一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统与方法

本发明属于水文、水资源及水环境领域与岩土工程试验，尤其涉及一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统与方法。

背景技术：

1、海岛地下淡水赋存于含水层内，呈中间厚边沿薄的透镜体形态，是海岛生产生活，生态维系的重要资源。海岛地下淡水虽然是可再生但资源有限，海岛地下淡水的再生速度与需求不断增长的矛盾已日渐显现。针对海岛地下水淡化，长期以来一直以ghyben-herzberg模型和dupuit-ghyben-herzberg连续方程作为海岛地下淡水研究的理论基础，进行地层高度概化、均质和各向同性假设的地下水咸淡水界面开展数值现场观测统计分析和数值模拟工作，由于缺乏对海岛地层结构和水文地质参数的准确刻画和关联，数值模拟的准确性不高。准确预测珊瑚岛地下水淡化时间，是珊瑚岛地下水淡化过程研究的难点和瓶颈。

2、模型试验正以前所未有的广度和深度服务于工程和科学研究领域，设计发明一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统与方法，可以有效的避免室内试验的尺寸效应，灵活调整和控制珊瑚岛地层结构、降雨雨型和强度等参数，具有良好的可操作性和重复性，是本发明的目的和宗旨。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统与方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，包括：开设在地面上的水槽，所述水槽内放置有内槽，所述内槽内盛放有珊瑚砂试样，所述水槽的正上方设置有人工降雨模拟系统，所述人工降雨模拟系统的上方设置有起重机，所述起重机以及所述人工降雨模拟系统均可拆卸安装在地面上。

4、优选的，所述内槽包括角钢底框架，所述角钢底框架的顶面固接有多个竖直设置的侧加强框架，多个所述侧加强框架位于所述角钢底框架的外缘处且周向等间隔设置，位于所述角钢底框架边角处的所述侧加强框架的顶端均开设有起吊挂钩孔；

5、所述角钢底框架的顶面上固接有多个竖直设置的面板，多个所述面板与所述角钢底框架的边部一一对应设置，所述面板与位于所述角钢底框架边角处的所述侧加强框架固接，所述面板上开设有多个透水孔。

6、优选的，多个所述透水孔阵列分布，所述透水孔的直径为8-12mm，相邻两所述透水孔之间的间距为100-200mm。

7、优选的，所述人工降雨模拟系统包括用于模拟人工降雨的人工降雨组件以及用于固定所述人工降雨组件的人工降雨管路固定支架，所述人工降雨管路固定支架可拆卸安装在地面上。

8、优选的，所述人工降雨组件包括固接在所述人工降雨管路固定支架顶壁底面的人工降雨管路，所述人工降雨管路上固接有喷头组，所述喷头组位于所述水槽的正上方，所述人工降雨管路连通有蓄水池，所述人工降雨管路与所述蓄水池之间设置有人工降雨自控系统。

9、优选的，所述起重机包括起重组件，所述起重组件的下方设置有移动组件，所述移动组件安装在地面上，所述起重组件包括两平行且对称设置的龙门架，两所述起重组件的顶端之间固接有横梁，所述横梁的底面上固接有电动葫芦，所述电动葫芦位于所述水槽的正上方。

10、优选的，所述移动组件包括固接在地面上的两轨道，两所述轨道平行且对称设置，所述轨道上滚动连接有滚轮，所述滚轮转动连接在所述龙门架的底端。

11、一种所述的模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统的使用方法，包括以下步骤：

12、s1、通过起重机将内槽吊装至水槽内；

13、s2、在内槽内填筑珊瑚砂试样，并将自动电导率计、温盐湿传感器和移液管埋设在珊瑚砂试样内，并将自动电导率计、温盐湿传感器与外部控制设备信号连接；

14、s3、将超高密电法仪的探测头组插入内槽内的珊瑚砂试样表面，并向水槽内加入海水；

15、s4、将人工降雨模拟系统移动至水槽正上方，通过人工降雨模拟系统在水槽上方进行人工降雨；

16、s5、通过自动电导率计、温盐湿传感器以及超高密电法仪监测水槽内水体的数据变化，并通过移液管抽取水槽内的水体，检测水体内各对应的水质参数；同时测试水槽中水体对应参数以资对比与分析；重复多次并记录数据，分析记录的数据，从而得到珊瑚礁岛地下水在降雨渗透作用下的渐进淡化过程的特性。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

