海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)及其模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)及其模擬方法，屬于海岸水庫實驗模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，水資源短缺問題越來越嚴重，尤其是沿海平原經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，過境水(客水)多，淡水資源時空分布不均勻。該地區(qū)水資源開發(fā)利用主要靠河網(wǎng)調(diào)蓄，可調(diào)蓄時間短、調(diào)蓄水量有限。建設(shè)海岸水庫是目前在該類地區(qū)水資源人工調(diào)控的有效方法。探索以海岸水庫為重點的沿海地區(qū)蓄淡工程，改變目前沿海地區(qū)以平原河網(wǎng)調(diào)蓄為主的水資源時空配置方式，是解決沿海經(jīng)濟高度發(fā)達地區(qū)水資源短缺的有效途徑。
[0003]目前國內(nèi)已經(jīng)修建了一部分的海岸水庫，這些海岸水庫的修建緩解了沿海地區(qū)缺乏淡水資源的矛盾，起到了良好的自然效益和社會經(jīng)濟效益，但同時存在著一系列問題。主要問題是水庫水體鹽度如何控制、降低。在復雜動力作用下，鹽分輸運不同運行時期，表現(xiàn)出不同的效應。主要包括兩個方面:主要包括兩個方面:(I)海岸水庫運行初期一一脫鹽/淡化；(2)運行過程中，海水入侵問題。
[0004]研宄海岸水庫系統(tǒng)此類問題的關(guān)鍵在于如何更好地考慮其受到的諸多動力因素如:降雨、蒸發(fā)、河流入庫流量、陸源地下水、水庫水位和潮汐的影響。從而獲得其在復雜動力力作用下海岸水庫系統(tǒng)水動力過程，以及鹽分輸運過程及其效應，進而有效截留過境水和改變沿海平原地區(qū)淡水資源時空分布不均的問題。
[0005]現(xiàn)階段，對于海岸水庫的研宄，在數(shù)學模型尚不能很好地揭示現(xiàn)象的情況下，借助于室內(nèi)模型獲得直觀的結(jié)果是海岸水庫研宄的必然選擇。然而，多數(shù)實驗模型進行了較多簡化，主要集中在海岸水庫的脫鹽/淡化和海水入侵研宄的影響因子上和鹽分輸運機理的定性或部分定量的考慮上，而缺少綜合考慮復雜動力作用下，對于海岸水庫-地下水-近海之間的地表-地下水動力機制以及鹽分的迀移過程及規(guī)律的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)及其模擬方法，能夠在綜合考慮復雜動力作用下對海岸水庫脫鹽/淡化和海水入侵進行實驗探宄，為海岸水庫的建設(shè)、運行及管理提供科學指導。
[0007]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)，包括淡水箱、平板水槽、鹽水箱、降雨系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、潮波生成器、潛水泵、模擬海岸水庫和測壓孔，所述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)，淡水區(qū)與淡水箱連通，淡水區(qū)設(shè)有進水閥門，鹽水箱與鹽水區(qū)之間設(shè)有潮波生成器，鹽水箱通過潛水泵與鹽水區(qū)連接用于調(diào)整鹽水區(qū)的鹽度，鹽水區(qū)設(shè)有出水閥門；所述降雨系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)位于泥沙區(qū)上方，在平板水槽背面不同深度設(shè)有若干排用以實時監(jiān)測水槽不同位置的壓力變化的測壓孔，測壓孔與測壓管連通。
[0008]作為優(yōu)選，所述降雨系統(tǒng)包括降雨裝置和控制器，降雨裝置包括若干個降雨噴頭，降雨噴頭通過管道與水泵連接，水泵通過控制器控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)整水泵的水量。
[0009]作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)系統(tǒng)包含若干個可調(diào)亮度的加熱燈、溫度傳感探頭、含水率探頭和濕度監(jiān)測裝置，在平板水槽不同深度插入若干排溫度傳感探頭和含水率探頭，在平板水槽的外部架設(shè)有濕度監(jiān)測裝置，所述溫度傳感探頭、含水率探頭和濕度監(jiān)測裝置均與控制器連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述測壓管內(nèi)放置有利用色差快速識別水位的紅色浮球，在平板水槽的正前方設(shè)有用于拍攝紅色浮球的拍照系統(tǒng)，便于快速識別水位。
