一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统及方法与流程

本发明涉及地下水淡化模拟检测技术领域，特别涉及一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统及方法。

背景技术：

淡水透镜体是指由于咸淡水密度差异产生的漂浮于海水之上、宛如透镜形状存在的海岛独特的地下淡水资源。在珊瑚礁岛的特殊地质条件下，地下淡水透镜体成为海岛主要的淡水来源。

由于过去对于海岛地下淡水的形成运转机理的认识不够全面，诸如开采过度、水质污染等不合理现象频繁产生，造成可用淡水的储量急剧减少，严重影响居民生活及环境质量。

但是，现有技术中并没有对海岛地下淡水的形成运转机理进行研究。

技术实现要素：

本发明提供一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统及方法，解决了或部分解决了现有技术中对海岛地下淡水的形成运转机理进行研究技术的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统包括：降水装置、介质填充区、液体填充区及淡化检测装置；所述介质填充区设置在所述液体填充区内，所述介质填充区与所述液体填充区同轴；所述介质填充区内设置有介质，所述液体填充区内设置有混合溶液，所述介质的顶部与所述混合溶液的液面平齐，所述混合溶液由氯化钠溶液及增稠剂混合而成；所述降水装置设置在所述介质填充区的上方，所述降水装置的出水口对准所述介质填充区的顶部；所述淡化检测装置可插入所述介质填充区内。

进一步地，所述降水装置包括：进水管、流量计及花洒；所述进水管的出水口设置所述花洒，所述花洒对准所述介质填充区的顶部；所述流量计设置在所述进水管上。

进一步地，所述介质填充区包括：第一填充筒体；所述第一填充筒体的底部设置有底板，所述第一填充筒体设置在所述液体填充区内，所述介质设置在所述第一填充筒体内；所述第一填充筒体的筒壁上均匀间隔开设有若干透水孔。

进一步地，所述第一填充筒体还包括：挡水边沿；所述挡水边沿与所述第一填充筒体同轴设置；所述挡水边沿的底部设置在所述第一填充筒体的顶部；所述挡水边沿的底部直径小于所述挡水边沿的顶部直径。

进一步地，所述挡水边沿的形状为圆台状。

进一步地，所述液体填充区包括：第二填充筒体；所述第二填充筒体的底部设置有挡板；所述混合溶液设置在所述第二填充筒体内。

进一步地，所述淡化检测装置包括：盐度计及长细针管；所述长细针管的取样端可插入所述介质填充区内；所述长细针管的取样端可拆卸式地与所述盐度计连接。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟方法包括以下步骤：将所述介质填充区同轴设置在液体填充区内；将所述介质填充区内填充介质，将所述液体填充区内填充混合溶液，直至所述介质的顶部与所述混合溶液的液面平齐；通过降水装置对介质填充区按预设降水量进行喷洒；待降水装置喷洒的淡水渗入介质后，将淡化检测装置插入所述介质填充区内进行取样；所述淡化检测装置对取样液体的盐度进行测定，明确淡水的边界和过渡段。

进一步地，所述将介质填充区内填充介质包括：将所述介质分层填装在所述介质填充区内，将所述介质逐层压密夯实，使所述介质接近理想的均匀多孔介质。

进一步地，所述将淡化检测装置插入所述介质填充区内进行取样包括：以所述介质顶部表面为基准面，沿所述介质填充区的深度方向等间距依次设置取样面；在取样面上设置取样点；所述淡化检测装置插入所述介质内，在所述取样点处取样，并记录位置坐标。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于介质填充区设置在液体填充区内，介质填充区与液体填充区同轴，介质填充区内设置有介质，液体填充区内设置有混合溶液，介质的顶部与混合溶液的液面平齐，混合溶液由氯化钠溶液及增稠剂混合而成，所以，利用混合溶液的高稠度及介质的低渗透性，使介质周围均受到混合溶液的渗透影响，实现地下水淡化模拟，由于降水装置设置在介质填充区的上方，降水装置的出水口对准介质填充区的顶部，所以，可以以降水装置模拟自然降水，由于淡化检测装置可插入介质填充区内，所以，淡化检测装置插入介质填充区内进行取样，并对取样液体的盐度进行测定，明确淡水的边界和过渡段，建立降水量、渗透系数及淡水空间分布的关系，用来分析淡水透镜体的产生、转化、消散的过程，揭示透镜体形成机理，可以在室内进行珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟，可以揭示淡水珊瑚礁地下淡水的运转机理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统的框图；

图2为本发明实施例提供的珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统的结构示意图；

图3为图1中珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统的液体填充区与介质填充区设置示意图；

图4为图1中珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统的介质填充区的爆炸图。

具体实施方式

参见图1-3，本发明实施例提供的一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟系统包括：降水装置1、介质填充区2、液体填充区3及淡化检测装置4。

