专利名称：地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法
技术领域：
本发明属于环保监测技术领域，具体涉及一种能够准确模拟内陆湖泊湖滨区土壤对浅层地下水污染情况的地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法。
背景技术：
内陆湖泊污染与富营养化是我国目前面临的重要问题，治理内陆湖泊污染与富营养化所需投资金额巨大，准确判断各类污染来源、入湖规律，是准确制定治理对策，减少投资浪费，提高治理绩效的基本保证。内陆地区的降雨情况一般是呈季节性变化，湖泊水位也相应变化。湖滨区浅层地下水受制于湖泊水体，湖泊水位升降，湖滨区地下水位相应升降，在升降过程中，湖滨区土壤处于浸泡和控干状态中。土壤中，尤其是表层耕作土中所含的有机质、氮磷通常可达几千到几万PPm ；湖滨浅层地下水中有机质、氮磷通常在IOOppm以下，甚至接近于零。季节性浸泡时，污染物从土壤中向地下水中扩散，直至达到平衡。当旱季来临，湖水水位下降，浅层地下水汇入湖体，污染物随之从土壤转移进入湖体。由于湖滨区呈环状分布，污染的过程缓慢、隐蔽，对该类型区域地下水污染情况的描述难度很大。目前，研究该污染类型主要采用开挖观测井的方式进行动态监测，采集不同观测深度地下水样，分析地下水的污染水平。观测井方法虽然能够直接反映观测点的污染状况， 但是只能获得水质数据，即湖滨区地下水的污染程度，对于输移污染水量的数据仍需依靠模型测算，使用该方法测得的污染总量(水质乘以水量)结果可靠性无法直接验证。同时，应用该方法需要设置多个观测点，导致投资大，现场采集样品往返成本也高。因此，开发一种准确模拟内陆湖泊湖滨区土壤对浅层地下水污染情况的地下水渗流模拟试验装置，非常必要。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种结构简单，工作稳定可靠，能够精确模拟因滨湖土壤水文状态变化所致地下水污染状况的地下水渗流模拟试验装置；本发明的另一目的在于提供一种应用该装置的应用方法。本发明的第一目的是这样实现的，包括柱筒、基底水箱、供水箱和控制阀，所述的柱筒底部设置基底水箱，所述的基底水箱通过控制阀、供水管连通供水箱，所述的供水箱为可升降调节的水箱；所述的基底水箱设置于支架上，基底水箱底部设置排水阀。本发明的另一个目的是这样实现的，包括样点选取、样土采集、样土预处理、柱筒装填、地下水浸泡试验、污染水样采集、水样分析、污染输出量计算，具体包括下列步骤
A、样点选取模拟土样从湖滨区现场取得，以土地利用方式作为选择样点主要依据，兼顾土壤类型；每种土地利用方式至少选取3个采样点；
B、样土采集在每个目标点分别开挖ImXlmXlm的土层剖面，按0-30cm，30-60cm， 60-90cm分层采集土样；C、样土预处理样土于阴凉处按层分开晾干，充分捣碎，过2mm孔径筛，取筛下物备用；
D、模拟柱装填将处理过的样土分层装入各段柱筒中，压实接近于自然状态，并将各段柱筒按样土剖面顺序密封组装成整体模拟柱；每个样点土样分别装填3个平行试验模拟柱；
E、地下水浸泡试验供水箱中注满水，并将供水箱底面设定在下段柱筒顶部平行位置， 打开供水箱的控制阀，水进入基底水箱并由下而上渗入柱筒，待下段柱筒观察采样孔出水后，将供水箱提高到中段柱筒顶部平行位置，待中段柱筒观察采样孔出水后，再将供水箱提高到上段柱筒顶部平行位置，上段柱筒观察采样孔出水后，关闭供水箱的控制阀；
F、污染水样采集由上而下经观察采样孔依次采集3个柱筒中的水样；之后打开基底水箱的排水阀，收集底部水样；
G、水样计量与分析各层水样分别计量，并按国家标准分析测定土样的氮、磷、有机质及水样的氮、磷、COD、TOC质指标；
H、根据模拟试验结果计算模拟污染输出量和目标试验取污染物输出总量。土壤采样和模拟试验应综合湖滨区土壤的下列因素
I、土壤类型因素土壤类型决定着土壤的性质，土壤中的胶粒含量不一样，比表面积也不一样，导致对土壤中污染物析出能力有一定的差异，如沙土容易析出，粘土难析出。2、土地利用类型因素土地利用类型决定了土壤中所含污染物的多少，尤其是耕作土壤土，因为施肥等原因，其中的污染物(对于作物来说是养分)的含量差异很大，如大棚区施肥量大，耕作土中污染物含量高；荒滩几乎不存在施肥等外源污染物。3、土层因素通常情况下，土壤耕作层厚度约30cm，也是污染物的主要分布区，这是土样采集的重要参考依据。所述的模拟柱污染输出量按下式计算
权利要求
1.一种地下水渗流模拟试验装置，包括柱筒(1)、基底水箱(4)、供水箱(9)和控制阀 (5)，其特征是所述的柱筒(1)底部设置基底水箱(4)，所述的基底水箱(4)通过控制阀(5)、供水管(8)连通供水箱(9)，所述的供水箱(9)为可升降调节的水箱；所述的基底水箱 (4 )设置于支架(6 )上，基底水箱(4 )底部设置排水阀(12 )。
