买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：合肥工业大学

摘要：本发明提供了一种用于研究地下河口咸淡水混合反应的实验装置和工作方法,包括渗流槽、第一淡水桶、第二淡水桶、海水桶、潮汐柱、成像系统，其中，渗流槽在水流方向由两块透水隔板分成淡水室、中央室和咸水室，淡水室与第一淡水桶、第二淡水桶相连接，第一淡水桶内为去除气泡后的去离子水，第二淡水桶内为去离子水中加入0.05molL乙二胺四乙酸二钠，中央室内部填装过筛后的白色石英砂，海水桶中盛装配制的人工海水，海水桶中海水由潜水泵泵入潮汐柱。通过本发明的技术方案，既可以直观还原陆源和海源溶质的接触、混合、反应过程，又能定量表征溶质的浓度变化，建立地下河口水文地质条件、混合带范围与反应强度的定量关系。

主权项：1.一种用于研究地下河口咸淡水混合反应的实验装置的工作方法,实验装置包括渗流槽（1）、第一淡水桶（2）、第二淡水桶（3）、海水桶（4）、潮汐柱（5）、成像系统，其特征在于，所述渗流槽（1）在水流方向（水平方向）由两块透水隔板（6）分成淡水室（7）、中央室（8）和咸水室（9），淡水室（7）的上部外侧设置有溢流口（10），淡水室（7）与第一淡水桶（2）、第二淡水桶（3）相连接，第一淡水桶（2）内为去除气泡后的去离子水，溶质浓度约为0gL，第二淡水桶（3）内为去离子水中加入0.05molL乙二胺四乙酸二钠，颜色为无色，中央室（8）内部填装过筛后的白色石英砂，并在靠近咸水室（9）一侧构建斜坡，咸水室（9）的顶部设置有可闭合溢流口（21），咸水室（9）的底部分别与海水桶（4）和潮汐柱（5）相连接，咸水室（9）和海水桶（4）相连接的管道上设置有第三止水夹（20），咸水室（9）和潮汐柱（5）相连接的管道上设置有第四止水夹（22），潮汐柱（5）的底部连通海水桶（4），海水桶（4）中盛装配制的人工海水，由分析纯氯化钠配制密度为1025gL，并含有0.1molL硫酸铜，颜色呈浅蓝色，海水桶（4）中海水由潜水泵泵入潮汐柱（5）；潮汐柱（5）由两个顶部敞口且高度不等的有机玻璃柱嵌套而成，中间的部分用于容纳液体，多余的液体溢流至内部玻璃柱，并从底部的开口回流至海水桶（4），外置电机提供动力通过钢丝绳和转盘导向，实现潮汐柱（5）周期性地上下振动；所述成像系统包括照相机（13）、红色遮光布（14）和灯箱（15），照相机（13）位于中央室（8）正面，在照相机（13）和渗流槽（1）之间为宽度3米的红色遮光布构造暗室，灯箱（15）放置在渗流槽（1）背面；具体包括以下步骤：步骤S1实验材料准备：过筛、漂洗后白色石英砂的粒径分布均匀d50=0.4mm，d90d10=2.3；采用饱水的方式装填石英砂，中央室（8）水位始终高于填装的砂样高度5cm,，石英砂填充高度为32cm，海滩坡度为1:2.5；地下淡水采用两种配制方法，第一淡水桶（2）内为去除气泡后的去离子水，溶质浓度约为0gL，第二淡水桶（3）内为去离子水中加入0.05molL乙二胺四乙酸二钠，颜色为无色；人工海水由分析纯氯化钠配制，并加入0.1molL硫酸铜，统一配制的海水密度为1025gL，颜色呈浅蓝色，放置于海水桶（4）中备用；步骤S2图像灰度-浓度定量关系：配制0.001molL、0.002molL、0.004molL、0.008molL、0.016molL、0.032molL、0.064molL、0.128molL一系列浓度的硫酸铜溶液和0.0005molL、0.001molL、0.002molL、0.004molL、0.008molL、0.016molL、0.032molL、0.064molL一系列浓度的乙二胺四乙酸铜；分别将不同浓度的CuSO4和EDTA-Cu溶液充满中央室（8），用照相机拍摄得到颜色照片，利用Python程序提取彩色图红绿蓝三通道的像素值，并利用视觉公式（1）加权求解灰度值；将灰度值赋值给红绿蓝三通道的像素值即可得到灰度图像，公式（2）；绘制监测点灰度和浓度间的标准曲线，建立二者定量的线性关系，公式（3）；在正式实验中，可根据拍照获取的灰度值由监测点标准曲线计算出目标溶质的浓度值；监测点的选取主要集中在地下河口，也就是中央室靠近咸水室的区域； 1式中，Rx,zt为t时刻实验彩色照片中坐标点x,z处红色通道的像素值，Gx,zt为t时刻实验彩色照片中坐标点x,z处绿色通道的像素值，Bx,zt为t时刻实验彩色照片中坐标点x,z处蓝色通道的像素值，Grayx,zt为加权计算得到的灰度值； 2式中，Rx,zt、Gx,zt、Bx,zt为灰度图中给红绿蓝三通道赋予的像素值； 3式中，Cix,z为监测点x,z处溶质i的浓度，k为监测点x,z处灰度和浓度间的斜率，b为常数；并利用Python软件转化成该浓度下的灰度值，建立地下河口不同监测点处灰度-浓度间定量的线性关系；步骤S3实验条件设置：咸水室（9）平均水位高度设置为24cm，潮汐周期1min，振幅为2cm；淡水室（7）水位高度固定为25cm；实验开始前关闭所有止水夹；步骤S4咸淡水混合带范围的确定：打开第一止水夹（11），盛有去离子水的第一淡水桶（2）与淡水室（7）相连；打开海水桶（4）与咸水室（9）间的第三止水夹（20），浅蓝色的海水从底部入口流入咸水室（9），向上驱替淡水，并从可闭合溢流口（21）流出，最终整个咸水室被海水占据；关闭可闭合溢流口（21）和第三止水夹（20），打开第四止水夹（22）并启动潮汐柱（5），咸水室水位随时间变化，海水入侵过程开始；实验过程中，照相机每隔1min拍照一次，记录中央室（8）内咸淡水分布的动态变化；实验持续运行直至咸淡水分布随连续潮汐循环不再改变；步骤S5地下河口反应性溶质运移过程：在步骤S4基础上，关闭第一止水夹（11），打开第二止水夹（12），将含有EDTA-Na的第二淡水桶（3）与淡水室（7）相连；含有EDTA-Na的地下淡水经过中央室（8）向咸水室（9）排泄，在中央室（8）咸淡水混合区会发生CuSO4和EDTA-Na间的双分子反应；含有EDTA-Na的地下淡水经过淡水室向中央室（8）渗流，在混合区与再循环的咸水（含有CuSO4）混合，会发生如下的双分子反应： 4；利用Python对实验照片进行灰度化处理，基于灰度值确定5%等盐度线（18）和95%等盐度线（19），从而确定上咸水楔（16）和下咸水楔（17）边缘的咸淡水混合区范围；生成物EDTA-Cu颜色为深蓝色，与反应物颜色明显不同；实验过程中，照相机每隔10s拍照一次，记录地下河口咸淡水混合反应过程；实验持续运行直至地下河口颜色分布随连续潮汐循环不再变化；利用Python程序计算灰度值，并基于公式（3）求解监测点的反应物和生成物浓度；监测点x,z处混合反应速率可由公式（5）确定； 5利用CuSO4和EDTA-Na之间的双分子反应，通过颜色变化直观观测滨海地下河口反应性溶质运移过程，并结合步骤S2建立的图像灰度-浓度标准曲线，计算地下河口各监测点反应物和生成物的浓度以及反应速率。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 合肥工业大学 用于研究地下河口咸淡水混合反应的实验装置和工作方法