CN110161211B - 模拟次生盐碱水产生过程的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，包括试验水槽和支架，试验水槽设置于支架上，底部水槽位于试验水槽底部，梯形盐碱土填充槽对称分布于试验水槽的两侧，储水槽位于梯形盐碱土填充槽的上方，倒梯形水槽位于两侧的梯形盐碱土填充槽和储水槽之间，倒梯形水槽两侧的斜槽板为可抽出式活动板，储水槽与梯形盐碱土填充槽之间槽板、各层梯形盐碱土填充槽之间槽板、梯形盐碱土填充槽与底部水槽之间槽板以及各层梯形盐碱土填充槽与倒梯形水槽之间斜槽板上分别开有透水孔，各层梯形盐碱土填充槽外壁槽板上设有取样孔，底部水槽设有出水管阀。本发明能够模拟还原盐碱水的形成环境，能够对盐碱土污染物衰减机制及水质调控进行较为全面的研究。

Description

模拟次生盐碱水产生过程的试验装置

技术领域

本发明属于次生盐碱水水质调控研究的技术领域，特别是涉及一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置。

背景技术

荒弃盐碱水资源的渔业利用，是拓宽宜渔面积、改善生态环境、实现当地居民精准扶贫的重要途径。然而，低洼次生盐碱水环境中氮、磷等污染物浓度过高问题，缺乏行之有效的调控措施，这是限制盐碱水资源渔业开发利用的极大瓶颈。

水槽模拟实验相对于传统的土柱实验，具有二维流向，可在垂直方向和水平方向观察污染物转化过程，对于还原自然状态下的污染物转化过程更具优势。污染物迁移、转化、归趋动力学研究中多采用一系列的水槽实验，尽可能的模拟自然体系，来监测污染物质在水动力作用下的转化过程。同时，模拟体系中实验材料多采自研究地自然存在的沉积物或土壤，提供了最接近自然状态下的微生物集群和环境物质条件。

然而，现有水槽模拟实验多用于模拟湖泊、河流等水域条件，自然水体和盐碱渗出水在理化条件、水质特点、微生物群落方面有巨大差异，导致无法进一步探讨渗出水的水质改良利用措施，这对于盐碱水土资源的渔业利用造成了巨大阻碍。因此，开发一种能够模拟次生盐碱水产生过程，模拟包括灌溉、降雨、蒸发、地下径流作用下，尤其是水利条件、水文条件、环境因素与自然水环境相似甚至相同的集成模拟装置，对实验室研究盐碱水土资源利用，污染物迁移转化及衰减机制、盐碱水土改良效果等具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，能够对自然盐碱土水环境的水利条件、水文条件和环境因素进行高度相似模拟，能够对水盐在竖向和水平方向的运动情况模拟，能够对洗盐过程和地下水返盐运动进行模拟，模拟还原盐碱水的形成环境，能够对盐碱土污染物衰减机制及水质调控进行较为全面的研究。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，包括顶部敞口的试验水槽和支架，所述试验水槽设置于支架上，所述试验水槽包括储水槽、若干层梯形盐碱土填充槽、倒梯形水槽和底部水槽，所述底部水槽位于试验水槽的底部，所述若干层梯形盐碱土填充槽位于底部水槽的上方且对称分布于试验水槽的两侧，所述储水槽位于梯形盐碱土填充槽的上方，所述倒梯形水槽位于两侧的梯形盐碱土填充槽和储水槽之间，所述倒梯形水槽两侧的斜槽板为可抽出式活动板，所述储水槽与梯形盐碱土填充槽之间槽板、各层梯形盐碱土填充槽之间槽板、梯形盐碱土填充槽与底部水槽之间槽板以及各层梯形盐碱土填充槽与倒梯形水槽之间斜槽板上分别开有透水孔，对应各层梯形盐碱土填充槽的外壁槽板上分别设有可密封的取样孔，所述底部水槽设有出水管阀。

