CN202916252U - 用于农药水污染研究的流域模拟流水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，包括供水供药系统和流域模拟系统；供水供药系统包括清水池等；流域模拟系统包括实验水槽等系统；实验水槽为从高到低依次设置的第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层组成；第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层内均设有相互首尾相连的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ，第一渠道层的渠道Ⅲ与第二渠道层的渠道Ⅲ相连接，第二渠道层的渠道Ⅰ与第三渠道层的渠道Ⅰ相连接；循环系统包括供水供药水泵等；供水供药系统通过供水供药水泵与第一渠道层的渠道Ⅰ相连接；第三渠道层的渠道Ⅲ与回收池相连接；回收池通过回收池水泵与污水池相连接；第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层的正上方分别设有光照系统。

Description

用于农药水污染研究的流域模拟流水系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于农药水污染研究的流域模拟流水系统。

背景技术

农药可以防治病虫草害，对农业生产具有重要作用，但是农药进入自然环境中后，可以通过漂移、降水或灌溉的过程大量的进入水域中，对水生生态造成一定的影响。尤其是我国南方水域众多，每年的用药量也比较大。随着人们对环境保护意识的增强，对农药的要求越来越高。

在水生生态毒理研究中，必须要研究农药对各种水生生物的影响，主要水域生物有浮游植物（硅藻、蓝藻、绿藻和金藻）、挺水植物（芦苇和蒲草等）、沉水植物（金鱼藻、车轮藻、狸藻和眼子菜等）、浮游动物（石蝇）、大型蚤和大型底栖无脊椎动物等；同时需要评价水域生态系统中底部淤泥、砂石和水底腐殖质等对农药的吸附情况。

开展以上研究工作，直接在大田水域系统中有很多实际困难，比如：场地巨大、难于监管以及水域流动性大，可变因素很多，很难保障体系的稳定性，水域系统中各种水声生物种类繁多，实验品种难于控制，还有就是经费所需很多。所以现阶段，国内对于相关农药生态毒理研究，大多数为室内饲养一些水生生物，检测农药对水生生物的影响，主要是静态的一种研究。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能模拟流水系统的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，包括供水供药系统和流域模拟系统；所述供水供药系统包括清水池、加液池和污水池；所述流域模拟系统包括实验水槽、光照系统和循环系统；所述实验水槽至少由一组从高到低依次设置的第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层组成；所述第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层内均设置有相互首尾相连的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ，所述第一渠道层的渠道Ⅲ与第二渠道层的渠道Ⅲ相连接，所述第二渠道层的渠道Ⅰ与第三渠道层的渠道Ⅰ相连接；所述循环系统包括供水供药水泵、回收池水泵和回收池；所述清水池、加液池和污水池分别通过供水供药水泵与第一渠道层的渠道Ⅰ相连接；所述第三渠道层的渠道Ⅲ与回收池相连接；所述回收池通过回收池水泵与污水池相连接；所述第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层的正上方分别设置有光照系统。

作为对本实用新型的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统的改进：所述实验水槽由两组相互平行且从高到低依次设置的第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层组成；所述的另外一组第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层内均设置有相互首尾相连的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ，所述的另外一组第一渠道层的渠道Ⅲ与第二渠道层的渠道Ⅲ相连接，所述的第二渠道层的渠道Ⅰ与第三渠道层的渠道Ⅰ相连接；所述清水池、加液池和污水池分别通过供水供药水泵与两个第一渠道层的渠道Ⅰ相连接；所述的两个第三渠道层的渠道Ⅲ分别与回收池相连接；所述的另一组第一渠道层、第二渠道层和第三渠道层的正上方分别设置光照系统。

作为对本实用新型的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统的进一步改进：所述清水池、加液池和污水池内均设置有流量计。

作为对本实用新型的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统的进一步改进：所述的回收池内设置有水位控制仪。

本实用新型的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统在进行研究工作时，主要用一种水域模拟流水系统来模拟研究大田实际情况。本实用新型自主设计一种方便快捷的水域模拟流水系统，模拟田间水域环境尤其是稻田水渠环境，通过水泵抽水，缓慢通过三环渠道，让水用重力作用自然流下，沿途经过各种水域生物，了解农药对各种水域生物的影响，主要水域生物有浮游植物（硅藻、蓝藻、绿藻和金藻）、挺水植物（芦苇和蒲草等）、沉水植物（金鱼藻、车轮藻、狸藻和眼子菜等）、水生昆虫（石蝇）、大型蚤以及大型底栖无脊椎动物等；同时可以评价水域生态系统中底部淤泥、砂石、水底腐殖质等对农药的吸附情况。沿途设置一些定期取样点，分析具体水域生物及其环境相中农药含量，评价农药对水域生态系统的影响。

