CN212964501U - 一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污染物在土壤‑地下水体系运移过程的模拟装置，包括第一箱体、第二箱体和降雨装置，第二箱体的上方放置第一箱体，第一箱体的上方设有降雨装置；第一箱体开设有第一进水口，下部设有透水土工布，透水土工布与第一箱体底部填充石英砂，透水土工布上方填充土壤；第二箱体开设第二进水口和出水口，底部填充粘土。本实用新型实现了对受污染场地土壤包气带降雨及渗流作用下场地中污染物跨介质迁移扩散的联合模拟，通过第一箱可以探明污染物在土壤中纵向迁移及横向迁移的过程，同时通过第二箱体可以对污染物在地下水中的迁移和扩散规律进行探究，进而实现土壤‑地下水一体化场地污染物迁移扩散过程的模拟与分析。

Description

一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置

技术领域

本实用新型属于受污染场地污染物迁移扩散研究技术领域，具体涉及一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置。

背景技术

污染场地又称“棕地”，是指由于生产、经营、处理、储存有毒有害物质，堆放或者处理处置危废，以及从事矿山开采等活动造成的土壤污染。同时因为降雨或者地表水渗流等因素，污染场地中的污染物不可避免的随着水流进入地下水中，进而造成地下水污染，同时扩大了污染物的污染范围。

在污染场地的修复过程中，常常因为污染物种类繁多和污染状况复杂等因素导致污染场地的修复进程缓慢。电镀类污染场地是一类典型的污染场地，电镀生产过程中会产生含多种重金属的污水，在处理电镀污水的过程中又会产生含多种重金属的污泥。而目前对于电镀类场地重金属的泄漏以及污泥中的释放和扩散缺乏系统性的研究，铬镍铜等多种重金属在土壤中的迁移扩散规律不明。同时对土壤-地下水一体化污染物迁移扩散过程研究也相对不足。

常用的污染物迁移扩散研究方法主要关注污染物在某单一方面的扩散或者单因素的研究。仅仅服务于单一介质的研究过程没办法实现对污染物在土壤-地下水整体中的迁移扩散的研究。同时现场观测与实际取样分析也没办法满足污染物迁移扩散全过程的分析。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术中的不足，并提供一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置，以准确模拟污染场地中污染物在纵向、横向以及在地下水中的迁移扩散过程，实现对污染物在土壤-地下水整体中的迁移扩散的研究。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置，其包括第一箱体、第二箱体和降雨装置，第二箱体的上方放置第一箱体，第二箱体的顶部将第一箱体的底部完全承接，第一箱体的上方设有用于向箱内进行模拟降雨的降雨装置；

所述第一箱体为无顶中空箱体，侧壁上开设有第一进水口，所述第一进水口通过管路外接第二储液罐，第二储液罐通过管路向第一进水口内进水，用于模拟渗流；第一箱体的下部设有透水土工布，透水土工布将第一箱体水平方向的横截面完全覆盖；第一箱体的底部与第二箱体顶部通过若干贯通的孔洞连通；所述透水土工布与第一箱体底部围成的区域中填充有石英砂，用于模拟饱水层；所述第一箱体的透水土工布上方区域用于填充土壤，以模拟污染场地；土壤的填充高度高于所述第一进水口；

所述第二箱体的上部侧壁开设第二进水口，在与第二进水口相对的第二箱体另一侧壁上部开设出水口；第二箱体的底部填充粘土，用于模拟隔水层，所述隔水层将第二箱体的底部完全覆盖；所述隔水层上方具有连通第二进水口和出水口的地下水模拟流道。

作为优选，所述第一箱体的透水土工布上方区域利用透水布左右分区，分别用于填充不同的土壤类型。

作为优选，所述第一进水口为多个，沿所述第一箱体的侧壁高度方向上均匀布设。

作为优选，所述第一箱体侧壁上还开设第一土壤采样口，第一土壤采样口在竖直方向上为多个，沿所述第一箱体的侧壁周向均匀布设。

作为优选，所述透水土工布在水平方向上具有倾角，倾角范围为15°～30°。

作为优选，所述孔洞沿第一箱体的底部均匀布设，且孔洞的直径为2mm～4mm。

作为优选，所述第二箱体的上部侧壁还开设有地下水采样口。

作为优选，所述第一箱体和第二箱体均为透明有机玻璃材质；其中，第一箱体的长宽比为3：1，高宽比为2：1。

作为优选，所述第二进水口和出水口分别通过管路外接第三储液罐和第四储液罐，且第二进水口和出水口的管路上均设有蠕动泵。

作为优选，在所述隔水层处的第二箱体侧壁上开设第二土壤采样口，所述第二土壤采样口在竖直方向上为多个，沿所述第二箱体的侧壁周向均匀布设。

本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本实用新型的装置实现了土壤包气带降雨及渗流作用下场地中污染物跨介质迁移扩散的联合模拟；

