CN104360014B - 模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，在所述试验箱内设置有多个台阶，所述多个台阶的高度呈梯度设置，在每个所述台阶上设置有用于盛放沉积物的置放槽；由于实际的湖泊面积较大，沉积物高程波动较大，野外现场无法按照试验目标设定高程梯度变化，而本装置通过多个台阶的设置能够有效模拟沉积物的高程梯度和水位变化。同时，本发明所述模拟装置还设置有水体在线检测系统和送气管，从而可以对水样中的DO含量进行调节，模拟出真实的水深环境。

Description

模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置

技术领域

本发明属于湖泊环境科学、环境工程范畴，具体涉及一种适用于研究湖泊水位变化对对沉积物氮磷和重金属含量、形态和生物有效性影响的模拟装置。

背景技术

湖泊的沉积物中富集着大量的氮、磷、重金属等污染物，是破坏湖泊水环境的一个内源。富集在沉积物中的污染物在湖泊水体环境发生变化时极易从沉积物中释放出来，从而影响到湖泊水质。由于内源污染是我国大多数湖泊存在的普遍问题，因此如何控制湖泊的内源污染已经成为环境领域的一个重要课题，在这种背景环境下，如何通过有效的实验装置对沉积物中氮、磷、重金属的释放机制进行模拟和研究，就有了十分重要的意义。

现有技术中模拟沉积物氮、磷释放的实验通常都是在较为简易的容器中进行，如中国科技论文《水体沉积物中的氮磷释放规律研究》（广东工业大学硕士学位论文，林华实，2011年）中公开了一种用于模拟沉积物氮磷释放的实验装置，该装置为一个自制的聚乙烯桶（直径23cm、高36cm），在距离桶底15cm的桶壁上设置了一个取样口。在进行模拟实验时，桶中置放的湖泊沉积物的厚度为4cm，在所述沉积物的上方覆上原采样点的水样，水样的液面到沉积物表层的垂直高度为20cm。在需要检测指标时，通过取样口取出100ml水样，然后即可对水样的pH、DO等值进行检测，从而可研究不同pH、Do、温度等条件下氮、磷的释放规律。

除了上述自制聚乙烯桶之外，中国专利文献CN102735810A还公开了一种用于研究高水位条件下水—沉积物界面重金属释放和形态变化的模拟装置，该装置为柱样透明的有机玻璃管，在进行实验时，将原位采集的沉积物样品放入所述有机玻璃管中并形成一个淹水的条件，然后利用在线安装的Do、ORP、pH、EH和温度仪检测水体的物理化学变化；同时设置一条采样软管，在固定的时间间隔抽取距沉积物1cm处的水样，从而可以长期连续地监测水体的变化并实现即时采样。

上述模拟装置虽然可实现环境指标的在线监测，不过无论是采用现有技术中的简易容器还是采用设置了在线监测仪器的模拟装置，其出发点都是为了研究诸如Do、pH等水体环境指标对污染物释放量产生的影响。而本发明的发明人在进行了大量调研的基础上发现，除了上述常规的水体环境指标外，水位的变化也是影响氮、磷释放的一个关键因素：近年来，由于大量水利工程的建设和气候变化等原因，大量的湖泊与其相连的大江、大河之间的江湖关系发生较大变化，进而引起湖泊水位、水动力、泥沙、透明度等发生显著变化。而其中，水位变化是引起其它因素改变的关键，水位变化总体表现为丰水期水位持续偏低，枯水期时间提前且出现频率增加，水位的这种变化直接导致沉积物的出露时间延长，而沉积物高程越高其出露水面时间越长,导致沉积物表层环境、理化性质、微生物活性等发生较大改变，进而引起其氮磷和重金含量形态、结构及活性等发生变化，来年湖泊进入丰水期，沉积物被淹后，将对水质造成严重的威胁。

因此，模拟不同高程沉积物氮磷和重金属释放实验，研究水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险的影响，具有十分重要的意义。但是截止目前，现有技术中还未出现可用于模拟不同高程沉积物的氮磷、重金属释放的实验装置。虽然从进行实验室实验的角度出发，要模拟出不同高程沉积物的自然环境，可以通过设置多个液面高度不同的实验容器来实现，但是这样一来无疑就使得实验装置较为复杂，其操作难度随之加大，试验获得数据的误差也将增大。

