CN108680340B - 一种加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置包括：用于模拟吹填陆域和观察地下淡水的形成过程的槽体系统，包括槽体和位于槽体内的人工岛屿模型；槽体内注入咸水，水平面高度低于人工岛屿模型的高度；咸水系统，用于提供模拟海水环境的咸水同时控制咸水体的含盐率；咸水系统与槽体连通；淡水系统将淡水降落至所述人工岛屿模型上；监测系统包括若干个设置于槽体内探头，用于监测槽体系统各处的含盐率和水头分布；人工岛屿模型的任一侧表面设有土工膜。本发明将加速吹填陆域地下淡水形成的物理过程进行整体重现，同时分析淡水透镜体淡水流失减小的可行性，为加速吹填陆域地下淡水形成，如何减少淡水流失和加大水源涵养的作用提供依据。

Description

一种加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置和方法

技术领域

本发明涉及淡水资源研究领域，尤其涉及一种加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置和方法。

背景技术

吹填陆域形成的地下淡水形成是珊瑚岛礁上重要的淡水资源，它对于满足人们的日常生活需要及维持岛礁生态涵养起着至关重要的作用。

以往的理论与经验表明，大部分海岛地下水漂浮于咸水之上,中央厚，边缘薄、宛如透镜体，由于咸淡水的密度差异形成了海岛独特的地下淡水形成资源，也称淡水透镜体。形成淡水透镜体的两个必备要素：1、来源：大气降水；2、岛的地质地貌结构：主要出现在地势低洼的碳酸盐岛上，岛上松散的砂砾不整合地堆积在古卡斯特化石灰岩珊瑚礁上，且上面的灰岩成岩年代晚，其空隙、溶洞发育不充分，渗透性差海水不易渗入，雨水却容易保留，形成淡水透镜体。

在现有研究技术中，对陆域吹填形成的地下淡水形成多局限于数学模型及数值模拟，物理模型的研究常缺乏完整性及时效性，目前常见野外人工降雨试验，及室内的土柱溶滤试验等，而这些试验都难以将岛屿地下淡水形成的物理过程进行整体重现，从而难以对岛屿地下淡水形成发育因素进行全面分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置和方法，以解决上述技术问题的至少一种。

一方面，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，包括：

用于模拟加速吹填陆域并观察地下淡水形成过程的槽体系统，包括槽体和位于槽体内的人工岛屿模型；槽体内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体，咸水体的水平面高度低于人工岛屿模型的高度；

咸水系统，用于提供模拟海水环境的咸水同时控制咸水体的含盐率；咸水系统与槽体连接并连通；

淡水系统，用于模拟自然降雨；淡水系统将淡水降落至所述人工岛屿模型上。

监测系统，用于监测槽体系统各处的含盐率和水头分布；监测系统包括若干个探头，若干个探头均设置于槽体内；

所述人工岛屿模型的任一侧表面设有土工膜。

本发明的有益效果是：通过槽体系统模拟并建立加速吹填陆域的模型，通过咸水系统供应咸水体的咸水用于模拟海水环境，咸水体的水平面高度低于人工岛屿模型的高度是模拟真实的加速吹填陆域高于海水的水平面，淡水系统，用于模拟自然降雨，监测系统用于监测槽体系统各处的含盐率和水头分布，对模拟实验进行监测，同时直观获得地下淡水形成的情况，可以利用实验测量的地下淡水形成含盐率剖面图推算实际岛礁或加速吹填陆域的淡水透镜体厚度和地下盐分布，同时本发明中咸水系统还能够用于控制咸水体的含盐率，当监测系统监测到咸水体的含盐率降低时，可以通过咸水系统补入咸水直至咸水体含盐率达到指定值，现有技术中都没有考虑到实验室尺度物理模型中咸水体被稀释的问题，本发明保证了咸水体的含盐率的稳定，使得模拟实验过程准确率更高，模拟实验的效果更符合实际情况，能获得更准确的实验数据；在人工岛屿模型一侧设置土工膜，使得加速吹填陆域上淡水流失减少，加大水源涵养的作用。人工岛屿模型的任一侧为人工加设土工膜以模拟人工岛礁的状态，其余侧为天然模拟，使得吹填陆域边坡稳定，减少水砂侵蚀，加速吹填陆域地下淡水的形成，加大水源涵养的作用。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，咸水系统包括用于控制咸水体的水平面高度的溢流集水管和溢流箱，溢流集水管呈喇叭状，竖直设置在咸水体内，溢流集水管的高度可调节，通过调节溢流集水管的高度控制咸水体的水平面高度；溢流集水管的喇叭端面朝上且设有若干个溢流进水口，另一端设有出水口，出水口与溢流箱连接并连通。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据模拟实验的需要，调节溢流集水管的高度可以调节咸水体的水平面高度，在淡水驱替咸水的过程中，被驱替的咸水进入咸水体，当咸水体的水平面高度高于溢流集水管的高度时，咸水体的溢出咸水被溢流集水管的喇叭端面上的若干个溢流进水口收集流入溢流箱，使得咸水体的水平面高度保持在指定值。。