根据文献及市场调研，目前国内市场上及相关研究单位都没有此类水域模拟流水系统。

本项目设计的流域模拟流水系统可以很好用于水生生态毒理的研究，为实验室研究和实际自然环境研究之间架构了一个有效的桥梁，更加真实地模拟自然环境，为研究有毒化学物对生物的影响提供了一个更加真实的暴露环境，研究化学污染物在环境中的行为及效应。对于提高我国农药的管理水平，更好地保护生态环境并为农药登记提供重要的参考数据都具有重要的意义。

本模拟流水系统既可以为国内深入开展农药生态毒理学研究提供一种动态模拟装置，也可以为植物保护学科农药学课程相关实验课提供系统直观、动态的实验装置，可以给本科生提供一种全新的实验评价理念，运用成熟后可以推广介绍到全国各地高校实验室和研究部门。

本实用新型流域模拟流水系统在室内通过动态的流域模拟，整个系统不超过10米，系统内加入各种水生生物，通过早期的清水池添加清水，流过整个系统，回过来，试验过程可以根据实验设计的需要通过加药池加入需要实验的不同农药品种和不同浓度的药剂，流经整个模拟流域系统，途径各种水生生物，可以返回到废液池，也可以根据需要反复流经整个系统，具有操作方便、模拟性强的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本实用新型的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统的结构示意图；

图2是图1中第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23的俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1结合图2给出了一种用于农药水污染研究的流域模拟流水系统；包括供水供药系统和流域模拟系统。

以上所述的供水供药系统包括清水池11、加液池12和污水池13；清水池11、加液池12和污水池13分别设有流量计（流量计为电磁流量计，通过流量计可以测得清水池11、加液池12和污水池13内的介质流出时候的流速，便于操作者掌握流速）；清水池11、加液池12和污水池13均为直径0.8米的圆形桶。开始实验的时候，在清水池11中装清水，在加液池12中，装加入农药的水；在污水池13中，装实验后流出的水。

以上所述的流域模拟系统包括第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23；第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23均通过铁架依次从高到低水平固定，第一渠道层21与第二渠道层22之间形成0.3米的落差，第二渠道层22与第三渠道层23之间形成0.3米的落差（有高度的落差，可以使得水流在无其他辅助工具的条件下，在第一渠道层21流落到第二渠道层22时的势能转化为动能推动水在第二渠道层22中的流动；且水流在第二渠道层22流落到第三渠道层23时的势能转化为动能推动水在第三渠道层23中的流动）。

第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23均为三环渠道，三环渠道由相互平行的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ组成，渠道Ⅰ的出水口与渠道Ⅱ的进水口相连通，渠道Ⅱ的出水口与渠道Ⅲ的进水口相连通（通过渠道Ⅰ的出水口与渠道Ⅱ的进水口相连通，渠道Ⅱ的出水口与渠道Ⅲ的进水口相连通的设置，使得第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23内的水流环境成“之”字形回转，完全模仿了自然环境中的水渠）。以上所述的第一渠道层21中的渠道Ⅲ的出水口与第二渠道层22中的渠道Ⅲ的进水口通过带有阀门的管道相连通，第二渠道层22中的渠道Ⅰ的出水口与第三渠道层23中的渠道Ⅰ的进水口通过另外一根带有阀门的管道相连通。在第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23上方设置光照装置（通过光照装置模仿自然界中的光照环境）。为增加实验数据的准确性，如图2所示，采用两组相同的实验水槽（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）并排设置，在图2中，为保持图面的整洁，省略所有相互连接的管道。

循环系统包括供水供药水泵31、回收池水泵32和回收池33；回收池33内设有水位控制仪（通过水位控制仪方便工作人员观察回收池33内的水位）；清水池11通过供水供药水泵31分别与两组第一渠道层21中渠道Ⅰ的进水口相连接，加液池12通过另外一台供水供药水泵31分别与两组第一渠道层21中渠道Ⅰ的进水口相连接，污水池13通过再一台的供水供药水泵31分别与两组第一渠道层21中渠道Ⅰ的进水口相连接（通过供水供药水泵31将清水池11、加液池12和污水池13内的水或者药液同时抽到两个第一渠道层21的进水口）；两个第三渠道层23中的渠道Ⅲ的出水口分别通过再一个带有阀门的管道与回收池33相连接（通过第三渠道层23与回收池33之间的高度差，无需其他的辅助工具，即可以将第三渠道层23中的水流通过带有阀门的管道导入回收池33中），回收池33与污水池13之间设有回收池水泵32，当回收池33内的水过多的时候，既可以通过回收池水泵32将回收池33内的水导入到污水池13中。