发明内容

本发明解决的是现有技术中缺少可用于模拟不同高程沉积物的氮磷、重金属释放风险的实验装置，进而提供一种结构简单、便于操作、能够最大程度减少系统误差的能够模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，包括：

试验箱；

水体在线检测系统，包括重金属检测仪、氮磷检测仪和pH/ORP/溶解氧/电导率多参数测量仪，用于检测试验箱内水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值、电导率值；

多个台阶，设置在所述试验箱内，所述多个台阶的高度呈梯度设置，在每个所述台阶上设置有用于盛放沉积物的置放槽；

沉积物在线检测系统，包括多个检测机构，所述多个检测机构分别伸入位于所述多个台阶上的置放槽内，每个所述检测机构适宜于检测沉积物样品的pH值、DO值、Eh值；

多组板式磷酸盐和/或重金属DGT探针，分别插入所述多个置放槽内设置；

送气管，设置在所述试验箱内且位于液面的下方，与所述送气管连通设置有氮气瓶和氧气瓶。

还设置有颗粒物收集管，位于所述颗粒物收集管一端的开口设置在所述试验箱内的水体中，与所述颗粒物收集管的另一端连接设置有过滤装置和电机；

正对所述颗粒物收集管位于所述水体中的开口处设置有挡流板，所述挡流板包括一个正对所述开口设置的平板和两个分别位于所述平板两侧的侧板，所述两个侧板沿从所述平板到所述开口的方向逐渐向外扩张，在每个所述侧板和所述平板之间设置有1-2cm的间隙，所述平板到所述开口的距离为3-5cm。

所述多个台阶紧贴设置且按照高度由高到低依次排列，每两个相邻台阶之间的高度差为30cm。

还设置有水位控制系统，所述水位控制系统包括：

液体输送机构；

抽水管和送水管，分别有一端与所述液体输送机构连通设置，另一端设置在所述试验箱内水体液面下方；

在正对所述送水管位于所述水体液面下方的送水口处以及正对所述抽水管位于所述水体液面下方的抽水口处分别设置有缓冲板，所述缓冲板为圆弧形板，其中，位于正对所述送水口处的所述缓冲板的开口朝向所述送水口设置；位于正对所述抽水口处的所述缓冲板的开口朝向所述抽水口设置。

所述水位控制系统还包括：

操作模块，与所述液体输送机构连接设置，用于输入水位设定值和设定时间，并适宜于向所述输送装置下达指令控制所述入水管的送水量和所述出水管的抽水量；

电子标尺，与所述操作模块连接设置，所述电子标尺对所述试验箱内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块。

基于所述装置的模拟实验方法，包括如下步骤：

（1）对湖泊采样点处的沉积物表层的DO值进行检测，完成检测后采集所述采样点处的沉积物；

（2）将步骤（1）中原位采集的沉积物分成多份，分别放置在位于所述多个台阶上的置放槽内；

（3）向所述试验箱中注入水体；

（4）通过调节送气管的送气量使得水体中的DO值与步骤（1）中检测的DO值相等；

（5）利用所述水体在线检测系统在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值，利用沉积物在线检测系统在线检测各个沉积物样品的pH值、DO值和Eh值；同时利用多组板式磷酸盐和/或重金属DGT探针测定沉积物中的磷酸盐和/或重金属的浓度；

（6）步骤（5）中的检测完成后，改变所述试验箱中水体的液面高度，再次重复步骤（4）-（5），直至完成不同液面高度下的模拟实验。

步骤（5）中，还使用颗粒物收集管采集所述试验箱内的水样和颗粒物样品。

步骤（6）中，利用液体输送机构通过抽水管对所述试验箱内水体液面进行抽水；利用液体输送机构通过送水管向所述试验箱内输入水，从而改变试验箱中水体的液面高度。

向操作模块中输入一个或者多个水位设定值和每个水位设定值所对应的设定时间，步骤（6）中，利用电子标尺对所述试验箱内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块，所述操作模块将接收到的监测值信息与水位设定值进行比对并根据比对结果向所述液体输送机构下达指令，所述液体输送机构收到指令后调节与其连接的抽水管的抽水量和送水管的送水量，从而改变所述试验箱中水体的液面高度。