进一步，咸水系统还包括用于控制咸水体含盐率的抽水箱和补水箱，抽水箱和补水箱分别与槽体通过连接管路连接并连通，且在连接管路上分别设置有水泵，抽水箱通过水泵将咸水体的中被稀释的咸水抽出并收集；补水箱通过水泵为咸水体提供咸水。

采用上述进一步方案的有益效果是：当实验进行到一定阶段，会发生淡水从模型表面流入咸水体的情况，导致咸水体的含盐率降低，而真实的自然环境中海水的含盐率保持着稳定的数值，少量的淡水并不会影响真实海水环境的含盐率，为保证模拟实验的真实和准确，在观测和监测到咸水体被稀释之后，实验人员通过水泵将被稀释的咸水的咸水全部抽出至抽水箱中，之后将补水箱中的指定含盐率的咸水供应入槽体形成咸水体，保证了咸水体的含盐率的稳定。

进一步，咸水系统包括第一升降装置、分流盒和咸水处理箱，第一升降装置与分流盒连接，用于调节分流盒的高度；分流盒的两端分别与咸水处理箱和槽体连接并连通，将所述槽体中被稀释的咸水中转至所述咸水处理箱中；咸水处理箱用于将被稀释的咸水含盐率调节至指定值。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一升降装置用于调节分流盒的高度，可根据实验的需要调整分流盒的高度，分流盒的高度低于设定的咸水体溢流高度，利用虹吸原理将溢流咸水溢流至分流盒进而流入咸水处理箱中；在观测和监测到咸水体被稀释之后，被稀释的咸水中的咸水通过分流盒最后进入咸水处理箱，经过咸水处理箱的调节获得指定含盐率的咸水，再补给至咸水体中保证咸水体的含盐率的稳定。

进一步，分流盒中设有将其内部分隔形成第一空间和第二空间的第一分隔板，槽体上设有溢流口，咸水处理箱设有第三空间和第五空间，第一空间分别通过管道与槽体上的溢流口和第五空间连接并连通,第二空间分别通过管道与咸水体的底部和第三空间连接并连通并将咸水体内被稀释的咸水转入到第三空间中进行处理得到新处理的咸水；第三空间和第五空间连通并将新处理的咸水输入至第五空间中与溢流出的咸水混合,并将混合后的咸水经第一空间和所述溢流口输入至咸水体中。

采用上述进一步方案的有益效果是：分流盒被第一分隔板分隔成第一空间和第二空间，当槽体内的咸水体水平面超过设定高度时，从槽体的溢流口流出进入第一空间，再输入至咸水处理箱的第五空间；当观测到淡水渗入咸水体并稀释咸水体之后，通过流入口将咸水体被稀释的咸水抽入第二空间，然后输入至咸水处理箱的第三空间，咸水处理箱对咸水的含盐率进行处理调整；处理至指定含盐率的咸水输入至第五空间与溢流出的咸水混合，混合后的咸水经第一空间和溢流口供应至咸水体；保证咸水体的含盐率的稳定，进而实现模拟环境的真实，获得真实准确的实验结果。

进一步，第三空间与第五空间的连接处设有将第三空间与第五空间连通或分隔的第二阀门，第三空间内水平设置有过滤膜装置，过滤膜装置和第二阀门之间形成第四空间，第四空间内侧壁设有储盐箱，储盐箱上设有将其打开的第一阀门。

采用上述进一步方案的有益效果是：咸水处理箱的第三空间收集的是被稀释的咸水，咸水经过滤膜装置净化后进入第四空间，第四空间设有储盐箱，用于调节咸水的含盐率至指定值，当第四空间的调节完成后，第二阀门打开，指定含盐率的咸水进入第五空间，可以补充咸水体咸水，实现水资源的循环。