介质填充区2设置在液体填充区3内，介质填充区2与液体填充区3同轴。

介质填充区2内设置有介质，液体填充区3内设置有混合溶液，介质的顶部与混合溶液的液面平齐，混合溶液由氯化钠溶液及增稠剂混合而成。

降水装置1设置在介质填充区2的上方，降水装置1的出水口对准介质填充区3的顶部。

淡化检测装置4可插入介质填充区2内。

本申请具体实施方式由于介质填充区2设置在液体填充区3内，介质填充区2与液体填充区3同轴，介质填充区2内设置有介质，液体填充区3内设置有混合溶液，介质的顶部与混合溶液的液面平齐，混合溶液由氯化钠溶液及增稠剂混合而成，所以，利用混合溶液的高稠度及介质的低渗透性，使介质周围均受到混合溶液的渗透影响，实现地下水淡化模拟，由于降水装置1设置在介质填充区2的上方，降水装置1的出水口对准介质填充区3的顶部，所以，可以以降水装置1模拟自然降水，由于淡化检测装置4可插入介质填充区2内，所以，淡化检测装置4插入介质填充区2内进行取样，并对取样液体的盐度进行测定，明确淡水的边界和过渡段，建立降水量、渗透系数及淡水空间分布的关系，用来分析淡水透镜体的产生、转化、消散的过程，揭示透镜体形成机理，可以在室内进行珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟，可以揭示淡水珊瑚礁地下淡水的运转机理。

具体地，降水装置1包括：进水管1-1、流量计1-2及花洒1-3。

进水管1-1的出水口固定设置花洒1-3，进水管1-1的进水口与外界水龙头连通。花洒1-3对准介质填充区2的顶部，使花洒1-3喷洒的水只洒在介质填充区2上。

其中，进水管1-1为市售用以输水的塑料软管，为通用件。流量计1-2为市售用以监测流量的仪器，流量计1-2为数字流量计，通用件；花洒1-3为市售浇水喷头，为通用件。

流量计1-2设置在进水管1-1上，用于观测喷洒量。

参见图4，具体地，介质填充区2包括：第一填充筒体2-1。

第一填充筒体2-1的底部固定设置有底板2-2。具体地，在本实施方式中，第一填充筒体2-1的底部可通过焊接固定设置有底板2-2，在其它实施方式中，第一填充筒体2-1的底部可通过其它方式如螺栓等固定设置有底板2-2。底板2-2用于封闭第一填充筒体2-1，便于介质填充区2与介质整体取出，方便更换介质。第一填充筒体2-1设置在液体填充区3内，介质设置在第一填充筒体2-1内。介质可以为砂土，以作为淡水形成处所，提供地质条件模拟。

第一填充筒体2-1的筒壁上均匀间隔开设有若干透水孔2-3，便于混合溶液的渗入。透水孔2-3在第一填充筒体2-1的筒壁定制时直接支模预留或制作完毕后冲孔得到。

第一填充筒体第一还包括：挡水边沿2-4。

挡水边沿2-4与第一填充筒体2-1同轴设置。挡水边沿2-4的底部固定设置在第一填充筒体2-1的顶部。具体地，在本实施方式中，挡水边沿2-4的底部可通过焊接固定设置在第一填充筒体2-1的顶部，在其它实施方式中，挡水边沿2-4的底部可通过其它方式如螺栓等固定设置在第一填充筒体2-1的顶部。

挡水边沿2-4的底部直径小于挡水边沿2-4的顶部直径。挡水边沿2-4的形状为圆台状。挡水边沿2-4可以避免降水装置1喷洒的淡水进入液体填充区3内。

具体地，液体填充区3包括：第二填充筒体3-1。

第二填充筒体3-1的底部固定设置有挡板3-2。具体地，在本实施方式中，第二填充筒体3-1的底部可通过强力胶水粘合固定设置有挡板3-2，在其它实施方式中，第二填充筒体3-1的底部可通过其它方式如螺栓等固定设置有挡板3-2。挡板3-2为亚克力塑料板，直径与第二填充筒体3-1的直径相当，挡板3-2用于封闭第二填充筒体3-1。第二填充筒体3-1为亚克力塑料板。混合溶液设置在所述第二填充筒体3-1内。

具体地，淡化检测装置4包括：盐度计4-1及长细针管4-2。

长细针管4-2的取样端可插入所述介质填充区2内，用于取样。

长细针管4-2的取样端可拆卸式地与盐度计4-1连接，用于将样品输送至盐度计4-1进行检验。

其中，盐度计4-1是市售的海水海产养殖盐度计，可在0—100‰范围内测量，为通用件。

长细针管4-2在做盐度取样时采用1ml医用针筒，在做抽水试验时采用100ml医用针筒，针头使用不锈钢试验针头，长度60mm—500mm不等，可按需求选取，为通用件。