[0011]作為優(yōu)選，泥沙區(qū)與鹽水區(qū)之間設(shè)有充氣式可移動擋水板。
[0012]作為優(yōu)選，所述平板水槽不同深度的泥沙區(qū)內(nèi)設(shè)有若干排鹽度探頭孔，在鹽度探頭孔內(nèi)插入實時監(jiān)測鹽度的鹽度實時監(jiān)測探頭，鹽度實時監(jiān)測探頭與控制器連接。
[0013]作為優(yōu)選，所述平板水槽不同深度的泥沙區(qū)內(nèi)設(shè)有若干排孔隙水取樣孔，用于在實驗過程中間斷抽取孔隙水，監(jiān)測孔隙水物質(zhì)濃度(污染物等)變化。
[0014]一種上述的海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)的模擬方法，包括以下步驟:
[0015]I)配置NaCl和FD&Cred40混合溶液，取出一部分混合溶液清洗石英砂，剩下的混合溶液作為海水裝入鹽水箱，按所設(shè)定砂型在平板水槽泥沙區(qū)中加入去離子水和已清洗的石英砂，在加砂前加去離子水，然后加砂，加砂的過程緩慢均勻，注意不要使砂露出液面，且裝砂時注意排氣保證砂質(zhì)飽和，檢查氣泡和砂質(zhì)均質(zhì)性；
[0016]2)打開進水閥門，檢查淡水管道中是否存在氣泡，若有則須緩慢趕出；
[0017]3)在實驗所設(shè)定位置插入擋水板，充氣使其固定，即完成了模擬海岸水庫的設(shè)定;
[0018]4)調(diào)整模擬海岸水庫的水位，若高于所設(shè)定海岸水庫蓄水位高度，則打開鹽水區(qū)出水閥門放水至所設(shè)定高度；若低于設(shè)定，則打開進水閥門，補水至所設(shè)定高度；
[0019]5)打開潮波生成器，不打開其與鹽水區(qū)間的連通閥門，調(diào)整潮波振幅、平均海水位、周期；
[0020]6)打開潮波生成器與鹽水區(qū)間的連通閥門，將鹽水以潮汐的形態(tài)注入鹽水區(qū)中，同時打開鹽水箱中的潛水泵向鹽水區(qū)中泵入高鹽度鹽水；并在實驗過程中每隔一段時間向鹽水箱中補加高濃度鹽水，使鹽水區(qū)中鹽度近似保持恒定；同時打開淡水箱和淡水區(qū)之間的進水閥門，使淡水進入淡水區(qū)；
[0021]7)按照所設(shè)定條件，通過控制器控制淡水流量、降雨強度；
[0022]8)同時，打開拍照系統(tǒng)定時拍照，間隔15s—次，對測壓管進行實時拍攝，獲取壓力信息；利用鹽度實時監(jiān)測探頭實時獲取測試點的鹽度；利用蒸發(fā)系統(tǒng)實時監(jiān)測環(huán)境蒸發(fā)值；并定時從取樣孔中取樣；
[0023]9)淡水區(qū)的淡水向泥沙區(qū)入侵，鹽水楔不斷后退，待鹽水楔不再后退變得恒定時停止實驗。
[0024]有益效果:本發(fā)明的海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)，綜合考慮了降雨、蒸發(fā)、河流入庫流量、陸源地下水、水庫水位和潮汐作用等多方面動力影響，并通過安裝控制開關(guān)、計量裝置等方式達到靈活控制及改變這些因素的效果，通過設(shè)置拍照、照明系統(tǒng)對實驗過程進行實時監(jiān)測，通過所述充氣式可移動不透水擋水板設(shè)置模擬海岸水庫的條件，從而可以研宄在不同條件控制下海岸水庫脫鹽及海水入侵的機理，為海岸水庫的建設(shè)、運行及管理提供科學指導。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明設(shè)有降雨系統(tǒng)的裝置主視示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明設(shè)有蒸發(fā)系統(tǒng)的主視示意圖；
[0027]圖3為圖2的背視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明的空間布置示意圖。
[0029]圖中I一淡水箱；2—平板水槽；2-1—淡水區(qū)；2-2—泥沙區(qū)；2_3—鹽水區(qū)；3—充氣式可移動擋水板；4一降雨系統(tǒng)；5—蒸發(fā)系統(tǒng)；6—潮波生成器；7—潛水泵；8—鹽水箱；9一海岸水庫；10—測壓管系統(tǒng)；11 一鹽度實時監(jiān)測探頭；12—孔隙水取樣孔；13—溫度傳感探頭；14一含水率探頭；15—外界濕度監(jiān)測裝置；16—拍照系統(tǒng)；17—黑色帷幕；18—照明系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0031]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種海岸水庫室內(nèi)脫鹽阻咸的實驗模擬系統(tǒng)，包括平板