进一步，第一空间与第五空间的连接管道上设有水泵和双向阀，第二空间与咸水体的底部的连接管道上设有水泵和单向阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一空间与第五空间的连接管道上设有水泵和双向阀，可以实现溢流咸水和补充咸水，当咸水体内咸水没有被稀释，在模拟实验过程中，淡水驱替咸水，咸水体内的咸水逐渐增多，超过指定咸水体水平面高度之后，经溢流口流出，最后进入咸水处理箱，当观测到咸水体被稀释了之后，将被稀释咸水抽出，再将咸水处理箱的指定含盐率的咸水第一空间和溢流口补充至咸水体。

进一步，淡水系统包括针头式降雨器、供水溢流盒、第二升降装置和淡水箱，第二升降装置与供水溢流盒连接并用于调节供水溢流盒的高度，供水溢流盒设有进水口和出水口，进水口与淡水箱连接，出水口与针头降雨器的入口连接，针头降雨器设置在人工岛屿模型的上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：淡水系统模拟自然降雨,为人工岛屿模型提供淡水。

进一步，槽体为长方体，槽体的前端面为透明的观测面；槽体的底部由下至上依次铺设渗水砖和珊瑚砂；人工岛屿模型呈棱台结构，由圆砾、角砾、砂砾和粉粒按1:1:1:1配比制作而成。

采用上述进一步方案的有益效果是：按照真实的加速吹填陆域的陆域组成来制作人工岛屿模型，用于监测咸淡水混合与砂体的反应程度，这是影响水质变化的关键过程，可以提高模拟实验的真实性及准确性。

另一方面，本发明提供一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验方法，包括：

S1：建立上述模拟实验装置；

S2：在淡水系统的淡水箱中加入染色剂，方便观测淡水的流动；

S3：淡水箱中的有色的淡水经过供水溢流盒进入针头式降雨器中，针头式降雨器将有色的淡水降落至人工岛屿模型上；

S4：淡水驱替人工岛屿模型内的咸水，形成淡水透镜体；驱替出的咸水使得咸水体的水平面高度上升，通过咸水系统将咸水溢流出槽体使得咸水体的水平面高度保持稳定；

S5：当有色的淡水进入咸水体稀释咸水体内的咸水后，抽出被稀释的咸水并补充指定含盐率的咸水，保证槽体内咸水体含盐率的稳定；

S6：记录和观测淡水透镜体淡水流失情况。

采用上述方案的有益效果是：将加速吹填陆域地下淡水形成形成的物理过程进行整体重现，从而加速吹填陆域地下淡水形成形成发育因素进行全面分析，同时分析淡水透镜体淡水流失减小的可行性，为加速吹填陆域如何减少淡水流失和加大水源涵养的作用提供依据。

附图说明

图1为本发明实施例1示意图；

图2为本发明实施例2示意图；

图3为本发明淡水系统示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

11、槽体，12、人工岛屿模型，13、咸水体，14、渗水砖，15、珊瑚砂，16、土工膜，21、溢流集水管，22、溢流箱，311、抽水箱，321、补水箱，4、第一升降装置，5、分流盒，51、第一分隔板，52、第一空间，53、第二空间，6、咸水处理箱，61、第三空间，62、第四空间，63、第五空间，64、过滤膜装置，65、第二分隔板，66、储盐箱，71、针头式降雨器，72、供水溢流盒，73、第二升降装置，74、淡水箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

如图1所示，一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，包括：

用于模拟加速吹填陆域和观察地下淡水形成的形成过程的槽体11系统，包括槽体11和位于槽体11内的人工岛屿模型12；槽体11内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体13，咸水体13的水平面高度低于人工岛屿模型12的高度；槽体11为长方体，槽体11的前端面为透明的观测面。槽体11为长方体，槽体11的前端面为透明的观测面；槽体11的底部由下至上依次铺设渗水砖14和珊瑚砂15；人工岛屿模型12呈棱台结构，由圆砾、角砾、砂砾和粉粒按1:1:1:1配比制作而成。

咸水系统，用于提供模拟海水环境的咸水同时控制咸水体13的含盐率；咸水系统与槽体11连接并连通；

淡水系统，用于模拟自然降雨；淡水系统将淡水降落至所述人工岛屿模型12上。

监测系统，用于监测槽体11系统各处的含盐率；监测系统包括若干个探头，若干个探头均设置于槽体11内；其中,探头采用三信2301T-F/2301-C塑壳电导电极海水测试实验室电导率探头传感器。

