CN108982595A - 模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置和试验方法 - Google Patents

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郑春阳
陈孝兵
袁越
赵坚
沈振中
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid

Abstract

本发明公开了一种模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置和试验方法，属于模拟河湖潜流交换领域。装置包括插入河床底泥中的环形水槽，水槽无盖板和底板，水槽上方安装有平整水流的多孔板；循环驱动系统，包括水泵和盛放试验液体的水箱，通过水泵将试验液体从水槽一端输入到另一端的水箱中；整流装置，包括位于水箱下方的整流栅，以及位于整流栅下方的整流底板；电导率仪和温度探头。与现有技术相比，本发明避免了室内试验时人为因素对试验结果的干扰，从而为研究突发性高浓度污染物在野外河流和湖泊的迁移规律提供依据，并且试验结果精准，装置操作简便，易于组装，适应性强。

Description

模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置和试验方法
技术领域
本发明涉及模拟河湖潜流交换领域，尤其涉及模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置和试验方法。
背景技术
随着经济的快速发展，工业化带来的是河流、湖泊等水生环境越来越多的受到污染，尤其当工业区出现污染物集中排放和污染物泄露等问题时，河流、湖泊环境将很难完成自净，河湖上覆水中的高浓度污染物将向潜流带中迁移，进而严重影响潜流带的生物多样性。由于野外试验条件的复杂性受到限制，以及该问题的严重性，因此迫切需要对潜流交换进行原位试验。
目前对于突发性高浓度污染物潜流交换的研究主要采用室内循环水槽模拟试验，然而由于室内循环水槽的边界影响更大，沉积物模拟多采用人工砂无法真实的反应实际情况，忽略了水槽底部边界的影响，无法真实反应河流沉积物中动植物及微生物对污染物的富集作用等方面对试验工况进行的诸多简化，因此难以有效的探明突发性高浓度污染物潜流交换规律，而对突发性高浓度污染物潜流交换原位试验几乎未见研究。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置和试验方法，以解决现有技术中对突发性高浓度污染物潜流交换原位试验研究的不足之处。
技术方案：模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置，包括：
插入河床底泥中的水槽，水槽为环形，无盖板和底板，水槽上方安装有平整水流的多孔板；
循环驱动系统，包括水泵和盛放试验液体的水箱，通过水泵将试验液体从水槽一端输入到另一端的水箱中；
整流装置，包括位于水箱下方的整流栅，以及位于整流栅下方的整流底板；电导率仪，位于水槽上方，用于监测试验液体中电导率的变化，进而得出试验液体的浓度变化；温度探头，位于水槽上方，监测试验液体温度变化，防止较大的温度变化对试验产生影响。
水槽底部四周为刃形，便于插入河流或湖泊时对河流的底泥造成很小的扰动；槽体顶部设有加强筋。
模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置的试验方法，包括以下步骤：
(1)将环形水槽压入待试验河湖淤泥之中，组装试验装置；
(2)打开水泵，调节流量阀，使水槽内流速达到设定流速；
(3)将配制的试验液体倒入试验水箱；
(4)试验液体随着时间逐步进入河床沉积物中，观测水槽内上覆水浓度变化，抽取不同深度的孔隙水；
(5)试验结束后，关闭离心泵，采集垂直底泥，测量潜流交换深度及浓度；
(6)拆除仪器，选取下一个测试点进行试验。
步骤(3)中，试验液体采用NaCl作为污染物，食用色素作为示踪剂。
步骤(5)中，通过底泥采样器采集垂直底泥，通过测量污染物在底泥中的迁移深度及浓度反映污染物在底泥中的迁移情况。
工作原理：本发明利用野外河流原位场地，通过将水槽插入河床底泥中，形成封闭试验水槽；通过调节流量调节阀开度、增减水量及配比不同浓度试验溶液等多种方式，模拟河流湖泊中不同流速、水深及污染物浓度等多种参数下污染物在潜流带内的迁移规律；通过采用浅水环境手持电动高频震动沉积物取样钻机底泥采样器垂直采集底泥，并对污染物迁移深度进行测量，结合上覆水和孔隙水的污染物浓度，得到污染物迁移规律；由于整个装置的可拆卸性和重复利用性，可在不同河段选取不同试验条件进行模拟，有效的解决了传统室内试验水槽简化试验条件带来的影响。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)钢板焊接的长圆角矩形槽底周为刃形，插入河流或湖泊的底泥的过程中，对于河流的底泥扰动很小，能够模拟野外突发性高浓度污染物潜流交换；(2)通过离心泵将试验液体从水槽后部输送到水槽前部的水箱中，进而形成一个封闭的循环水槽，大大提高了试验效率。(3)提高离心泵、流量调节阀、流量计三者的协同作用，可以有效的模拟不同流速条件下的污染物输运。(4)试验模拟采用的是NaCl作为污染物，食用色素作为示踪剂，试验过程对环境影响极小。(5)将钢板焊接的长圆角矩形槽插入河流或湖泊的底泥，形成的天然水槽，槽内外水位一致，有效的避免了槽内外压力差的影响。(5)试验过程中通过安放在槽内的电导率仪能够有效的监测上覆水的污染物浓度变化，试验过程中采用特制的孔隙水采样器抽取孔隙水。(7)试验结束后，通过底泥采样器采集垂直底泥，能够明显的观察到污染物在底泥中的迁移情况。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为水槽俯视图；
图3为水槽侧视图；
图4为多孔板图；
图5为卡槽局部示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的试验装置由圆角矩形金属水槽1、液体循环驱动系统2、整流装置3、电导率仪4以及温度探头5等部分组成。其中金属水槽1尺寸根据离心泵2-1的功率确定，槽体长度范围为3-10米，宽度为0.5m；液体循环驱动系统2包括离心泵2-1、流量调节阀2-2、流量计2-3、水箱2-4和连接管2-5，以在封闭水槽中形成循环水流，水箱2-4用于盛放试验液体；整流装置3位于水槽前端，由塑料格网材料的整流栅3-1和不透水整流底板3-2组成，由于在试验过程中水槽两端会发生流态变化，进而对污染物的迁移产生影响，整流栅3-1和整流底板3-2在试验过程中可以减少紊动水流的影响；电导率仪4以及温度探头5悬挂于水槽上方，电导率仪用于监测试验液体中电导率的变化情况，从而得出污染物浓度变化情况；温度变化对于潜流交换影响较大，因此采用温度探头测量试验液体的温度变化，实时监测温度变化，防止较大的温度变化对试验产生影响。
如图2、图3所示，环形封闭的金属水槽1为钢板焊接的长圆角矩形槽1-1，长圆角矩形槽1-1由钢板焊接而成的桶状结构，上下均无底板，顶部外周焊接有加固钢筋6；底部外周为刃形7，便于插入河流或湖泊底泥中时，对河流的底泥造成很小的扰动；槽体上部两端可安装双层多孔板1-2，使槽内水流更加平顺，减少局部紊流对试验结果的影响。因为如果内外河水存在水位不一致的现象，即存在一定的内外压差，则污染物的迁移速度将受到压差的影响，若观察到内外水位不一致，可在试验开始前应在不加试验液体的情况下静置一段时间，利用水槽与外部水体的连通器原理保证水位一致。
如图4、图5所示，双层多孔板1-2为PVC矩形板，安插在两端的卡槽1-3中，得以固定，起到平整水流，减少对槽内泥沙扰动的作用。
模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置的试验方法，包括以下步骤：
(1)选取枯水期水位较低的河流和湖泊，选取合适的试验位置，在岸边搭建试验平台，将环形水槽1压入待试验河湖淤泥之中，插入深度为0.5米，组装水槽各部分结构。
(2)打开离心泵2-1后，打开流量调节阀2-2，使得水槽1内流速达到设计流速，以避免流速过大造成河床表面泥沙冲移。
(3)选取工业盐作为污染物和食用色素作为染色剂，配制高浓度污染物试验液体，并将试验液体倒入水箱2-4，保证试验液体在水槽1内循环流动。
(4)试验液体逐步进入河床沉积物中，并间隔设定的时间通过电导率仪4得到相应的上覆水中污染物浓度变化并通过地下水采样器抽取不同深度的孔隙水。
(5)试验结束后，关闭离心泵2-1，采用浅水环境手持电动高频震动沉积物取样钻机底泥采样器垂直采集底泥，通过测量污染物在底泥中的迁移深度及浓度反映污染物在底泥中的迁移情况。
(6)拆除仪器，选取下一个测点进行试验。