在步骤（1）中使用沉积物采样装置采集所述采样点处的沉积物；所述沉积物采样装置包括：

一个圆柱形的有机玻璃管，所述有机玻璃管的底端开口设置，顶端设置有橡胶盖；

抽气管，一端贯穿所述橡胶盖设置，延伸至所述有机玻璃管的内部；另一端与抽气装置连接；

盛水腔，设置在位于所述抽气装置与所述有机玻璃管之间的抽气管上。

本发明中所述DO值是指溶解氧含量，Eh值是指溶液的氧化-还原电位。

本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，优点在于：

（1）本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，在所述所述试验箱内设置有多个台阶，所述多个台阶的高度呈梯度设置，在每个所述台阶上设置有用于盛放沉积物的置放槽；由于实际的湖泊面积较大，沉积物高程波动较大，野外现场无法按照试验目标设定高程梯度变化，而本装置通过多个台阶的设置能够有效模拟沉积物的高程梯度。同时，本发明所述模拟装置还设置有水体在线检测系统和送气管，从而可以对水样中的DO值含量进行调节，模拟出真实的水深环境（水深越深，DO含量越低）。

野外的模拟受外界因素影响较多，无法判断沉积物氮磷和重金属风险变化是否是因为水位的变化的影响，而本发明中的室内模拟装置能够最大程度地减少其他影响因素的干扰。

本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，实现实验室水位真实模拟控制—实时监测—水体、颗粒物和沉积物、沉积物间隙水以及上覆水样品采集系统联合运转，可以获得连续而且较为全面的数据，有助于科学问题更加深入的揭示；且所述室内模拟装置操作省时、省力，占地小，成本低，维护也较为简单。

本发明中水样通过板式磷酸盐或者重金属DGT探针时，难溶的基质被板式磷酸盐和重金属DGT探针中的滤膜阻隔,溶解态的重金属离子和/或磷酸盐通过滤膜和扩散层到达板式重金属和/或磷酸盐DGT探针中的吸附层被固定后定期取出,测定板式磷酸盐或者重金属DGT探针中吸附层的磷酸盐或者重金属含量。

（2）本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，还设置有颗粒物收集管，所述颗粒物收集管的一端伸入所述试验箱内的水体中，与所述颗粒物收集管的另一端连接设置有过滤装置和电机。通过所述颗粒物收集管，可实现样品的直接、快速分离，提高试验的精确度，克服了颗粒物中营养盐和水体间较易转化的难点。

所述水体在线检测系统包括：重金属监测探头可以用于检测出水体从ppb到ppm的12种金属元素（Al,As,B,Cd,Cr(VI),Cu,Fe,Hg,Mn,Ni,Pb,Zn）（便携式重金属检测仪AVVOR8000，加拿大AVVOR公司）；氮磷监测探头用于检测出水体氨氮、总磷、总氮（深圳市昌鸿科技有限公司，PWN-840型）;5-Star便携式pH/ORP/溶解氧/电导率多参数测量仪（热电奥立龙公司，美国）用于检测出水体pH值、DO值、Eh值。

（3）本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，还设置有颗粒物收集管，位于所述颗粒物收集管一端的开口设置在所述试验箱内的水体中，与所述颗粒物收集管的另一端连接设置有过滤装置和电机；正对所述颗粒物收集管位于所述水体中的开口处设置有挡流板，所述挡流板包括一个正对所述开口设置的平板和两个分别位于所述平板两侧的侧板，所述两个侧板沿从所述平板到所述开口的方向逐渐向外扩张，在每个所述侧板和所述平板之间设置有1-2cm的间隙，所述平板到所述开口的距离为3-5cm。本发明通过设置所述颗粒物收集管，能够对水体内的颗粒物进行过滤收集，同时本发明通过设置所述挡流板，其优点在于：一方面所述挡流板的设置能够使得水箱内的液体不会沿着直线路径进入所述颗粒物收集管，从而能够有效避免颗粒物收集管吸取液体时产生的扰动对沉积物的氮磷、重金属释放产生影响；另一方面，本发明通过设置每个所述侧板和所述平板之间设置有1-2cm的间隙，使得各个方向的颗粒物都能够进入平板和侧板形成的合围内部，从而有效避免因为设置了挡流板而导致颗粒难以进入其合围的内部，从而导致所述颗粒物收集管难以采集颗粒物的问题。

（4）本发明所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，还设置有水位控制系统，所述水位控制系统包括：液体输送机构、抽水管和送水管，其中在正对所述抽水管的抽水口处和正对所述送水管的送水口处均设置有缓冲板，所述缓冲板为圆弧形板，所述缓冲板的开口朝向所述送水口/抽水口设置，所述缓冲板的底端与所述送水口/抽水口之间的距离为3-5cm。本发明设置所述所述缓冲板的优点在于，能够有效避免在向所述试验箱内送水或者抽水过程中因水流扰动而影响沉积物氮磷、重金属释放的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施案例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1所示是本发明所述模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置的结构示意图；