在人工岛屿模型12的一侧表面设有土工膜16，本实施例中，如图1所示，土工膜设置在左侧。

通过槽体11系统模拟并建立加速吹填陆域的模型，按照真实的加速吹填陆域的陆域组成来制作人工岛屿模型12，用于监测咸淡水混合与砂体的反应程度，这是影响水质变化的关键过程，可以提高模拟实验的真实性及准确性；通过咸水系统供应咸水体13的咸水用于模拟海水环境，咸水体13的水平面高度低于人工岛屿模型12的高度是模拟真实的加速吹填陆域高于海水的水平面，淡水系统，用于模拟自然降雨，监测系统用于监测槽体11系统各处的含盐率，对模拟实验进行监测，同时直观获得地下淡水形成的情况，可以利用实验测量的地下淡水形成含盐率剖面图推算实际岛礁或加速吹填陆域的淡水透镜体厚度和地下盐分布，同时本发明中咸水系统还能够用于控制咸水体13的含盐率，当监测系统监测到咸水体13的含盐率降低时，可以通过咸水系统补入咸水直至咸水体13含盐率达到指定值，现有技术中都没有考虑到咸水体13被稀释的问题，本发明保证了咸水体13的含盐率的稳定，使得模拟实验过程准确率更高，模拟实验的效果更符合实际情况，能获得更准确的实验数据；在人工岛屿模型12一侧设置土工膜16，使得吹填人工岛屿模型12上淡水流失减少，人工岛屿模型12的一侧为人工加设土工膜16，其余为天然模拟，通过增加土工膜16使得加速吹填陆域边坡稳定，减少水砂侵蚀，加大水源涵养的作用。

咸水系统包括用于控制咸水体13的水平面高度的溢流集水管21和溢流箱22，溢流集水管21呈喇叭状，竖直设置在咸水体13内，溢流集水管21的高度可调节，通过调节溢流集水管21的高度控制咸水体13的水平面高度；溢流集水管21的喇叭端面朝上且设有若干个溢流进水口，另一端设有出水口，出水口与溢流箱22连接并连通。可以理解的是，溢流集水管21与槽体11的连接处内外侧均设置有防水密封封堵，可以通过封堵固定溢流集水管21，根据实验的实际需要调整溢流集水管21在槽体11内的高度，然后用封堵进行密封和固定。也还可以在溢流集水管21的一侧设置升降机构，升降机构的升降部分与溢流溢水管的下部固定连接，通过调整升降机构的升降部分实现溢流集水管21的高度调节。

根据模拟实验的需要，调节溢流集水管21的高度可以调节咸水体13的水平面高度，在淡水驱替咸水的过程中，被驱替的咸水进入咸水体13，当咸水体13的水平面高度高于溢流集水管21的高度时，咸水体13的溢出咸水被溢流集水管21的喇叭端面上的若干个溢流进水口收集流入溢流箱22，使得咸水体13的水平面高度保持在指定值。

咸水系统还包括用于控制咸水体13含盐率的抽水箱311和补水箱321，抽水箱311和补水箱321分别与槽体11连接并连通，且在连接管路上分别设置有水泵，抽水箱311通过水泵将咸水体13的咸水抽出并收集；补水箱321通过水泵为咸水体13提供咸水。

当实验进行到一定阶段，会发生淡水从模型表面流入咸水体13的情况，导致咸水体13的含盐率降低，而真实的自然环境中海水的含盐率保持着稳定的数值，少量的淡水并不会影响真实海水环境的含盐率，为保证模拟实验的真实和准确，在观测和监测到咸水体13被稀释之后，实验人员通过水泵将被稀释的咸水13的咸水全部抽出至抽水箱311中，之后将补水箱321中的指定含盐率的咸水供应入槽体11形成咸水体13，保证了咸水体13的含盐率的稳定。

如图3所示，淡水系统包括针头式降雨器71、供水溢流盒72、第二升降装置73和淡水箱74，第二升降装置73与供水溢流盒72连接并用于调节供水溢流盒72的高度，供水溢流盒72设有进水口和出水口，进水口与淡水箱74连接，出水口与针头降雨器的入口连接，针头降雨器设置在人工岛屿模型12的上方。