如果需要将污水池13中的水进行重复利用，则只需要通过设置在污水池13上的供水供药水泵31将污水池13内的水导入到两个第一渠道层21中的渠道Ⅰ的进水口中（由于清水池11、加液池12和污水池13与第一渠道层21有一定的高度差，所以，要将清水池11、加液池12和污水池13中的介质导入到第一渠道层21中，必须使用供水供药水泵31）。

本实用新型中的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统在实际工作的时候，步骤如下：

1、启动光照装置，在两套平行的流域模拟系统中铺设各种自然环境下的淤泥（本实施例中铺设的分别为沟渠原位底泥、稻田泥和池塘泥）：

第一渠道层21（渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ）为沟渠原位底泥，首先铺设2cm厚的细沙，再铺设8cm厚的沟渠原位底泥，共10cm厚，第一渠道层21的进水口与第一渠道层21的出水口不铺淤泥；第二渠道层22（渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ）为稻田泥，首先铺设2cm厚的细沙，再铺设8cm厚的稻田泥，共10cm厚，第二渠道层22的进水口与第二渠道层22的出水口不铺淤泥；第三渠道层23（渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ）为池塘泥，首先铺设2cm厚的细沙，再铺设8cm厚的池塘泥，共10cm厚，第三渠道层23的进水口与第三渠道层23的出水口不铺淤泥。

具体的铺设方式如下：

由于每层沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）上每条流水系统（渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ）总长600cm，因进水口和出水口不能铺淤泥，去除进水口和出水口后剩560cm；铺设淤泥时，需要从进水口至出水口交错铺设三段介质（三段介质分别为石头、树枝和树叶），每段40cm长。最后的结构为，一段淤泥（110cm）、一段石头（40cm）、然后一段淤泥（110cm）、一段树枝（40cm）、一段淤泥（110cm）、一段树叶（40cm）和一段淤泥（110cm）。

2、在沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）搭建好的当日，人工导入经曝气去氯的自来水（曝气去氯的自来水可以在实验室提前制的，制造方法为现有技术）导入到沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）内，水深控制在2cm（水面与淤泥之间的深度）。

3、一周之内，等前面的介质基本稳定（即将前面的介质泡软了）后，人工加入池塘水250L，再加足量经曝气去氯的自来水，最终第一渠道层21的水深为5cm，第二渠道层22和第三渠道层23的水深为10cm。

4、两天后开始流水（即打开所有带有阀门的管道的阀门，通过循环系统进行流水循环），具体为通过供水供药水泵31从清水池11中抽取清水，并同时导入到两个第一渠道层21的渠道Ⅰ（由渠道Ⅰ的进水口流入）中，通过清水池11中的流量计进行流速测算，并通过清水池11的供水供药水泵31进行流速控制，流速为0.5～1cm/s。

4.1、流水前期，水质有些浑浊，水中有大量库蚊幼虫和枝角类。

4.2、三天后库蚊幼虫数量开始减少，再过几天（大约十天，根据检测情况定几天，无法固定，等到库蚊幼虫数量减少至最低值，不再减少了）后降至最低数值后，枝角类持续增加（目测），经计数，沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）中每升水有200～300个，水质逐渐变的清澈起来。中间检测水温26.8℃，pH 7.4，溶解氧2.8mg/L。

4.3、一周后，枝角类开始减少（目测），然后一直维持在较低水平。软体动物（田螺）逐渐增多，除少数较大个体外，其余大多为直径5mm左右大小的个体。第一渠道层21底泥中有大量水蚯蚓。浮游植物减少了近一半（原先浮游植物个数为500万个/升，现有浮游植物个数为270万个/升）。

4.4、等整个流域系统稳定下来，检测流水系统。每升水中枝角类生物20个、桡足类15个、幼虫（枝角+桡足）100个、轮虫120个。栽入苦草若干，全部存活，但长势一般。放入金鱼藻若干，存活10%。放入轮叶黑藻若干，金鱼藻若干，50%存活，长势一般。

5、检测生物（即浮游植物、挺水植物、沉水植物、水生动物、大型蚤以及大型底栖无脊椎动物等）生长正常的情况下，根据实验需要，选择合适的农药品种，按照一定的浓度，稀释到加液池12，通过加液池12中的流量计进行流速测算，并通过加液池12的供水供药水泵31进行流速控制，使含有农药的药液从加液池12中经过供水供药水泵31导入到两个第一渠道层21的渠道Ⅰ（由渠道Ⅰ的进水口流入）中，流经三组沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23），沿途的检测生物都在稀释的农药环境中生长。