Claims (5)

1.一种模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置，其特征在于：包括：
插入河床底泥中的水槽(1)，所述水槽为环形，无盖板和底板，水槽上方安装有平整水流的多孔板(1-2)；
循环驱动系统(2)，包括水泵(2-1)和盛放试验液体的试验水箱(2-4)，通过水泵将试验液体从水槽一端输入到另一端的水箱(2-4)中形成循环水流；
整流装置(3)，包括位于试验水箱(2-4)下方的整流栅(3-1)，以及位于整流栅(3-1)下方的整流底板(3-2)；
电导率仪(4)，位于水槽上方，监测试验液体浓度变化；
温度探头(5)，位于水槽上方，监测试验液体温度变化。
2.根据权利要求1所述的模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置，其特征在于：所述水槽(1)底部四周为刃形，所述槽体顶部设有加强筋。
3.一种采用如权利要求1所述的模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置的试验方法，包括以下步骤：
(1)将水槽(1)压入待试验河湖淤泥之中，组装试验装置；
(2)打开水泵(2-1)，调节流量阀，使水槽内流速达到设定流速；
(3)将配制的试验液体倒入试验水箱(2-4)；
(4)试验液体随着时间逐步进入河床沉积物中，观测水槽内上覆水浓度变化，抽取不同深度的孔隙水；
(5)试验结束后，关闭水泵(2-1)，采集垂直底泥，测量潜流交换深度及浓度；
(6)拆除仪器，选取下一个测试点进行试验。
4.根据权利要求3所述的模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置的试验方法，其特征在于：步骤(3)中，试验液体采用NaCl作为污染物，食用色素作为示踪剂。
5.根据权利要求3所述的模拟野外高浓度污染物潜流交换原位试验装置的试验方法，其特征在于：步骤(5)中，通过底泥采样器采集垂直底泥，通过测量污染物在底泥中的迁移深度及浓度反映污染物在底泥中的迁移情况。
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