所述支架的底部安装有滚轮。

所述试验水槽采用透明材料制成，外部套有遮光罩。

所述试验水槽上方附有防止倒梯形水槽形变的拉筋。

所述试验水槽中设有透水孔的槽板和斜槽板上覆盖有防止土壤渗漏的网层。

所述取样孔通过橡胶塞进行密封。

所述储水槽的上方安装有可调节灌溉水流流速和频率进水结构。

所述若干层梯形盐碱土填充槽内部分别填充有原生盐碱土。

所述出水管阀设置于底部水槽的底部右侧。

所述试验水槽的槽板上对应斜槽板的安装位置设有导向槽，所述斜槽板与导向槽之间可抽插活动地配合密封装配。

有益效果

在本发明中，梯形盐碱土填充槽内部填充原始盐碱土壤用于模拟自然盐碱地土质，中间倒梯形水槽用于模拟自然环境中的池塘，底部水槽用于模拟盐碱地地下水，整体试验水槽能够对自然盐碱土水环境的水利条件、水文条件和环境因素进行高度相似模拟，能够对水盐在竖向和水平方向的运动情况模拟，能够对灌溉、降雨、地表径流、地下径流的洗盐过程和地下水返盐运动进行模拟，模拟还原盐碱水的形成环境，能够对盐碱土污染物衰减机制及水质调控进行较为全面的研究，包括原始盐碱土土质改良效果、有毒有害物质在原始盐碱土的累积和迁移、盐碱渗出水中污染物的迁移转化过程、水盐运移规律、盐碱水水质改良效果等，结构简单，操作简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明试验水槽的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示的一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，包括顶部敞口的试验水槽1和支架2。

试验水槽1的规格为150cm(长)×20cm(宽)×120cm(高)，采用透明的有机玻璃板制成。支架2为不锈钢角钢框架，用于固定并支撑试验水槽1，高度为60cm，长宽则比试验水槽1大3～5cm。支架2的底部安装有滚轮7，以方便装置的移动。

如图2所示，试验水槽1由四部分组成为一体，包括储水槽1-1、两侧对称的三层梯形盐碱土填充槽1-2、倒梯形水槽1-3和底部水槽1-4。底部水槽1-4位于试验水槽1的底部，用于模拟盐碱地地下水，底部水槽1-4尺寸为120cm×20cm×15cm。三层梯形盐碱土填充槽1-2位于底部水槽1-4的上方且对称分布于试验水槽1的两侧，用于模拟自然盐碱地土质，第一层梯形盐碱土填充槽1-2高30cm，底部宽30cm，第二层梯形盐碱土填充槽1-2高30cm，底部宽40cm，第三层梯形盐碱土填充槽1-2高30cm，底部宽50cm。储水槽1-1位于梯形盐碱土填充槽1-2的上方，储水槽1-1高15cm，底部宽20cm。倒梯形水槽1-3位于两侧的梯形盐碱土填充槽1-2和储水槽1-1之间，用于模拟自然环境中的池塘，上底80cm，下底40cm，高105cm，宽20cm。试验水槽1外部套有遮光罩，可模拟土壤的黑暗条件，并用以探讨光照对次生盐碱水污染物衰减的影响。试验水槽1上方两侧向内1/3的位置分别沿宽度方向附有拉筋，能够有效防止倒梯形水槽1-3在高水位时产生形变。

倒梯形水槽1-3两侧的斜槽板3为可抽出式活动板。试验水槽1的槽板上对应斜槽板3的安装位置设有导向槽，斜槽板3与导向槽之间可抽插活动地配合密封装配。通过将斜槽板3抽起，能够方便地将原生盐碱土填充到各层梯形盐碱土填充槽1-2内部。

储水槽1-1与梯形盐碱土填充槽1-2之间槽板、各层梯形盐碱土填充槽1-2之间槽板、梯形盐碱土填充槽1-2与底部水槽1-4之间槽板以及各层梯形盐碱土填充槽1-2与倒梯形水槽1-3之间斜槽板3上分别矩阵式开有透水孔4，开孔率为50％，透水孔4直径为1cm，以保证水分顺利渗出而土壤不掉落。试验水槽1中设有透水孔4的槽板和斜槽板3上覆盖有尼龙网层，网格目数为60，尼龙网层可保证水分渗透良好，并有效防止土壤较多的漏出，有利于次生盐碱水的生成。

储水槽1-1的上方安装有可调节灌溉水流流速和频率进水结构，可根据需要使得储水槽1-1中储存一定的水量。

各层梯形盐碱土填充槽1-2的外壁槽板上分别设有可密封的取样孔5，直径为3cm，以方便探头监测含水率、盐度等指标，也便于实验开始后土样的采集。每个取样孔5通过塞紧胶塞进行密封，以保证原始盐碱土不会掉落，且阻止更多的空气进入。取样孔5的设置是利用取样管通过取样孔5进行土壤取样，每层梯形盐碱土填充槽1-2的侧壁均设置多个取样孔5是为了保证同一深度下取到足够的混合样本，从而对土壤样本各项指标的分析更为准确。