图2所示是本发明所述设置有水位控制系统和颗粒物收集管的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置的结构示意图；

图3所示是本发明所述颗粒物收集管和所述挡流板的结构示意图；

图4所示是本发明所述抽水管、送水管和缓冲板的结构示意图；

其中，附图标记为：

1-试验箱；2-台阶；3-沉积物在线检测系统；4-检测机构；5-水体在线检测系统；6-颗粒物收集管；7-电子标尺；8-操作模块；9-抽水管；10-送水管；11-液体输送机构；12-送气管；13-平板；14-侧板；15-缓冲板；16-抽气装置；17-盛水腔；18-有机玻璃管；19-橡胶盖；20-抽气管；21-上覆水；22-沉积物。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本实施例中提供的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置如图1所示，包括一个试验箱1，试验箱1的尺寸为长×宽×高=2米×2米×2米；试验箱1由钢化玻璃材料制成，呈透明状；试验箱1设置有五个面，上面与空气接触；

在试验箱1内设置有水体在线检测系统5，所述水体在线检测系统5包括重金属检测仪、氮磷检测仪和pH/ORP/溶解氧/电导率/温度多参数测量仪，用于检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度以及pH值、DO值、Eh值和温度。

在所述试验箱1内且位于所述试验箱1的底面上设置有5个台阶2，所述5个台阶2的高度呈梯度设置，在每个所述台阶2上设置有用于盛放沉积物的置放槽；本实施例中所述5个台阶2紧贴设置且按照高度由高到低依次排列依次为150cm、120cm、90cm、60cm、30cm。

还设置有沉积物在线检测系统3和多组板式DGT探针，所述沉积物在线检测系统3包括多个检测机构4，所述多个检测机构4分别伸入位于所述多个台阶2上的置放槽内；每个所述检测机构4均设置有pH/ORP/溶解氧/电导率/温度多参数测量仪，所述pH/ORP/溶解氧/电导率/温度多参数测量仪的检测探头插入所述沉积物中设置；每组所述板式DGT探针也分别插入一个置放槽中，每组所述探针包括一个板式磷酸盐DGT探针和一个板式重金属探针，所述板式磷酸盐DGT探针英国DGTResearchLtd公司生产的营养盐专用沉积物探针（采用DGT技术研制出的一种新型原位监测装置）；所述板式重金属探针为英国DGTResearchLtd公司生产的重金属专用沉积物探针。

在所述试验箱1内且位于液面的下方安装有送气管12，与所述送气管12的进气端连通设置有氮气瓶和氧气瓶。

本实施例中使用的所述重金属检测仪为加拿大AVVOR公司生产的便携式重金属检测仪AVVOR8000；所述氮磷检测仪为深圳市昌鸿科技有限公司生产的PWN-840型氮磷检测仪；所述便携式pH/ORP/溶解氧/电导率/温度多参数测量仪为美国热电奥立龙公司生产的5-Star型多参数测量仪。

基于本实施例中所述装置的模拟实验方法，包括如下步骤：

（1）对湖泊采样点处的沉积物表层的DO值进行检测，完成检测后采集所述采样点处的沉积物，本实施例中所述采样点的高程为150cm；

（2）将步骤（1）中原位采集的沉积物分成多份，分别放置在位于所述多个台阶2上的置放槽内；

（3）向所述试验箱1中注入水体，所述水体的液面高度为170cm;

（4）通过调节送气管12的送气量使得水体中的DO值与步骤（1）中检测的DO值相等；

（5）利用所述水体在线检测系统5在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值，利用沉积物在线检测系统3在线检测各个沉积物样品的pH值、DO值和Eh值；同时利用多组板式磷酸盐和重金属DGT探针测定沉积物中的磷酸盐和重金属的浓度；

（6）步骤（5）中的检测完成后,依次降低所述试验箱1中水体的液面高度至140cm、110cm、80cm和50cm，且重复步骤（4）-（5），对步骤（4）中的测量结果进行记录和分析。

实施例2

本实施例中所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置如图2所示，本实施例中所述的装置在实施例1的基础上还设置有：

