一種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互驅(qū)替模擬裝置及模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種模擬裝置及模擬方法，具體地說(shuō)是一種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互 驅(qū)替過(guò)程中的水文地球化學(xué)作用模擬裝置及模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 北方平原區(qū)水資源匱乏，過(guò)量開(kāi)采深層淡水資源誘發(fā)地面沉降，而分布較廣的淺 層地下水由于水質(zhì)差、開(kāi)采技術(shù)條件差，淺層地下水開(kāi)發(fā)利用率低，尤其是淺層咸水、微咸 水尚未開(kāi)發(fā)，人們對(duì)淺層咸水的資源價(jià)值沒(méi)有得到足夠重視，造成內(nèi)陸淺層咸水研究程度 較低，特別是對(duì)淺層咸水的形成與演化及其水文地球化學(xué)過(guò)程目前尚無(wú)深入認(rèn)識(shí)。
[0003] 因此，研發(fā)一種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互驅(qū)替過(guò)程中的水文地球化學(xué)作用過(guò)程中 的水文地球化學(xué)作用模擬裝置及模擬方法，可深化對(duì)淺層地下咸水的形成與演化機(jī)理的認(rèn) 識(shí)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測(cè)內(nèi)陸淺層地下水咸化趨勢(shì)目的，為提出淺層地下水咸化的防治措施和合 理開(kāi)發(fā)利用淺層地下水資源提供科學(xué)依據(jù)，該發(fā)明具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了研究淺層地下咸水的形成過(guò)程以及演化機(jī)理，并為內(nèi)陸淺層地下水咸化趨勢(shì) 的預(yù)測(cè)和防治提供科學(xué)依據(jù)，本發(fā)明提供一種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互驅(qū)替模擬裝置及模 擬方法，可以模擬自然條件下豐水期淡水驅(qū)替咸水和枯水期咸水驅(qū)替淡水的周期性咸淡水 交替過(guò)程中的水巖作用及其相關(guān)的水化學(xué)作用，為內(nèi)陸淺層地下水咸化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和淺層 咸水的防治提供科學(xué)依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互驅(qū)替模擬裝置，包括供水部、水頭控制部和滲流 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 部均設(shè)置有出水管；
[0008] 盛放在所述第一供水瓶?jī)?nèi)的供試液為咸水，盛放在所述第二供水瓶?jī)?nèi)的供試液為 淡水；
[0009] 所述滲流部包括第一滲流柱和第二滲流柱，所述第一滲流柱上端開(kāi)口下端封閉， 所述第二滲流柱的上下兩端均封閉，且所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部通過(guò)管道連 通；
[0010] 所述第一滲流柱的水平高度高于第二滲流柱；
[0011] 所述第一滲流柱內(nèi)自上而下依次為粉砂層和粉土層，所述第二滲流柱內(nèi)填充的滲 流介質(zhì)為粉土；
[0012] 所述第一供水瓶和第二供水瓶的出水管均與第一滲流柱的上端開(kāi)口連通，并設(shè)有 閥門(mén)；
[0013] 所述的第一滲流柱的側(cè)壁上自上而下依次設(shè)置有第一取水口、第二取水口和第三 取水口；
[0014] 所述第二滲流柱的側(cè)壁上自下而上依次設(shè)置有第四取水口、第五取水口和出水 P；
[0015] 所述第一滲流柱和第二滲流柱的底部的連通管道上設(shè)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 和出水口上均分別設(shè)置有閥門(mén)和測(cè)壓管，且在所述出水口的下方設(shè)置有收集瓶；
[0017] 所述水頭控制部包括溢流口，以及分別設(shè)置于第一供水瓶出水管和第二供水瓶出 水管上的閥門(mén)；