本实施例参照西北内陆次生盐碱地的地下水埋深多为0.6～1m，根据此深度设置了三层梯形盐碱土填充槽1-2，用以填充原始盐碱土。将上层梯形盐碱土填充槽1-2的上底参照野外的地表面，底部水槽1-4位于90cm处，模拟了地下水在90cm处时的水盐运动条件。类似的可根据实际野外地下水的埋深情况，增加或减少梯形盐碱土填充槽1-2的层数，以还原野外的真实效果。出水管阀6安装于底部水槽1-4的底部右侧，使地下水流向为自左向右流动，可防止长期使用后掉落土壤造成的淤积，底部水槽1-4的设置可模拟地下水返盐运动，使地下水向上运动并与原始盐碱土充分接触。储水槽1-1上的进水结构和出水管阀6的设置可补充和排出水量，以维持倒梯形水槽1-3内的供水平衡。

模拟次生盐碱水环境中亚硝酸盐氮的衰减过程，为降低环境样品中亚硝酸盐氮背景值对模拟实验的干扰作用，采用原生盐碱土、去离子水作为模拟实验材料，并进行灭菌处理。设置模拟实验和对照实验(T：灭菌+遮光+沉积物；CK：遮光+沉积物)。梯形盐碱土填充槽1-2外部套有遮光罩进行遮光处理，倒梯形水槽1-3底部铺设厚度约15cm经抑菌处理后的原生盐碱土，对照实验铺设未经灭菌的原生盐碱土，模拟洗盐过程直至倒梯形水槽1-3和底部水槽1-4盛装一定量的次生盐碱水。待该系统平衡稳定后，加入一定浓度的稳定同位素亚硝酸盐氮标记物，观察不同时间下渗水中亚硝酸盐氮的浓度变化情况，并检测倒梯形水槽1-3中渗出水理化指标，打开位于梯形盐碱土填充槽1-2侧壁的胶塞，并利用土壤三参仪探头插入的取样孔5测定土温、湿度、盐度，利用取样管取各层同一深度下的土壤混合样，可根据试验处理时间设置取样次数。测定水质和土壤中相关指标，探讨微生物作用下对盐碱渗出水中污染物衰减的影响。

该装置可放置于室外，在自然降水和蒸发条件下，通过模拟灌溉洗盐过程、地下水返盐运动下次生盐碱水的生成过程，待系统稳定平衡后，对模拟的次生盐碱水进行理化分析、检测微生物等指标，用以探讨水中污染物的降解机制和影响因素研究，使所测数据尽可能保持与野外实际次生盐碱水一致。

Claims (10)

1.一种模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：包括顶部敞口的试验水槽(1)和支架(2)，所述试验水槽(1)设置于支架(2)上，所述试验水槽(1)包括储水槽(1-1)、若干层梯形盐碱土填充槽(1-2)、倒梯形水槽(1-3)和底部水槽(1-4)，所述底部水槽(1-4)位于试验水槽(1)的底部，所述若干层梯形盐碱土填充槽(1-2)位于底部水槽(1-4)的上方且对称分布于试验水槽(1)的两侧，所述储水槽(1-1)位于梯形盐碱土填充槽(1-2)的上方，所述倒梯形水槽(1-3)位于两侧的梯形盐碱土填充槽(1-2)和储水槽(1-1)之间，所述倒梯形水槽(1-3)两侧的斜槽板(3)为可抽出式活动板，所述储水槽(1-1)与梯形盐碱土填充槽(1-2)之间槽板、各层梯形盐碱土填充槽(1-2)之间槽板、梯形盐碱土填充槽(1-2)与底部水槽(1-4)之间槽板以及各层梯形盐碱土填充槽(1-2)与倒梯形水槽(1-3)之间斜槽板(3)上分别开有透水孔(4)，对应各层梯形盐碱土填充槽(1-2)的外壁槽板上分别设有可密封的取样孔(5)，所述底部水槽(1-4)设有出水管阀(6)。

2.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述支架(2)的底部安装有滚轮(7)。

3.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)采用透明材料制成，外部套有遮光罩。

4.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)上方附有防止倒梯形水槽(1-3)形变的拉筋。

5.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)中设有透水孔(4)的槽板和斜槽板(3)上覆盖有防止土壤渗漏的网层。

6.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述取样孔(5)通过橡胶塞进行密封。

7.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述储水槽(1-1)的上方安装有可调节灌溉水流流速和频率进水结构。

8.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述若干层梯形盐碱土填充槽(1-2)内部分别填充有原生盐碱土。

9.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述出水管阀(6)设置于底部水槽(1-4)的底部右侧。

10.根据权利要求1所述模拟次生盐碱水产生过程的试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)的槽板上对应斜槽板(3)的安装位置设有导向槽，所述斜槽板(3)与导向槽之间可抽插活动地配合密封装配。

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