其中第二升降装置73包括升降板和紧固螺钉，升降板上设有供水溢流盒72，升降板通过紧固螺钉和升降装置的升降杆连接，拧松紧固螺钉，上下调节升降板的高度可以调节供水溢流盒72的高度，高度调节完成之后将紧固螺钉拧紧，实现升降板的固定。

本实施例的有益效果是：本发明中咸水系统还能够用于控制咸水体13的含盐率，当监测系统监测到咸水体13的含盐率降低时，可以通过咸水系统补入咸水直至咸水体13含盐率达到指定值，现有技术中都没有考虑到咸水体13被稀释的问题，本发明保证了咸水体13的含盐率的稳定，使得模拟实验过程准确率更高，模拟实验的效果更符合实际情况，能获得更准确的实验数据。

实施例2：

如图2所示，一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，包括：

用于模拟加速吹填陆域和观察地下淡水形成的形成过程的槽体11系统，包括槽体11和位于槽体11内的人工岛屿模型12；槽体11内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体13，咸水体13的水平面高度低于人工岛屿模型12的高度；槽体11为长方体，槽体11的前端面为透明的观测面；槽体11的底部由下至上依次铺设渗水砖14和珊瑚砂15；人工岛屿模型12呈棱台结构，由圆砾、角砾、砂砾和粉粒按1:1:1:1配比制作而成。

咸水系统，用于提供模拟海水环境的咸水同时控制咸水体13的含盐率；咸水系统与槽体11连接并连通；

淡水系统，用于模拟自然降雨；淡水系统将淡水降落至所述人工岛屿模型12上。

监测系统，用于监测槽体11系统各处的含盐率；监测系统包括若干个探头，若干个探头均设置于槽体11内；其中,探头采用三信2301T-F/2301-C塑壳电导电极海水测试实验室电导率探头传感器。

在人工岛屿模型12的一侧表面设有土工膜16，本实施例中，如图2所示，土工膜设置在左侧。

通过槽体11系统模拟并建立加速吹填陆域的模型，按照真实的加速吹填陆域的陆域组成来制作人工岛屿模型12，用于监测咸淡水混合与砂体的反应程度，这是影响水质变化的关键过程，可以提高模拟实验的真实性及准确性；通过咸水系统供应咸水体13的咸水用于模拟海水环境，咸水体13的水平面高度低于人工岛屿模型12的高度是模拟真实的加速吹填陆域高于海水的水平面，淡水系统，用于模拟自然降雨，监测系统用于监测槽体11系统各处的含盐率，对模拟实验进行监测，同时直观获得地下淡水形成的情况，可以利用实验测量的地下淡水形成含盐率剖面图推算实际岛礁或加速吹填陆域的淡水透镜体厚度和地下盐分布，同时本发明中咸水系统还能够用于控制咸水体13的含盐率，当监测系统监测到咸水体13的含盐率降低时，可以通过咸水系统补入咸水直至咸水体13含盐率达到指定值，现有技术中都没有考虑到咸水体13被稀释的问题，本发明保证了咸水体13的含盐率的稳定，使得模拟实验过程准确率更高，模拟实验的效果更符合实际情况，能获得更准确的实验数据；在人工岛屿模型12一侧设置土工膜16，使得吹填人工岛屿模型12上淡水流失减少，人工岛屿模型12的一侧为人工加设土工膜16，其余为天然模拟，通过增加土工膜16使得加速吹填陆域边坡稳定，减少水砂侵蚀，加大水源涵养的作用。

咸水系统包括第一升降装置4、分流盒5和咸水处理箱6，第一升降装置4与分流盒5连接，用于调节分流盒5的高度；分流盒5的两端分别与咸水处理箱6和槽体11连接并连通，将所述槽体中被稀释的咸水中转至所述咸水处理箱中；咸水处理箱6用于将被稀释的咸水含盐率调节至指定值。

第一升降装置4用于调节分流盒5的高度，可根据实验的需要调整分流盒5的高度，分流盒5的高度低于设定的咸水体13溢流高度，利用虹吸原理将溢流咸水溢流至分流盒5进而流入咸水处理箱6中；在观测和监测到咸水体13被稀释之后，被稀释的咸水13中的咸水通过分流盒5最后进入咸水处理箱6，经过咸水处理箱6的调节获得指定含盐率的咸水，再补给至咸水体13中保证咸水体13的含盐率的稳定。

