一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统及其实验方法与流程

本发明涉及一种洪水监测过程中的实验系统及其实验方法，尤其涉及一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统及其使用方法。

背景技术：

现有经济的快速发展和城市化的进程不断加速，河流的健康问题已成为重点关注的问题，而对现有河流的治理仅仅集中在地表水是远远不够的，河流与泥沙中的浅层地下水时刻在发生着交换，污染物从地表水进入地下水，在泥沙中发生短暂的停留，又会释放到地表水中，对河流造成二次污染，由于现有技术的缺陷以及野外实验的复杂性，对污染物是如何从底泥中释放这一过程是很模糊的，以往的研究集中体现在室内实验的分析，对于野外实验的真实过程很难得到具体的结果。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种可模拟污染物在一个洪水过程中从底泥释放的时空变化过程，为野外水沙作用并携带污染物输运这一系列生态过程研究提供一定技术参考的一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统。

本发明的另一个目的是提供监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统的实验方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统，其特征在于：包括污染沙样混合装置、沙波制备监测装置和取样装置，所述污染沙样混合装置包括用于混合水沙和污染物的混沙容器、用于储存水沙混合物的水沙混合箱和用于储存污染物的污水池，所述水沙混合箱通过导管与混沙容器的顶部相连，所述污水池通过导水管分别与混沙容器的顶部和底部相连；所述沙波制备装置包括至少一个可拆卸的沙波模具和置于沙波模具内的电导率探头；所述取样装置包括上下开口的由多块可移动的取样板拼接而成的取样器和多块取样板。污染物为带有一定浓度比例的NaCl和染色剂的污水混合溶液。

其中，所述污染沙样混合装置还包括真空泵，该真空泵连接在导管上，启动真空泵，水沙混合箱内的水沙混合物进入导管，当流至导管最高处时，抽掉真空泵，导管内的水沙混合物以流沙倒虹吸的方式流入混沙容器内。真空泵和导管引流相合的方式，为均匀混合具有一定高度的混合容器内的水沙混合物和污染物节约了大量人力和时间。

优选的，位于所述污水池和混沙容器底部之间的导水管上依次连接有水泵、阀门和流量计。污水池通过导水管与混沙容器形成了一个循环系统，保证污染物在混合容器内与泥沙混合均匀，得到均匀的污染沙样。

再者，所述混沙容器中内置有一支搅拌棒。污水与泥沙混合时器中作用的初始，采用搅拌棍不断搅动，防止产生的气泡将混合容器内的泥沙冲出容器外。

进一步，所述沙波制备监测装置还包括小流量污水注入管，保持坑槽内的污水状态。

优选的，所述沙波模具为三角形沙波模具。

本发明所述的一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统的实验方法，包括如下步骤：

A、取一定量干净的水沙混合物放置在水沙混合箱中，水沙混合箱外接导管，导管与真空泵相连，开启真空泵，当水沙混合箱中水沙混合物进入导管最高点，抽掉真空泵，导管中的水沙混合物以流沙倒虹吸的方式进入混沙容器中；

B、污水池中预先储存污染物，开启水泵，调节流量计，污染物进入混沙容器，均匀污染干净的泥沙，混沙容器中的泥沙为流态，并在混沙开始的过程中，不断的用搅拌棒搅动混沙容器中的的泥沙；

C、在野外河流实验平坦场地挖好与沙波尺寸对应的坑槽并整平，预埋预先拼接好的可拆卸的沙波模具，位于中间的沙波模具设有电导率探头，横插在沙波模具内，分布于沙波的迎水面和背水面，将混合完成的污染泥沙倒入沙波模具中，表面维持好一定的三角形形状，同时在沙波表面沿流向添加一层砂砾石，维持其稳定性，同时拆卸沙波模具，并利用分布在坑槽两侧的小流量污水注入管往坑槽中注入一定的污水；

D、汛期洪水过程过后，将电导率探头外侧的数据线外接移动终端，提取出污染物变化相关的数据；

E、将组装好的上下开口的取样器扣压在最终状态的沙波上，使得所有深度的泥沙都在取样器里，从取样器开口上部沿对角线方向斜插一块取样板，将取样板和取样器从坑槽中同时取出，放置在实验平台上；

F、将取样器上侧板向下滑移，并从正面直插一块取样板取得垂向各个分层部分的泥沙，将所得分层样进行浓度分析，最终得到垂向的污染物释放情况。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明采用真空泵和导管引流相合的方式，利用简单的倒虹吸物理原理，将水沙混合箱中的水沙吸入混沙容器中，均匀混合具有一定高度的混合容器内的水沙混合物和污染物节约了大量人力和时间。

(2)本发明污染沙样混合装置利用水沙混合箱、混合容器和污水池之间形成的循环系统，使污染物和泥沙混合均匀，表面染色情况也可以观察整体污染的均匀性。

(3)本发明沙波制备监测装置利用三角形沙波模具的可拆卸性，可以灵活高效制备符合一定标准三角形沙波的形状，另外在沙波表面铺设一层砂砾石，表面的砂砾石取材于自然河流，符合泥沙运动规律，可以维持沙波形状的稳定性，并且通过电导率探头可以自动检测一个洪水过程的污染物释放情况和时空分布。