颗粒物收集管6，颗粒物收集管6颗粒物收集管6位于所述颗粒物收集管6一端的开口设置在所述试验箱1内的水体中，与所述颗粒物收集管6的另一端连接设置有过滤装置和电机；正对所述颗粒物收集管6位于所述水体中的开口处设置有挡流板，所述挡流板包括一个正对所述开口设置的平板13和两个分别位于所述平板13两侧的侧板14，所述两个侧板14设置在所述平板13和所述开口之间，所述两个侧板14沿从所述平板13到所述开口的方向逐渐向外扩张，在每个所述侧板14和所述平板13之间设置有1-2cm的间隙，所述平板13到所述开口的距离为3-5cm。

还设置有水位控制系统，所述水位控制系统包括：

液体输送机构11；

抽水管9和送水管10，分别有一端与所述液体输送机构11连通设置，另一端设置在所述试验箱1内水体液面下方；

在正对所述送水管10位于所述水体液面下方的送水口处以及正对所述抽水管9位于所述水体液面下方的抽水口处分别设置有缓冲板15，所述缓冲板15为圆弧形板，其中，位于正对所述送水口处的所述缓冲板15的开口朝向所述送水口设置；位于正对所述抽水口处的所述缓冲板15的开口朝向所述抽水口设置；位于所述送水口处的所述缓冲板15的底部到所述送水口处的距离与位于所述抽水口处的所述缓冲板15的底部到所述抽水口处的距离设置为3-5cm。

操作模块8，与所述液体输送机构11连接设置，用于输入水位设定值和设定时间，并适宜于向所述输送装置下达指令控制所述入水管的送水量和所述出水管的抽水量；

电子标尺7，与所述操作模块8连接设置，所述电子标尺7对所述试验箱1内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块8。

基于本实施例所述装置的模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）对湖泊采样点处的沉积物表层的DO值进行检测，完成检测后采集所述采样点处的沉积物；

（2）将步骤（1）中原位采集的沉积物分成多份，分别放置在位于所述多个台阶2上的置放槽内；

（3）向所述试验箱1中注入水体；

（4）通过调节送气管12的送气量使得水体中的DO值与步骤（1）中检测的DO值相等；向操作模块8中输入多个水位设定值和每个所述水位设定值的设定时间；

（5）利用所述水体在线检测系统5在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值，利用沉积物在线检测系统3在线检测各个沉积物样品的pH值、DO值和Eh值；同时利用多组板式磷酸盐和重金属DGT探针测定沉积物中的磷酸盐和重金属的浓度；使用颗粒物收集管6采集所述试验箱1内的水样，利用所述过滤装置过滤出水样中的颗粒物样品。

（6）步骤（5）中的检测完成后，利用电子标尺7对所述试验箱1内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块8，所述操作模块8将接收到的监测值信息与水位设定值进行比对并根据比对结果向所述液体输送机构11下达指令，所述液体输送机构11收到指令后调节与其连接的抽水管9的抽水量和送水管10的送水量，从而改变所述试验箱1中水样的液面高度，再次重复步骤（4）-（5），直至完成不同液面高度下的模拟实验。

本实施里在步骤（1）中使用沉积物采样装置采集所述采样点处的沉积物，同时所述沉积物采样装置还能够采集沉积物的间隙水和上覆水；所述沉积物采样装置包括：

一个圆柱形的有机玻璃管18，所述有机玻璃管18的底端开口设置，顶端设置有橡胶盖19；

抽气管20，一端贯穿所述橡胶盖19设置，延伸至所述有机玻璃管18的内部；另一端与抽气装置16连接；

盛水腔17，设置在位于所述抽气装置16与所述有机玻璃管18之间的抽气管20上；

在进行采样时将所述有机玻璃管18插入沉积物22中，盖上盖子，利用所述抽气装置16将位于沉积物上方的上覆水21抽至所述盛水腔17中，抽完后拔出玻璃管，将沉积物带出，即完成采样。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，包括：

试验箱；

水体在线检测系统，包括重金属检测仪、氮磷检测仪和pH/ORP/溶解氧/电导率多参数测量仪，用于检测试验箱内水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值、电导率值；