其中第一升降装置4包括第一升降板和第一紧固螺钉，第一升降板上设有分流盒5，第一升降板通过第一紧固螺钉和第一升降装置4的第一升降杆连接，拧松第一紧固螺钉，上下调节第一升降板的高度可以调节分流盒5的高度，高度调节完成之后将第一紧固螺钉拧紧，实现第一升降板的固定。

分流盒5中设有将其内部分隔形成第一空间52和第二空间53的第一分隔板51，第一空间52设有第一进出口和第二进出口，第二空间53设有流入口和流出口，槽体11上设有溢流口，咸水处理箱6设有第四进出口和第三进出口；第一进出口与溢流口连接并连通，第二进出口与咸水处理箱6的第三进出口连接并连通，流出口与咸水处理箱6的第四进出口连接并连通，流入口与咸水体13的底部连接并连通；第二进出口与第三进出口连接的管路上设置水泵和双向阀；流入口与咸水体13连接的管路上设置水泵和单向阀。

第一升降装置4用于调节分流盒5的高度，可根据实验的需要调整分流盒5的高度，分流盒5被第一分隔板51分隔成第一空间52和第二空间53，当槽体11内的咸水体13水平面超过设定高度时，从槽体11的溢流口流出进入第一空间52，再从第二进出口流出经第三进出口进入咸水处理箱6，当观测到淡水渗入咸水体13并稀释咸水体13之后，通过流入口将咸水体13被稀释的咸水抽入第二空间53，然后经第四进出口进入咸水处理箱6，咸水处理箱6对咸水的含盐率进行调整。第二进出口与咸水处理箱6的第三进出口连接的管路上设置双向阀，可以实现溢流咸水和补充咸水，当咸水体13内咸水没有被稀释，在模拟实验过程中，淡水驱替咸水，咸水体13内的咸水逐渐增多，超过指定咸水体13水平面高度之后，经溢流口流出，最后进入咸水处理箱6，当观测到咸水体13被稀释了之后，将被稀释咸水抽出，再将咸水处理箱6的指定含盐率的咸水依次经第三进出口、第一空间52和溢流口补充至咸水体13，保证咸水体13的含盐率的稳定，进而实现模拟环境的真实，获得真实准确的实验结果。

咸水处理箱6内平行设有上下布置的过滤膜装置64和第二分隔板65，并将所述咸水处理箱分隔形成从上至下依次布置的第三空间61、第四空间62和第五空间63；第四进出口与第三空间61连通，第三进出口与第五空间63连通；第三空间61的咸水经过滤膜装置64净化后流入至第四空间62；第四空间62用于调节咸水的含盐率，第四空间62内侧壁设有储盐箱66，储盐箱66上设有将其打开的第一阀门；第二分隔板65上设有将其打开的第二阀门。过滤膜装置64可以选用现有技术中的世韩膜。

咸水处理箱6的第三空间61收集的是被稀释的咸水，咸水经过滤膜装置64净化后进入第四空间62，第四空间62设有储盐箱66，用于调节咸水的含盐率至指定值，当第四空间62的调节完成后，第二阀门打开，指定含盐率的咸水进入第五空间63，可以补充咸水体13咸水，实现水资源的循环。

可以理解的是，第四空间62的容水量为一定值的前提下，获得指定含盐率的咸水，只需计算出定量的盐置于储盐箱66中，也可以在储盐箱66与第四空间62的连接处设置一可拆卸的密封封堵，每次可打开封堵加入定量的盐，然后关闭密封封堵。同时，第一阀门打开之后，储盐箱66内的全部定量的盐落入第四空间62，实验中，可以在第四空间62未充满水时将第一阀门打开，盐掉落之后关闭第一阀门。

通过咸水处理箱6的处理，可以简化实验人员对咸水的调节过程，操作简单方便，降低实验人员工作难度。

如图3所示，淡水系统包括针头式降雨器71、供水溢流盒72、第二升降装置73和淡水箱74，第二升降装置73与供水溢流盒72连接并用于调节供水溢流盒72的高度，供水溢流盒72设有进水口和出水口，进水口与淡水箱74连接，出水口与针头降雨器的入口连接，针头降雨器设置在人工岛屿模型12的上方。

其中第二升降装置73包括第二升降板和第二紧固螺钉，第二升降板上设有供水溢流盒72，第二升降板通过第二紧固螺钉和第二升降装置73的第二升降杆连接，拧松第二紧固螺钉，上下调节第二升降板的高度可以调节供水溢流盒72的高度，高度调节完成之后将第二紧固螺钉拧紧，实现第二升降板的固定。