2)本实用新型的装置通过对第一箱体在上下和左右方向分别进行分区，可以探究污染物在土壤中纵向以及横向迁移的过程；

3)本实用新型的装置通过对第二箱体中模拟的隔水层和地下水模拟流道，可以探究污染物在地下水和隔水层中的扩散和沉积过程。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图中：第一箱体1、降雨装置2、第一进水口3、第一土壤采样口41、第二土壤采样口42、透水土工布5、第二箱体6、隔水层7、第二进水口8、地下水采样口9、出水口10、蠕动泵11、第一储液罐14、第二储液罐15、第三储液罐161、第四储液罐162。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本实用新型的一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置，其包括第一箱体1、第二箱体6和降雨装置2。其中，第二箱体6的上方放置有第一箱体1，第二箱体6的顶部面积大于将第一箱体1的底部面积，并且第二箱体6的顶部将第一箱体1的底部能完全承接。第一箱体1的上方设有用于向箱内进行模拟降雨的降雨装置2，该降雨装置2的一端位于第一箱体1的上方，另一端通过管路与第一储液罐14相连通，第一储液罐14通过管路向降雨装置2中供水。第一箱体1和第二箱体的具体构成如下：

第一箱体1为无顶的中空结构，第一箱体1的长宽比为3：1、高宽比为2：1。第一箱体1的侧壁上开设有第一进水口3，第一进水口3通过管路与外部的第二储液罐15相连通，第二储液罐15通过管路向第一进水口3内注入具有一定压力的水流，用于模拟渗流。在实际应用时，第一进水口3可以设置为多个，分别沿第一箱体1的侧壁高度方向上均匀布设，以便对不同高度上的土壤均匀渗流，也可以根据需要对不同高度的土壤选择性进行渗流模拟，更加灵活。

第一箱体1下部接近箱体底部的位置铺设有透水土工布5，透水土工布5将第一箱体1水平方向的横截面完全覆盖，透水土工布5在水平方向上可以设置为具有一定的倾角，倾角范围为15°～30°，来模拟不同的土地类型及工况。第一箱体1的底部与第二箱体6的顶部通过多个贯通的孔洞相连通，孔洞沿第一箱体1的底部均匀布设，且孔洞的直径为2mm～4mm。实际应用时，第一箱体1与第二箱体6连通的方式可以包括如下两种：第一种是将第一箱体1的底部与第二箱体6的顶部分别均匀开设贯通的孔洞，并且第一箱体1底部与第二箱体6顶部开设的孔洞呈一一对应的关系相互贴合，以使从第一箱体1中流出的液体可以进入第二箱体6；第二种是仅将第一箱体1的底部均匀开设贯通的孔洞，第二箱体6为无顶的中空箱体，第一箱体1的底部边缘向外延伸且能够架设在第二箱体6的顶部周边，其中，第二种方式更方便实际应用过程中的拆装。

透水土工布5与第一箱体1底部围成的区域中填充有石英砂，用于模拟饱水层。第一箱体1的透水土工布5上方区域用于填充土壤，来模拟污染场地。其中，土壤的填充高度应高于第一进水口3，以便渗流的顺利进行。实际应用时，第一箱体1的透水土工布5上方区域可以利用透水布进行分区，分区包括高度方向上的分区或者水平方向上的分区，分区后的区域中可以根据需要分别填充不同的土壤类型。为了便于实时监测污染物在土壤中的迁移情况，第一箱体1侧壁上还开设第一土壤采样口41，该第一土壤采样口41可以在竖直方向上开设多个，若将竖直方向上开设的多个第一土壤采样口41作为一组，则沿第一箱体1的侧壁周向可以均匀布设多组，以便定期取样监测水平方向和竖直方向上土壤的变化情况。

第二箱体6的上部侧壁开设第二进水口8，在与第二进水口8相对的第二箱体6另一侧壁上部开设出水口10，将第二进水口8和出水口10开设于第二箱体6中的两个方向上，是为了增加水流在第二箱体6内部的停留时间。第二箱体6的底部填充有粘土，用于模拟隔水层，该隔水层将第二箱体6的底部完全覆盖。并且隔水层上方具有连通第二进水口8和出水口10的地下水模拟流道，水流能够从第二进水口8进入第二箱体6，通过地下水模拟流道后从第二箱体6另一侧的出水口10中流出。第二进水口8通过管路外接第三储液罐161，并且在该管路上设有蠕动泵11，用于控制进水流速和流量。出水口10通过管路外接第四储液罐162，并且在该管路上设有蠕动泵11，用于控制进水流速和流量。

为了便于实时监测污染物的迁移情况，可以在第二箱体6的上部侧壁开设地下水采样口9、在隔水层处的第二箱体6侧壁上开设第二土壤采样口42，其中，第二土壤采样口42可以在竖直方向上开设多个，若将竖直方向上开设的多个第二土壤采样口42作为一组，则沿第二箱体6的侧壁周向可以均匀布设多组，以便定期取样监测水平方向和竖直方向上土壤的变化情况。