7、当药液到达第三渠道层23中的渠道Ⅲ的出水口时，通过带有阀门的管道导入到回收池33中，可以根据实验设计，将回收池33中的废液通过回收池水泵32导入到污物池13中，通过污物池13中的流量计进行流速测算，并通过污物池13的供水供药水泵31进行流速控制，使废液从污物池13中经过供水供药水泵31导入到两个第一渠道层21的渠道Ⅰ（由渠道Ⅰ的进水口流入）中，重新流经三组沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）。也可以重复步骤4，使得同种农药同种浓度的药液重新进入三组沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）中。

8、在两组第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23的所有出水口通过人工取样，即根据实验设计抽取出水口的水，渠道中的植物、动物或者底部淤泥等的样品，再通过农药残留的检测方法经过仪器分析测定农药的含量。这样可以评价农药在水生植物-水-土体系中的分布、迁移与消解规律，同时可以评价农药在沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）微宇中水的分布、迁移与消解，农药在沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）微宇中土中的分布、迁移与消解和农药在沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）微宇中水生植物中的分布、迁移与消解。

通过整套流域模拟流水系统来加上适当的生物设置、环境样品的加入，构成整个流水沟渠（即第一渠道层21、第二渠道层22和第三渠道层23）微宇宙系统，可以有效的评价水域生态系统中底部淤泥、砂石、水底腐殖质等对农药的吸附情况。沿途设置一些定期取样点，分析具体水域生物及其环境相中农药含量，评价农药对水域生态系统的影响，通过室内模拟可以进行稻田用药对周围水生态的影响及风险评价的相关性研究，包括环境行为特性试验—测定农药在微宇宙中的土壤讲解、水解、光解、土壤吸附试验、水-沉积物系统降解试验。同时可以进行农药对沟渠微宇生态系统的生态效应趋势研究--对沟渠微宇中不同水生生物的毒性研究，通过农药对单一生物（枝角类、桡足类、轮虫、植物藻）的毒性初步判断敏感生物。然后把敏感生物在模拟系统中进行驯养，检测农药对其的毒性影响。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，包括供水供药系统和流域模拟系统；其特征是：所述供水供药系统包括清水池（11）、加液池（12）和污水池（13）；

所述流域模拟系统包括实验水槽、光照系统（24）和循环系统；

所述实验水槽至少由一组从高到低依次设置的第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）组成；所述第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）内均设置有相互首尾相连的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ，所述第一渠道层（21）的渠道Ⅲ与第二渠道层（22）的渠道Ⅲ相连接，所述第二渠道层（22）的渠道Ⅰ与第三渠道层（23）的渠道Ⅰ相连接；

所述循环系统包括供水供药水泵（31）、回收池水泵（32）和回收池（33）；

所述清水池（11）、加液池（12）和污水池（13）分别通过供水供药水泵（31）与第一渠道层（21）的渠道Ⅰ相连接；所述第三渠道层（23）的渠道Ⅲ与回收池（33）相连接；所述回收池（33）通过回收池水泵（32）与污水池（13）相连接；

所述第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）的正上方分别设置有光照系统（24）。

2.根据权利要求1所述的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，其特征是：所述实验水槽由两组相互平行且从高到低依次设置的第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）组成；

所述的另外一组第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）内均设置有相互首尾相连的渠道Ⅰ、渠道Ⅱ和渠道Ⅲ，所述的另外一组第一渠道层（21）的渠道Ⅲ与第二渠道层（22）的渠道Ⅲ相连接，所述的第二渠道层（22）的渠道Ⅰ与第三渠道层（23）的渠道Ⅰ相连接；

所述清水池（11）、加液池（12）和污水池（13）分别通过供水供药水泵（31）与两个第一渠道层（21）的渠道Ⅰ相连接；所述的两个第三渠道层（23）的渠道Ⅲ分别与回收池（33）相连接；

所述的另一组第一渠道层（21）、第二渠道层（22）和第三渠道层（23）的正上方分别设置光照系统（24）。

3.根据权利要求2所述的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，其特征是：所述清水池（11）、加液池（12）和污水池（13）内均设置有流量计。

4.根据权利要求3所述的用于农药水污染研究的流域模拟流水系统，其特征是：所述的回收池（33）内设置有水位控制仪。

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