一种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟装置及模拟方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种模拟装置及模拟方法，具体地说是一种内陆含水系统咸淡水交互 驱替过程中的水文地球化学作用模拟装置及模拟方法。
【背景技术】
[0002] 北方平原区水资源匮乏，过量开采深层淡水资源诱发地面沉降，而分布较广的浅 层地下水由于水质差、开采技术条件差，浅层地下水开发利用率低，尤其是浅层咸水、微咸 水尚未开发，人们对浅层咸水的资源价值没有得到足够重视，造成内陆浅层咸水研究程度 较低，特别是对浅层咸水的形成与演化及其水文地球化学过程目前尚无深入认识。
[0003] 因此，研发一种内陆含水系统咸淡水交互驱替过程中的水文地球化学作用过程中 的水文地球化学作用模拟装置及模拟方法，可深化对浅层地下咸水的形成与演化机理的认 识，进而达到预测内陆浅层地下水咸化趋势目的，为提出浅层地下水咸化的防治措施和合 理开发利用浅层地下水资源提供科学依据，该发明具有理论和现实意义。
【发明内容】
[0004] 为了研究浅层地下咸水的形成过程以及演化机理，并为内陆浅层地下水咸化趋势 的预测和防治提供科学依据，本发明提供一种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟装置及模 拟方法，可以模拟自然条件下丰水期淡水驱替咸水和枯水期咸水驱替淡水的周期性咸淡水 交替过程中的水岩作用及其相关的水化学作用，为内陆浅层地下水咸化趋势的预测和浅层 咸水的防治提供科学依据。
[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0006] -种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟装置，包括供水部、水头控制部和渗流 部；
[0007] 所述供水部包括第一供水瓶和第二供水瓶，且所述第一供水瓶和第二供水瓶的下 部均设置有出水管；
[0008] 盛放在所述第一供水瓶内的供试液为咸水，盛放在所述第二供水瓶内的供试液为 淡水；
[0009] 所述渗流部包括第一渗流柱和第二渗流柱，所述第一渗流柱上端开口下端封闭， 所述第二渗流柱的上下两端均封闭，且所述第一渗流柱和第二渗流柱的底部通过管道连 通；
[0010] 所述第一渗流柱的水平高度高于第二渗流柱；
[0011] 所述第一渗流柱内自上而下依次为粉砂层和粉土层，所述第二渗流柱内填充的渗 流介质为粉土；
[0012] 所述第一供水瓶和第二供水瓶的出水管均与第一渗流柱的上端开口连通，并设有 阀门；
[0013] 所述的第一渗流柱的侧壁上自上而下依次设置有第一取水口、第二取水口和第三 取水口；
[0014] 所述第二渗流柱的侧壁上自下而上依次设置有第四取水口、第五取水口和出水 P；
[0015] 所述第一渗流柱和第二渗流柱的底部的连通管道上设置有第六取水口；
[0016] 所述第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口、第五取水口、第六取水口 和出水口上均分别设置有阀门和测压管，且在所述出水口的下方设置有收集瓶；
[0017] 所述水头控制部包括溢流口，以及分别设置于第一供水瓶出水管和第二供水瓶出 水管上的阀门；
[0018] 所述溢流口设置于第一渗流柱的顶端，且所述溢流口通过管道与溢流瓶连通。
[0019] 根据本发明的一个【具体实施方式】，所述的第一渗流柱的高度均为1500mm，直径为 300mm，所述第二渗流柱的高度为1500mm，直径为300mm;
[0020] 所述第一渗流柱轴线和第二渗流柱轴线之间的水平距离为1300mm;
[0021] 所述第一取水口与第一渗流柱的管口之间的距离大于等于200mm;
[0022] 所述第一取水口与第二取水口之间的距离为400mm;
[0023] 所述第二取水口与第三取水口之间的距离为400mm;
[0024] 所述出水口与第二渗流柱的管口之间的距离为50mm-100mm;
[0025] 所述出水口与第五取水口之间的距离为400mm;
[0026] 所述第五取水口与第四取水口之间的距离为400mm;
[0027] 所述粉砂层的厚度为50mm。
[0028] 根据本发明的另一个【具体实施方式】，所述第一渗流柱内的水位比第二渗流柱内的 水位高10mm。
[0029] 根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述第一渗流柱和第二渗流柱为透明的有机 玻璃材质。
[0030] 根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述测压管采用医用软管制作而成。
[0031] 根据本发明的又一个【具体实施方式】，设置于所述出水口下方的收集瓶采用窄口 瓶，且所述窄口瓶上设置有刻度。
[0032] -种内陆含水系统咸淡水交互驱替模拟方法，包括以下步骤：
[0033] 第一步，制备供试水样和渗流介质，具体为，
[0034] a1、将粉砂和粉土分别烘干，然后分别对烘干的粉砂和粉土进行破碎至粒径 〈0. 2cm，然后分别其进行称重，然后将烘干后的粉土和粉砂先后依次均均的装填到第一渗 流柱内，将粉土均匀的填装到第二渗流柱内；
[0035] a2、将咸水和淡水分别用0. 45um微孔滤膜过滤除杂；
[0036]a3、测定咸水中硝酸根、硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子等的离 子浓度，并记录；
[0037] 第二步，组装并形成模拟装置，并测定渗流柱的内径
[0038] 第三步，打开第二供水瓶的阀门，使供水部持续向第一渗流柱内供淡水，直至第一 渗流柱和第二渗流柱内均达到饱和状态；
[0039] 第四步，关闭所有取水口的阀门，使流经渗流柱的供试液只能从第二渗流柱上端 的出水口流出，待该出水口流量稳定后根据需要对供试液进行取样和检测，具体为，
[0040]bl、保持所有取水口的阀门为关闭的状态，每隔30min通过窄口瓶上的刻度读取 渗出水的体积和水头，并实时测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离 子、重碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子等的离子浓度，并记录；
[0041 ]b2、依次打开第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口、第五取水口以及 第六取水口的阀门，并依次记录各个取水口的水头后对其进行采样，记为水样I，水样II， 水样III，水样IV，水样V和水样VI，记录对应取样时间；
[0042]b3、分别测定b2中所取水样的电导率、温度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯离子、重 碳酸根、钠离子、钙离子、镁离子等的离子浓度，并记录；
[0043] b4、打开第三取水口，通过带刻度的窄口瓶收集渗出的供试液，且每隔30min记录 一次渗出体积；
[0044] 第五步，模拟枯水期的咸水驱替淡水的过程，具体为，
[0045] cl、关闭所有取水口的阀门，使流经渗流柱的供试液只能从第二渗流柱上端的出 水口流出，然后关闭第二供水瓶的阀门，打开第一供水瓶的阀门；
[0046] c2、保持所有取水口的阀门为关闭的状态，每隔30min通过出水口下方的窄口瓶 上的刻度读取渗出水的体积和水头，并实时测定渗出水的电导率、温度、PH值以及硝酸根、 硫酸根、氯离子、重碳酸根、钠离子