为了便于实时观测污染物在土壤和地下水中的迁移情况，可以将第一箱体1和第二箱体6均设置为透明箱体，可以采用透明有机玻璃材质进行加工。

本实用新型的一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置在实际应用时的方法如下：

从待研究区域中采集土壤样品，对采集的土壤样品进行预处理，首先将石英砂填入透水土工布5与第一箱体1底部之间的区域，再将处理过的土壤样品均匀填入第一箱体1内的透水土工布5上方，填充的高度要高于第一进水口3且不超过第一箱体1的顶部，以防水流溢出。

向第一箱体1中填充土壤及石英砂后，按土壤采样区域的单位时间降水量换算成所要求的降雨强度，利用降雨装置2将模拟雨水均匀淋滤至土壤中。同时打开第一进水口3外部连通管路上的阀门，将带有一定压力的水流注入土壤层，以作为模拟渗流。同时打开第二箱体6的第二进水口8，通过蠕动泵11的控制将模拟地下水通过第二进水口8注入第二箱体6，将模拟地下水注入一段时间至逐渐充满第二箱体6时，打开第二箱体6的出水口10，使水流通过出水口10流出第二箱体6。通过对第二进水口8和出水口10外接管路上蠕动泵11的控制，将流经第二箱体6的地下水水位控制在适当范围内。

在污染物迁移扩散模拟进行的过程中，可以通过设置于第一箱体1的第一土壤采样口41和设置于第二箱体6的第二土壤采样口42定期对相应位置的土壤采样测量分析，通过设置于第二箱体6的地下水采样口9定期采集水样，并测量分析。

本实用新型实现了对污染场地土壤包气带降雨及渗流作用下场地中污染物跨介质迁移扩散的联合模拟，通过第一箱可以探明污染物在土壤中纵向迁移及横向迁移的过程，同时通过第二箱体可以对污染物在地下水中的迁移和扩散规律进行探究，进而实现土壤-地下水一体化场地污染物迁移扩散过程的模拟与分析。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种污染物在土壤-地下水体系运移过程的模拟装置，其特征在于，包括第一箱体（1）、第二箱体（6）和降雨装置（2），第二箱体（6）的上方放置第一箱体（1），第二箱体（6）的顶部将第一箱体（1）的底部完全承接，第一箱体（1）的上方设有用于向箱内进行模拟降雨的降雨装置（2）；

所述第一箱体（1）为无顶中空箱体，侧壁上开设有第一进水口（3），所述第一进水口（3）通过管路外接第二储液罐（15），第二储液罐（15）通过管路向第一进水口（3）内进水，用于模拟渗流；第一箱体（1）的下部设有透水土工布（5），透水土工布（5）将第一箱体（1）水平方向的横截面完全覆盖；第一箱体（1）的底部与第二箱体（6）顶部通过若干贯通的孔洞连通；所述透水土工布（5）与第一箱体（1）底部围成的区域中填充有石英砂，用于模拟饱水层；所述第一箱体（1）的透水土工布（5）上方区域用于填充土壤，以模拟污染场地；土壤的填充高度高于所述第一进水口（3）；

所述第二箱体（6）的上部侧壁开设第二进水口（8），在与第二进水口（8）相对的第二箱体（6）另一侧壁上部开设出水口（10）；第二箱体（6）的底部填充粘土，用于模拟隔水层，所述隔水层将第二箱体（6）的底部完全覆盖；所述隔水层上方具有连通第二进水口（8）和出水口（10）的地下水模拟流道；

所述第一箱体（1）的透水土工布（5）上方区域利用透水布左右分区，分别用于填充不同的土壤类型。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一进水口（3）为多个，沿所述第一箱体（1）的侧壁高度方向上均匀布设。

3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一箱体（1）侧壁上还开设第一土壤采样口（41），第一土壤采样口（41）在竖直方向上为多个，沿所述第一箱体（1）的侧壁周向均匀布设。

4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述透水土工布（5）在水平方向上具有倾角，倾角范围为15º～30º。

5.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述孔洞沿第一箱体（1）的底部均匀布设，且孔洞的直径为2mm~4mm。

6.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第二箱体（6）的上部侧壁还开设有地下水采样口（9）。

7.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第一箱体（1）和第二箱体（6）均为透明有机玻璃材质；其中，第一箱体（1）的长宽比为3：1，高宽比为2：1。

8.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述第二进水口（8）和出水口（10）分别通过管路外接第三储液罐（161）和第四储液罐（162），且第二进水口（8）和出水口（10）的管路上均设有蠕动泵（11）。

9.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，在所述隔水层处的第二箱体（6）侧壁上开设第二土壤采样口（42），所述第二土壤采样口（42）在竖直方向上为多个，沿所述第二箱体（6）的侧壁周向均匀布设。

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