针头降雨器包括一圆形箱体，圆形箱体下侧设有若干个圆形通孔，将降水针头设置在通孔中，供水溢流盒72为针头降雨器供应淡水。

第一阀门和第二阀门通过控制器控制开关。

通过控制器控制第一阀门和第二阀门的开关，当第四空间62内充满水时，打开第一阀门，放出储盐箱66内的定量的盐，实现经过计算第四空间62的大小，储盐箱66内的盐量可以使得第四空间62的咸水含盐率达到指定值，经监测含盐率达标后，控制打开第二阀门，使达到指定含盐率的咸水进入第五空间63。可以理解的是，第一阀门和第二阀门采用的是现有技术中的电动阀门。

本实施例的有益效果是：当实验进行到一定阶段，会发生淡水从模型表面流入咸水体13的情况，导致咸水体13的含盐率降低，而真实的自然环境中海水的含盐率保持着稳定的数值，少量的淡水并不会影响真实海水环境的含盐率，为保证模拟实验的真实和准确，本发明中咸水系统还能够用于控制咸水体13的含盐率，当监测系统监测到咸水体13的含盐率降低时，可以通过咸水系统补入咸水直至咸水体13含盐率达到指定值，现有技术中都没有考虑到咸水体13被稀释的问题，本发明保证了咸水体13的含盐率的稳定，使得模拟实验过程准确率更高，模拟实验的效果更符合实际情况，能获得更准确的实验数据，同时本申请设置了咸水处理箱6，实现水资源的循环利用。

实施例3：

在实施例2的基础上，还包括控制系统，控制系统与监测系统、第一阀门和第二阀门连接，同时控制系统与各连接管路上的双向阀和单向阀连接，通过控制系统，集中控制模拟实验中各个阀门的开关，当监测系统监测到咸水体13被稀释，关关闭第二进出口与咸水处理箱6的第三进出口连接的管路上的双向阀，打开流出口与第四进出口连接的管路上的单向阀，实现将被稀释咸水抽出至咸水处理箱6的第三空间61，当经过净化的水充满第四空间62，设置在过滤膜装置64位置的感应器将信号传输至控制系统，控制系统控制打开第一阀门，将储盐箱66内的定量的盐释放至第四空间62，调整第四空间62的含盐率，设置在第四空间62的探头监测到含盐率达标后，控制系统控制打开第二阀门，咸水进入第五空间63，同时打开双向阀，将第五空间63的咸水补充至槽体11内。

本实施例的有益效果是：本实施例具有实施例2的全部有益效果，同时通过控制系统集中控制可以实现模拟实现的自动控制及循环，实验人员不用一直守着，降低实验人员的工作强度。

实施例4：

一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验方法，包括：

S1：建立上述模拟实验装置；

S2：在淡水系统的淡水箱74中加入染色剂，方便观测淡水的流动；

S3：淡水箱中的有色的淡水经过供水溢流盒进入针头式降雨器中，针头式降雨器将有色的淡水降落至人工岛屿模型上；

S4：淡水驱替人工岛屿模型内的咸水，形成淡水透镜体；驱替出的咸水使得咸水体的水平面高度上升，通过咸水系统将咸水溢流出槽体使得咸水体的水平面高度保持稳定；

S5：当有色的淡水进入咸水体13稀释咸水体13内的咸水后，抽出被稀释的咸水并补充指定含盐率的咸水，保证槽体11内咸水体13含盐率的稳定；

S6：记录和观测淡水透镜体淡水流失情况。

本实施例的有益效果是：将加速吹填陆域地下淡水形成形成的物理过程进行整体重现，从而加速吹填陆域地下淡水形成形成发育因素进行全面分析，同时分析淡水透镜体淡水流失减小的可行性，为加速吹填陆域如何减少淡水流失和加大水源涵养的作用提供依据。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，包括：

用于模拟吹填陆域并观察地下淡水形成过程的槽体系统，包括槽体和位于所述槽体内的人工岛屿模型；所述槽体内注入用于模拟海水的咸水形成咸水体，所述咸水体的水平面高度低于所述人工岛屿模型的高度；

