一种模拟湖滨带水位水质变化的试验装置的制作方法

本实用新型涉及湖滨带水位和水质变化模拟试验技术领域，尤其是一种模拟湖滨带水位和水质变化的试验装置。

背景技术：

湖滨带是连接湖泊生态系统与陆地生态系统的重要纽带，湖滨带是水陆间物质流、信息流和生物流进行交换过程中重要的中间场所，发挥着廊道、过滤器和屏障的功能，湖滨带的这些功能又受水质、水位等环境因子的控制。湖泊近岸农田、居民区等土地利用类型内过量的陆源营养盐输入和受季节性降雨、灌溉和风浪引起的水位波动，都会影响到湖泊近岸水质和水位的变化，而较好的模拟湖滨带水位和水质的变化，对研究湖滨带生态环境的变化提供重要的技术支撑。

目前，虽然也有通过试验水槽进行农田水文循环过程中氮磷等元素迁移过程的监测(中国专利号：ZL201310567864.7，发明名称“一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统”，申请公布号CN103558361A，申请公布日2014.02.05)，或通过模拟试验的方法向试验桶水体内添加氮(NaNO₃)、磷(NaH₂PO₄)等营养盐，模拟水质的变化，研究水体不同的营养水平对植物生长的影响(文明章等，水体的营养水平对苦草(Vallisneria atans)生长的影响[J].环境科学研究,2008,21(1):74-77)，或通过试验水槽模拟风浪对浅水湖底泥磷释放的研究(孙小静等，浅水湖泊沉积物磷释放的波浪水槽试验研究[J].中国科学D辑地球科学,2005,35(增刊II):81-89)，重点研究风浪的变化对水位变化的影响。但这些研究都是通过模拟水质、水位或风浪单一因子变化下的研究，这些研究结果与水位、水质等复合因子作用下的实际结果差别较大，不能满足湖滨带在水位、水质等复合因子共同作用对湖滨带生态环境影响的模拟试验要求。

技术实现要素：

为克服现有通过模拟试验研究湖滨带水质、水位或波浪等变化对湖滨带生态环境的影响局限在湖泊水位、水质或风浪单一因子变化的影响的不足，本实用型 新提供一种模拟湖滨带水质水位变化的试验装置，利用该装置不但能较好地模拟湖滨带水位、水质、风浪复合因子的变化，还能为在水位、水质、风浪共同作用背景下对湖滨带生态环境影响方面的研究提供试验装置。

本实用新型所提供的一种模拟湖滨带水位水质变化的试验装置包括水槽，湖滨带构置槽、搅拌棒、氮浓度调节池、磷浓度调节池、支架、波高仪、水质监测仪、推板式造波机、水泵、尾水收集池、固定架，具体结构如下：

A、水槽为长方体形状，在水槽的左侧壁的壁上设置有搅拌棒，在水槽的右侧壁的壁上自上而下设置有多个水位调节孔，每个水位调节孔上安装一个水龙头；

B、湖滨带构置槽为上端面、下端面和右侧壁均为敞开的长方体形状，湖滨带构置槽设置在水槽内，湖滨带构置槽的底部与水槽内的底面固定连接，湖滨带构置槽的长度方向与水槽的长度方向一致，湖滨带构置槽的左侧壁靠近水槽的左侧壁，湖滨带构置槽的左侧壁外壁、湖滨带构置槽的前侧壁外壁和湖滨带构置槽的后侧壁外壁分别对应地与水槽的左侧壁内壁、水槽的前侧壁内壁、水槽的后侧壁内壁之间间隔5～6cm，湖滨带构置槽的高度低于水槽高度10～12cm；湖滨带构置槽的左侧壁、湖滨带构置槽的前侧壁和湖滨带构置槽的后侧壁的壁上都均布有透水孔；

C、在水槽的左侧壁外设置有支架，支架的高度大于水槽的高度，支架上放置有氮浓度调节池和磷浓度调节池，在氮浓度调节池和磷浓度调节池的池壁分别设置有直角弯管，每个直角弯管上设置有一个阀门，各直角弯管的一端口向下位于水槽的左侧壁与湖滨带构置槽的左侧壁之间；

D、固定架由竖直直杆的一端与底盘中部垂直固定连接构成；在水槽内间隔放置有四个固定架，四个固定架的底盘与水槽内的底面固定连接；四个固定架在水槽宽的中心线上，且最左边的固定架在湖滨带构置槽内；

E、在水槽外放置有波高仪、水质监测仪、推板式造波机和水泵，波高仪监测探头可拆卸连接在水槽内最左边的固定架的竖直直杆上，波高仪监测探头通过导线与波高仪相连接，三个水质监测探头分别可拆卸连接在水槽内的其余三个固定架的竖直直杆上，三个水质监测探头均通过导线与水质监测仪相连接，推板式造波机的机械推板放置在水槽槽内的右边，推板式造波机的机械推板通过机械臂与推板式造波机相连接；

F、在水槽的右侧壁外放置有尾水收集池，且水龙头的出水口正对尾水收集池的池口，弯管Ⅱ的一部分管体放置在尾水收集池池口上，且弯管Ⅱ管体与尾水收集池池口接触处固定连接，弯管Ⅱ的一端口与水泵的进水口连接，弯管Ⅱ的另一端口伸入尾水收集池内，水泵的出水口与弯管Ⅰ的一端口连接，弯管Ⅰ的一部分管体搭在水槽的槽口上，且弯管Ⅰ管体与水槽槽口接触处固定连接，弯管Ⅰ的出水口伸入在水槽的左侧壁与湖滨带构置槽的左侧壁之间。