其特征在于，还包括：

多个台阶，设置在所述试验箱内，所述多个台阶的高度呈梯度设置，在每个所述台阶上设置有用于盛放沉积物的置放槽；

沉积物在线检测系统，包括多个检测机构，所述多个检测机构分别伸入位于所述多个台阶上的置放槽内，每个所述检测机构适宜于检测沉积物样品的pH值、DO值、Eh值；

多组板式磷酸盐和/或重金属DGT探针，分别插入所述多个置放槽内设置；

送气管，设置在所述试验箱内且位于液面的下方，与所述送气管连通设置有氮气瓶和氧气瓶；

颗粒物收集管，位于所述颗粒物收集管一端的开口设置在所述试验箱内的水体中，与所述颗粒物收集管的另一端连接设置有过滤装置和电机；

正对所述颗粒物收集管位于所述水体中的开口处设置有挡流板，所述挡流板包括一个正对所述开口设置的平板和两个分别位于所述平板两侧的侧板，所述两个侧板沿从所述平板到所述开口的方向逐渐向外扩张，在每个所述侧板和所述平板之间设置有1-2cm的间隙，所述平板到所述开口的距离为3-5cm。

2.根据权利要求1所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，其特征在于，所述多个台阶紧贴设置且按照高度由高到低依次排列，每两个相邻台阶之间的高度差为30cm。

3.根据权利要求1或2所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，其特征在于，还设置有水位控制系统，所述水位控制系统包括：

液体输送机构；

抽水管和送水管，分别有一端与所述液体输送机构连通设置，另一端设置在所述试验箱内水体液面下方；

在正对所述送水管位于所述水体液面下方的送水口处以及正对所述抽水管位于所述水体液面下方的抽水口处分别设置有缓冲板，所述缓冲板为圆弧形板，其中，位于正对所述送水口处的所述缓冲板的开口朝向所述送水口设置；位于正对所述抽水口处的所述缓冲板的开口朝向所述抽水口设置。

4.根据权利要求3所述的模拟水位变化对沉积物氮磷和重金属释放风险影响的装置，其特征在于，所述水位控制系统还包括：

操作模块，与所述液体输送机构连接设置，用于输入水位设定值和设定时间，并向所述液体输送机构下达指令控制所述送水管的送水量和所述抽水管的抽水量；

电子标尺，与所述操作模块连接设置，所述电子标尺对所述试验箱内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块。

5.基于权利要求1所述装置的模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对湖泊采样点处的沉积物表层的DO值进行检测，完成检测后采集所述采样点处的沉积物；

(2)将步骤(1)中原位采集的沉积物分成多份，分别放置在位于所述多个台阶上的置放槽内；

(3)向所述试验箱中注入水体；

(4)通过调节送气管的送气量使得水体中的DO值与步骤(1)中检测的DO值相等；

(5)利用所述水体在线检测系统在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值、Eh值，利用沉积物在线检测系统在线检测各个沉积物样品的pH值、DO值和Eh值；同时利用多组板式磷酸盐和/或重金属DGT探针测定沉积物中的磷酸盐和/或重金属的浓度；

(6)步骤(5)中的检测完成后，改变所述试验箱中水体的液面高度，再次重复步骤(4)-(5)，直至完成不同液面高度下的模拟实验。

6.根据权利要求5所述的模拟实验方法，其特征在于，步骤(5)中，还使用颗粒物收集管采集所述试验箱内的水样和颗粒物样品。

7.根据权利要求6所述的模拟实验方法，其特征在于，步骤(6)中，利用液体输送机构通过抽水管对所述试验箱内水体液面进行抽水；利用液体输送机构通过送水管向所述试验箱内输入水，从而改变试验箱中水体的液面高度。

8.根据权利要求7所述的模拟实验方法，其特征在于，向操作模块中输入一个或者多个水位设定值和每个水位设定值所对应的设定时间，步骤(6)中，利用电子标尺对所述试验箱内的水位高度进行监测，并将监测值传送至所述操作模块，所述操作模块将接收到的监测值信息与水位设定值进行比对并根据比对结果向所述液体输送机构下达指令，所述液体输送机构收到指令后调节与其连接的抽水管的抽水量和送水管的送水量，从而改变所述试验箱中水体的液面高度。

9.根据权利要求8所述的模拟实验方法，其特征在于，在步骤(1)中使用沉积物采样装置采集所述采样点处的沉积物；所述沉积物采样装置包括：

一个圆柱形的有机玻璃管，所述有机玻璃管的底端开口设置，顶端设置有橡胶盖；

抽气管，一端贯穿所述橡胶盖设置，延伸至所述有机玻璃管的内部；另一端与抽气装置连接；

盛水腔，设置在位于所述抽气装置与所述有机玻璃管之间的抽气管上。