(4)本发明取样装置设计灵活，可以取出所有深度的泥沙，并且在两个不同方向上移动取样，可获得沙波内各层的污染物空间变化情况。

附图说明

图1为本发明的污染沙样混合装置的结构示意图；

图2为本发明的沙波制备监测装置的结构示意图；

图3(a)为本发明的洪水过程后整体取样时取样器插入沙波时的示意图；

图3(b)为本发明的洪水过程后整体取样时对角线插入取样板时的示意图；

图3(c)为本发明的洪水过程后的整体取样时的示意图；

图3(d)为本发明洪水过程后垂向分层取样的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明所述的一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统，包括污染沙样混合装置、沙波制备监测装置和取样装置。污染沙样混合装置用于混合干净的水沙混合物和带有一定浓度比例的NaCl和染色剂的污染物形成污染沙样。沙波制备监测装置用于将混合好的污染沙样制备成沙波，同时监测一个洪水过程中的污染物释放情况和时空分布。取样装置用于对制备好的沙波进行取样，获得沙波内各层的污染物空间变化情况。

如图1所示，污染沙样混合装置包括用于混合水沙和污染物的混沙容器1、用于储存水沙混合物的水沙混合箱2和用于储存污染物的污水池3，所述水沙混合箱2通过导管4与混沙容器1的顶部相连，所述污水池3通过导水管5分别与混沙容器1的顶部和底部相连。污染沙样混合装置还包括真空泵10，该真空泵10连接在导管上，启动真空泵，水沙混合箱2内的水沙混合物进入导管4，当流至导管4最高处时，抽空真空泵，导管4内的水沙混合物以流沙倒虹吸的方式流入混沙容器1内。位于所述污水池3和混沙容器1底部之间的导水管5上依次连接有水泵11、阀门12和流量计13。所述混沙容器1中内置有一支搅拌棒14。

本发明采用真空泵和导管引流相合的方式，利用简单的倒虹吸物理原理，将水沙混合箱中的水沙吸入混沙容器中，均匀混合具有一定高度的混合容器内的水沙混合物和污染物节约了大量人力和时间；本发明污染沙样混合装置利用水沙混合箱、混合容器和污水池之间形成的循环系统，使污染物和泥沙混合均匀，表面染色情况也可以观察整体污染的均匀性。

如图2所示，所述沙波制备装置包括至少一个可拆卸的沙波模具6和置于沙波模具内的电导率探头7。上述沙波模具6为三角形沙波模具。沙波制备监测装置还包括小流量污水注入管15。本发明沙波制备监测装置利用三角形沙波模具的可拆卸性，可以灵活高效制备符合一定标准三角形沙波的形状，另外在沙波表面铺设一层砂砾石，表面的砂砾石取材于自然河流，符合泥沙运动规律，可以维持沙波形状的稳定性，并且通过电导率探头可以自动检测一个洪水过程的污染物释放情况和时空分布。

如图3(a)-图3(d)所示，所述取样装置包括上下开口的由多块可移动的取样板9拼接而成的取样器8和多块取样板9。本发明取样装置设计灵活，可以取出所有深度的泥沙，并且在两个不同方向上移动取样，可获得沙波内各层的污染物空间变化情况。

本发明所述的一种监测洪水过程底泥中污染物释放的实验系统的实验方法，包括如下步骤：

A、取一定量干净的水沙混合物放置在水沙混合箱2中，水沙混合箱2外接导管4，导管4与真空泵10相连，开启真空泵10，当水沙混合箱2中水沙混合物进入导管4最高点，抽掉真空泵10，导管4中的水沙混合物以流沙倒虹吸的方式进入混沙容器1中；

B、污水池3中预先储存污染物，开启水泵11，打开阀门12，调节流量计13，污染物进入混沙容器1，均匀污染干净的泥沙，混沙容器1中的泥沙为流态，并在混沙开始的过程中，不断的用搅拌棒14搅动混沙容器1中的的泥沙；

C、在野外河流实验平坦场地挖好与沙波尺寸对应的坑槽16并整平，预埋预先拼接好的可拆卸的沙波模具6，位于中间的沙波模具6设有电导率探头7，横插在沙波模具内，分布于沙波的迎水面和背水面，将混合完成的污染泥沙倒入沙波模具6中，表面维持好一定的三角形形状，同时在沙波表面沿流向添加一层砂砾石17，维持其稳定性，同时拆卸模具，并利用分布在坑16两侧的小流量污水注入管15往坑槽16中注入一定的污水；

D、汛期洪水过程过后，将电导率探头7的数据线外接移动终端，提取出污染物变化相关的数据；

E、将组装好的上下开口的取样器8扣压在最终状态的沙波18上，使得所有深度的泥沙都在取样器8里，从取样器8开口上部沿对角线方向斜插一块取样板9，将取样板9和取样器8从坑槽16中同时取出，放置在实验平台上。

F、将取样器8上的侧板向下滑移，并从正面直插一块取样板9取得垂向各个分层部分的泥沙，将所得分层样进行浓度分析，最终得到垂向的污染物释放情况。