长细针管4-2的使用使得该装置的应用范围并不局限于淡水形成模拟，其适用范围很广；在珊瑚礁地下淡水的开采使用方面，可以利用针管插入介质某一深度，进行抽水试验的模拟；亦可进行“降水——抽水”试验，模拟自然条件下地下淡水“开采——恢复”的过程。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟方法包括以下步骤：

步骤1，将介质填充区2同轴设置在液体填充区3内。

步骤2，将介质填充区2内填充介质，将液体填充区3内填充混合溶液，直至介质的顶部与混合溶液的液面平齐。

步骤3，通过降水装置1对介质填充区2按预设降水量进行喷洒。

步骤4，待降水装置1喷洒的淡水渗入介质后，将淡化检测装置4插入介质填充区2内进行取样。

步骤5，淡化检测装置4对取样液体的盐度进行测定，明确淡水的边界和过渡段。

详细介绍步骤2。

将介质填充区2内填充介质包括：

将介质分层填装在介质填充区2内，将介质逐层压密夯实，使介质接近理想的均匀多孔介质。

详细介绍步骤4。

将淡化检测装置4插入介质填充区2内进行取样包括：

以介质顶部表面为基准面，沿介质填充区2的深度方向等间距依次设置取样面。在取样面上设置取样点。淡化检测装置4插入所述介质内，在取样点处取样，并记录位置坐标。

为了更清楚介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。

试验开始前，将进水管1-1、数字流量计1-2、花洒1-3依次连接，且进水管1-1另一端连接水龙头。

将第一填充筒体2-1同轴设置在第二填充筒体3-1内，第一填充筒体2-1的直径小于第二填充筒体3-1，第一填充筒体2-1的外壁与第二填充筒体3-1的外壁之间间距一直，保证试验结果处理顺利。

将试验所选定的模拟介质分层填装于第一填充筒体2-1内，期间逐层压密夯实，使介质接近理想的均匀多孔介质。配置氯化钠溶液，作为模拟海水，并加入一定量增稠剂，提高液体粘滞性，氯化钠溶液与增稠剂混合成混合溶液，将混合溶液注入第二填充筒体3-1内，直至与介质高度齐平。其中，增稠剂可采用淀粉，也可采用聚丙烯酰胺。

将花洒1-3的出水口对准介质的顶部，打开水龙头，进行定量降水。

待降水下渗完毕后，以第一填充筒体2-1内的介质上表面为基准面，向下等深度逐层取样，每层取样点等间距布置，并记录位置坐标，取样液体置于盐度计测定盐度。每点取少量液体，取样后表面恢复，并及时清洗干燥长细针管，再进行下一点取样。

检测淡水时，将长细针管4-2插入介质内；针头长度依据介质填充高度确定；在做盐度取样时采用1ml医用针筒，保证取样量少，避免淡水体破坏；在做抽水试验时采用100ml医用针筒，加快抽水进程，抽水完毕后，再用新的或洗净烘干的1ml医用针筒取样。

取样结束后，将样本滴至盐度计4-1，进行盐度测量。

一组试验完成可将介质填充区2整体取出，更换介质，再放回液体填充区3中央，之后补充液体填充区3液体，继续下一组试验。可以改变降水量、土壤或填充液体稠度重复试验。

本申请通过进行不同降水量、介质渗透系数及填充液体稠度下的珊瑚礁岛地下水淡化过程模拟和运行机理的探究，主要利用高稠度的混合溶液及低渗透性的介质，在小比例试验模型中，实现地下水淡化模拟；其中在液体填充区填充类海水液体，在介质填充区填充介质，以降水系统模拟自然降水，以淡化检测系统确定介质填充区内介质在三维空间下各点处的盐度，以明确淡水的边界和过渡段，用以建立降水量、渗透系数与淡水空间分布的关系。

本申请可以容易地控制降水量、渗透系数、稠度等试验变量，探明其与淡水形成的空间分布的关系，对研究珊瑚礁岛淡水的形成机制、运转机理、开采保护方案具有重要意义。

本申请方便室内开展了珊瑚礁岛地下水淡化试验模拟，为淡水透镜体的形成机制、开采方法的研究提供便利的试验装置，通过海岛地下水淡化模拟试验分析淡水透镜体的产生、转化、消散的过程，揭示透镜体形成机理，对海岛地下水淡化检测和透镜体开发利用等方面具有广阔的应用前景，淡水珊瑚礁地下淡水的运转机理，结构简单，操作容易，制作方便，经济合理，易于推广应用。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。