[0018] 所述溢流口設(shè)置于第一滲流柱的頂端，且所述溢流口通過(guò)管道與溢流瓶連通。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述的第一滲流柱的高度均為1500mm，直徑為 300mm，所述第二滲流柱的高度為1500mm，直徑為300mm;
[0020] 所述第一滲流柱軸線和第二滲流柱軸線之間的水平距離為1300mm;
[0021] 所述第一取水口與第一滲流柱的管口之間的距離大于等于200mm;
[0022] 所述第一取水口與第二取水口之間的距離為400mm;
[0023] 所述第二取水口與第三取水口之間的距離為400mm;
[0024] 所述出水口與第二滲流柱的管口之間的距離為50mm-100mm;
[0025] 所述出水口與第五取水口之間的距離為400mm;
[0026] 所述第五取水口與第四取水口之間的距離為400mm;
[0027] 所述粉砂層的厚度為50mm。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述第一滲流柱內(nèi)的水位比第二滲流柱內(nèi)的 水位高10mm。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述第一滲流柱和第二滲流柱為透明的有機(jī) 玻璃材質(zhì)。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述測(cè)壓管采用醫(yī)用軟管制作而成。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)【具體實(shí)施方式】，設(shè)置于所述出水口下方的收集瓶采用窄口 瓶，且所述窄口瓶上設(shè)置有刻度。
[0032] -種內(nèi)陸含水系統(tǒng)咸淡水交互驅(qū)替模擬方法，包括以下步驟：
[0033] 第一步，制備供試水樣和滲流介質(zhì)，具體為，
[0034] a1、將粉砂和粉土分別烘干，然后分別對(duì)烘干的粉砂和粉土進(jìn)行破碎至粒徑 〈0. 2cm，然后分別其進(jìn)行稱(chēng)重，然后將烘干后的粉土和粉砂先后依次均均的裝填到第一滲 流柱內(nèi)，將粉土均勻的填裝到第二滲流柱內(nèi)；
[0035] a2、將咸水和淡水分別用0. 45um微孔濾膜過(guò)濾除雜；
[0036]a3、測(cè)定咸水中硝酸根、硫酸根、氯離子、重碳酸根、鈉離子、鈣離子、鎂離子等的離 子濃度，并記錄；
[0037] 第二步，組裝并形成模擬裝置，并測(cè)定滲流柱的內(nèi)徑
[0038] 第三步，打開(kāi)第二供水瓶的閥門(mén)，使供水部持續(xù)向第一滲流柱內(nèi)供淡水，直至第一 滲流柱和第二滲流柱內(nèi)均達(dá)到飽和狀態(tài)；
[0039] 第四步，關(guān)閉所有取水口的閥門(mén)，使流經(jīng)滲流柱的供試液只能從第二滲流柱上端 的出水口流出，待該出水口流量穩(wěn)定后根據(jù)需要對(duì)供試液進(jìn)行取樣和檢測(cè)，具體為，
[0040]bl、保持所有取水口的閥門(mén)為關(guān)閉的狀態(tài)，每隔30min通過(guò)窄口瓶上的刻度讀取 滲出水的體積和水頭，并實(shí)時(shí)測(cè)定滲出水的電導(dǎo)率、溫度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯離 子、重碳酸根、鈉離子、鈣離子、鎂離子等的離子濃度，并記錄；
[0041 ]b2、依次打開(kāi)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 第六取水口的閥門(mén)，并依次記錄各個(gè)取水口的水頭后對(duì)其進(jìn)行采樣，記為水樣I，水樣II， 水樣III，水樣IV，水樣V和水樣VI，記錄對(duì)應(yīng)取樣時(shí)間；
[0042]b3、分別測(cè)定b2中所取水樣的電導(dǎo)率、溫度、PH值以及硝酸根、硫酸根、氯離子、重 碳酸根、鈉離子、鈣離子、鎂離子等的離子濃度，并記錄；
[0043] b4、打開(kāi)第三取水口，通過(guò)帶刻度的窄口瓶收集滲出的供試液，且每隔30min記錄 一次滲出體積；
[0044] 第五步，模擬枯水期的咸水驅(qū)替淡水的過(guò)程，具體為，
[0045] cl、關(guān)閉所有取水口的閥門(mén)，使流經(jīng)滲流柱的供試液只能從第二滲流柱上端的出 水口流出，然后關(guān)閉第二供水瓶的閥門(mén)，打開(kāi)第一供水瓶的閥門(mén)；
[0046] c2、保持所有取水口的閥門(mén)為關(guān)閉的狀態(tài)，每隔30min通過(guò)出水口下方的窄口瓶 上的刻度讀取滲出水的體積和水頭，并實(shí)時(shí)測(cè)定滲出水的電導(dǎo)率、溫度、PH值以及硝酸根、 硫酸根、氯離子、重碳酸根、鈉離子