18、本发明中，通过起重机将内槽吊装至水槽内，然后将人工降雨模拟系统移动至水槽正上方，向水槽内加入海水，通过人工降雨模拟系统在水槽上方进行人工降雨，通过多种传感器组合监测内槽内水体的水质参数，同时对水槽内水体水质参数进行监测。本发明可以模拟不同地层结构的珊瑚礁岛地下水在精确控制的不同降雨雨型、降雨强度下的渐进淡化过程，操作简单普适性好、工况调整和指标控制多、测试精度高。

技术特征：

1.一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于，包括：开设在地面上的水槽(1)，所述水槽(1)内放置有内槽(2)，所述内槽(2)内盛放有珊瑚砂试样，所述水槽(1)的正上方设置有人工降雨模拟系统(4)，所述人工降雨模拟系统(4)的上方设置有起重机(3)，所述起重机(3)以及所述人工降雨模拟系统(4)均可拆卸安装在地面上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：所述内槽(2)包括角钢底框架(201)，所述角钢底框架(201)的顶面固接有多个竖直设置的侧加强框架(202)，多个所述侧加强框架(202)位于所述角钢底框架(201)的外缘处且周向等间隔设置，位于所述角钢底框架(201)边角处的所述侧加强框架(202)的顶端均开设有起吊挂钩孔(203)；

3.根据权利要求2所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：多个所述透水孔(205)阵列分布，所述透水孔(205)的直径为8-12mm，相邻两所述透水孔(205)之间的间距为100-200mm。

4.根据权利要求3所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：所述人工降雨模拟系统(4)包括用于模拟人工降雨的人工降雨组件以及用于固定所述人工降雨组件的人工降雨管路固定支架(402)，所述人工降雨管路固定支架(402)可拆卸安装在地面上。

5.根据权利要求4所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：所述人工降雨组件包括固接在所述人工降雨管路固定支架(402)顶壁底面的人工降雨管路(403)，所述人工降雨管路(403)上固接有喷头组(404)，所述喷头组(404)位于所述水槽(1)的正上方，所述人工降雨管路(403)连通有蓄水池(401)，所述人工降雨管路(403)与所述蓄水池(401)之间设置有人工降雨自控系统(405)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：所述起重机(3)包括起重组件，所述起重组件的下方设置有移动组件，所述移动组件安装在地面上，所述起重组件包括两平行且对称设置的龙门架(302)，两所述起重组件的顶端之间固接有横梁(303)，所述横梁(303)的底面上固接有电动葫芦(305)，所述电动葫芦(305)位于所述水槽(1)的正上方。

7.根据权利要求6所述的一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统，其特征在于：所述移动组件包括固接在地面上的两轨道(301)，两所述轨道(301)平行且对称设置，所述轨道(301)上滚动连接有滚轮(304)，所述滚轮(304)转动连接在所述龙门架(302)的底端。

8.一种权利要求1-7任一项所述的模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于水文、水资源及水环境领域和岩土工程试验技术领域，尤其涉及一种模拟珊瑚礁岛地下水淡化的模型试验系统与方法，包括：开设在地面上的水槽，水槽内放置有内槽，内槽内盛放有珊瑚砂试样，内槽的正上方设置有人工降雨模拟系统，人工降雨模拟系统的上方设置有起重机，起重机以及人工降雨模拟系统均可拆卸安装在地面上。本发明中，通过起重机将内槽吊装至水槽内，然后将人工降雨模拟系统移动至水槽正上方，向水槽内加入海水，通过人工降雨模拟系统在水槽上方进行人工降雨，对水体进行检测。本发明可以模拟珊瑚礁岛地下水在降雨渗透作用下的渐进淡化过程，操作简单普适性好、工况调整和指标控制多、测试精度高。

技术研发人员：胡明鉴,沈建华,孟庆山,姚婷,吕士展,郑思维,黎宇,王超
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24