咸水系统，用于提供模拟海水环境的咸水同时控制所述咸水体的含盐率；所述咸水系统与所述槽体连接并连通；

淡水系统，用于模拟自然降雨；所述淡水系统将淡水降落至所述人工岛屿模型上；

监测系统，用于监测所述槽体系统各处的含盐率和水头分布；所述监测系统包括若干个探头，若干个所述探头均设置于所述槽体内；

所述人工岛屿模型的任一侧表面设有土工膜；

所述咸水系统包括第一升降装置、分流盒和咸水处理箱，所述第一升降装置与所述分流盒连接，用于调节所述分流盒的高度；所述分流盒的两端分别与所述咸水处理箱和所述槽体连接并连通，将所述槽体中被稀释的咸水中转至所述咸水处理箱中；所述咸水处理箱用于将被稀释的咸水含盐率调节至指定值；

所述分流盒中设有将其内部分隔形成第一空间和第二空间的第一分隔板，所述槽体上设有溢流口，所述咸水处理箱设有第三空间和第五空间，所述第一空间分别通过管道与所述槽体上的溢流口和所述第五空间连接并连通,所述第二空间分别通过管道与所述咸水体的底部和所述第三空间连接并连通并将所述咸水体内被稀释的咸水转入到所述第三空间中进行处理得到新处理的咸水；所述第三空间和第五空间连通并将所述新处理的咸水输入至所述第五空间中与溢流出的咸水混合,并将混合后的咸水经第一空间和所述溢流口输入至所述咸水体中。

2.根据权利要求1所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述咸水系统包括用于控制所述咸水体的水平面高度的溢流集水管和溢流箱，所述溢流集水管呈喇叭状，竖直设置在所述咸水体内，所述溢流集水管的高度可调节，通过调节所述溢流集水管的高度控制所述咸水体的水平面高度；所述溢流集水管的喇叭端面朝上且设有若干个溢流进水口，另一端设有出水口，所述出水口与所述溢流箱连接并连通。

3.根据权利要求2所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述咸水系统还包括用于控制所述咸水体含盐率的抽水箱和补水箱，所述抽水箱和所述补水箱分别与所述槽体通过连接管路连接并连通，且在连接管路上分别设置有水泵，所述抽水箱通过水泵将所述咸水体中被稀释的咸水抽出并收集；所述补水箱通过水泵为所述咸水体提供咸水。

4.根据权利要求1所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述第三空间与所述第五空间的连接处设有将所述第三空间与所述第五空间连通或分隔的第二阀门，所述第三空间内水平设置有过滤膜装置，所述过滤膜装置和所述第二阀门之间形成第四空间，所述第四空间内侧壁设有储盐箱，所述储盐箱上设有将其打开的第一阀门。

5.根据权利要求1所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述第一空间与所述第五空间的连接管道上设有水泵和双向阀，所述第二空间与所述咸水体的底部的连接管道上设有水泵和单向阀。

6.根据权利要求1所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述淡水系统包括针头式降雨器、供水溢流盒、第二升降装置和淡水箱，所述第二升降装置与所述供水溢流盒连接并用于调节所述供水溢流盒的高度，所述供水溢流盒设有进水口和出水口，所述进水口与所述淡水箱连接，所述出水口与所述针头式降雨器的入口连接，所述针头式降雨器设置在所述人工岛屿模型的上方。

7.根据权利要求1所述一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验装置，其特征在于，所述槽体为长方体，所述槽体的前端面为透明的观测面；所述槽体的底部由下至上依次铺设渗水砖和珊瑚砂；所述人工岛屿模型呈棱台结构，由圆砾、角砾、砂砾和粉粒按1:1:1:1配比制作而成。

8.一种用于加速吹填陆域地下淡水形成的模拟实验方法，其特征在于：包括：

S1：建立如权利要求1-7任一项所述的模拟实验装置；

S2：在淡水系统的淡水箱中加入染色剂，方便观测淡水的流动；

S3：淡水箱中的有色的淡水经过供水溢流盒进入针头式降雨器中，针头式降雨器将有色的淡水降落至人工岛屿模型上；

S4：淡水驱替人工岛屿模型内的咸水，形成淡水透镜体；驱替出的咸水使得咸水体的水平面高度上升，通过咸水系统将咸水溢流出槽体使得咸水体的水平面高度保持稳定；

S5：当有色的淡水进入咸水体稀释咸水体内的咸水后，抽出被稀释的咸水并补充指定含盐率的咸水，保证槽体内咸水体含盐率的稳定；

S6：记录和观测淡水透镜体淡水流失情况。