2.根据权利要求1所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的柱筒(1)为分段组合结构，各段之间通过法兰和螺栓密封连接；所述的柱筒(1)各段分别设有观察采样孔 (11)；所述的观察采样孔(11)直径为15-25mm。
3.根据权利要求1所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的基底水箱(4)上平行设置两组以上柱筒(1)。
4.根据权利要求1、2或3所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的柱筒(I)的直径为180-220mm，单段高度为150_450mm，壁厚8_12mm。
5.根据权利要求2所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的观察采样孔(II)为两个以上，孔间距为7-15cm;观察采样孔(11)纵向交错排列。
6.根据权利要求2或5所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的观察采样孔(11)的塞子上设置导流管，导流管上设置调节阀；所述的导流管直径为6-10mm透明管， 以方便观察柱筒中的水位。
7.根据权利要求1或3所述的地下水渗流模拟试验装置，其特征是所述的基底水箱(6)与柱筒(1)之间设置隔离砂芯(3)，隔离砂芯(3)与柱筒(1)内壁紧配合；所述的隔离砂芯(3)内孔隙孔径为15- 60 μ m。
8.一种利用权利要求1所述地下水渗流模拟试验装置的模拟试验方法，其特征是包括样点选取、样土采集、样土预处理、柱筒装填、地下水浸泡试验、污染水样采集、水样分析、 污染输出量计算，具体包括下列步骤A、样点选取模拟土样从湖滨区现场取得，以土地利用方式作为选择样点主要依据，兼顾土壤类型；每种土地利用方式至少选取3个采样点；B、样土采集在每个目标点分别开挖ImXlmXlm的土层剖面，按0-30cm，30-60cm， 60-90cm分层采集土样；C、样土预处理样土于阴凉处按层分开晾干，充分捣碎，过2mm孔径筛，取筛下物备用；D、模拟柱装填将处理过的样土分层装入各段柱筒(1)中，压实接近于自然状态，并将各段柱筒(1)按样土剖面顺序密封组装成整体模拟柱；每个样点土样分别装填3个平行试验模拟柱；E、地下水浸泡试验供水箱(9)中注满水，并将供水箱(9)底面设定在下段柱筒(1)顶部平行位置，打开供水箱(9)的控制阀(5)，水进入基底水箱(4)并由下而上渗入柱筒(1)， 待下段柱筒(1)观察采样孔(11)出水后，将供水箱(9 )提高到中段柱筒(1)顶部平行位置， 待中段柱筒(1)观察采样孔(11)出水后，再将供水箱(9)提高到上段柱筒(1)顶部平行位置，上段柱筒(1)观察采样孔(11)出水后，关闭供水箱(9)的控制阀(5)；F、污染水样采集由上而下经观察采样孔(11)依次采集3个柱筒(1)中的水样；之后打开基底水箱(4)的排水阀(12)，收集底部水样；G、水样计量与分析各层水样分别计量，并按国家标准分析测定土样的氮、磷、有机质及水样的氮、磷、COD、TOC质指标；H、根据模拟试验结果计算模拟污染输出量和目标试验取污染物输出总量。
9.根据权利要求8所述的模拟试验方法，其特征是所述的模拟柱污染输出量按下式计算
10.根据权利要求8所述的模拟试验方法，其特征是所述的目标试验区污染物输出总量，依据该区域的土壤类型土地利用方式分别模拟试验结果，根据高程分段统计，输出总量用下式计算
全文摘要
本发明公开了一种地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法，所述的试验装置包括柱筒、基底水箱、供水箱和控制阀；所述的柱筒底部设置基底水箱，所述的基底水箱通过控制阀、供水管连通供水箱，所述的供水箱为可升降调节的水箱；所述的基底水箱设置于支架上，基底水箱底部设置排水阀；所述的试验方法包括括样点选取、样土采集、样土预处理、柱筒装填、地下水浸泡试验、污染水样采集、水样分析、污染输出量计算步骤。本发明的模拟试验装置，便于分层收集水样，为地下水污染规律研究提供水质和水量等基础资料，达到模拟地下水污染状态和规律的目的。本发明方法简便，设备操作简便，试验成本低廉。本发明适用于温度4—45℃，常压，pH6.5—8.5的试验环境。
文档编号G01N33/24GK102338794SQ20111015722
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者和树庄, 张国盛, 胡斌 申请人:云南大学