测探头，盐度实时监测探头与控制器连接。6.根据权利要求5所述的海岸水库室内脱盐阻咸的实验模拟系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光球，谢天云，唐洪武，沈城吉，齐永正，王钢钢，李梦迪，李凌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32