进一步，在水槽的右侧壁壁上最上部的水位调节孔的孔中心低于水槽上端口10cm，相邻两水位调节孔的孔中心之间的间距为10cm。

本实用新型的工作原理和主要操作：

1、先根据湖滨带的土层分布，将湖滨带的原土按一定坡度放置在湖滨带构置内；

2、分别在氮浓度调节池和磷浓度调节池，分别用NaNO₃和NaH₂PO₄调配高浓度的氮溶液、磷溶液；

3、再在水槽内加入湖滨带附近的湖水，根据模拟试验要求的水位，确定加入湖水量，加入的水位高度与水槽的右侧壁上适宜的水位控制孔齐平；

4、打开氮浓度调节池和磷浓度调节池侧壁上的直角弯管上的阀门，使氮浓度调节池和磷浓度调节池内的氮溶液、磷溶液流入水槽内，启动设置在水槽的左侧壁上的搅拌棒，使氮溶液与磷溶液混合均匀，混合均匀的一部分氮磷溶液通过湖滨带构置槽的左侧壁上的透水孔进入湖滨带构置槽内渗透到湖滨带构置槽内的土体，混合均匀的另一部分氮磷溶液通过进入湖滨带构置槽的前侧壁与水槽的前侧壁之间的间距、以及湖滨带构置槽的后侧壁与水槽的后侧壁之间的间距所形成的通道向水槽右边流动，在流动的过程种，部分混合均匀的氮磷溶液通过湖滨带构置槽的前侧壁上的透水孔、以及湖滨带构置槽的后侧壁上的透水孔渗透到湖滨带构置槽内的土体；

5、在上述混合均匀的氮磷溶液流动的同时，启动波高仪、水质监测仪和推板式造波机，相应地，造波仪的机械推板开始工作，推动水槽内的液体，模拟风浪，波高仪监测探头和水质监测探头同时开始工作，分别监测监测波浪的波高及周期、检测水槽内水质的氮、磷浓度，波高仪和水质监测仪自动记录的数据提供实验研究；

6、在水槽内高于实验要求水位的多余液体通过打开水位控制孔的水龙头流 出进入到尾水收集池内，然后通过水泵及与水泵连接的弯管Ⅰ、弯管Ⅱ，将尾水收集池内的液体抽提到位于水槽的左侧壁与湖滨带构置槽的左侧壁之间的水槽内，继续从水槽左边向水槽右边流动，实现模拟水的循环利用。

与现有技术相比，本实用型新的有益效果：

本实用新型能同时较好地模拟了湖滨带水位、水质和风浪复合因子的变化，克服了现有研究局限在单一因子的不足，还实现了水质和风浪的实时监测，实现了模拟用水的循环利用，避免了模拟试验水资源的浪费，为在水位、水质、风浪共同作用背景下对湖滨带生态环境等研究提供了技术支撑。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是水槽的结构示意图。

图3是湖滨带构置槽的结构示意图。

图中各标记依次表示：1—水槽，2—湖滨带构置槽，3—波高仪监测探头,4—搅拌棒，5—水槽的左侧壁，6—阀门，7—直角弯管，8—氮浓度调节池，9—磷浓度调节池，10—支架，11—弯管Ⅰ，12—波高仪，13—水质监测仪，14—推板式造波机，15—水槽的前侧壁，16—水泵，17—弯管Ⅱ，18—尾水收集池，19—水龙头，20—水位控制孔，21—推板式造波仪的机械推板，22—底盘，23—竖直直杆，24—固定架，25—水质监测探头，26—水槽的右侧壁，27—水槽的后侧壁，28—透水孔，29—湖滨带构置槽的前侧壁，30—湖滨带构置槽的左侧壁，31—湖滨带构置槽的后侧壁，32—弯管Ⅰ的出水口。

具体实施方式

以下实施例中所涉及的波高仪、水质监测仪、推板式造波机、水泵等部件均为市售产品。其中波高仪监测探头、水质监测探头，推板式造波机的机械推板、机械臂、导线均为相对应的仪器、设备自带的零部件。

实施例1

参见图1-图3，本实用新型提供一种模拟湖滨带水位水质变化的试验装置，包括水槽1、湖滨带构置槽2、搅拌棒4、氮浓度调节池8、磷浓度调节池9、支架10、波高仪12、水质监测仪13、推板式造波机14、水泵16、尾水收集池18、固定架24，具体结构如下：

A、水槽1为长方体形状，在水槽的左侧壁5的壁上设置有搅拌棒4，在水槽的右侧壁26的壁上自上而下设置有多个水位调节孔20，每个水位调节孔20上安装一个水龙头19；在水槽的右侧壁26壁上最上部的水位调节孔20的孔中心低于水槽1上端口10cm，相邻两水位调节孔20的孔中心之间的间距为10cm；

B、湖滨带构置槽2为上端面、下端面和右侧壁均为敞开的长方体形状，湖滨带构置槽2的长度、宽度分别小于水槽1的长度、宽度,湖滨带构置槽2设置在水槽1内，湖滨带构置槽2的底部与水槽1内的底面固定连接，湖滨带构置槽2的长度方向与水槽1的长度方向一致，湖滨带构置槽的左侧壁30靠近水槽的左侧壁5，湖滨带构置槽的左侧壁30外壁、湖滨带构置槽的前侧壁29外壁和湖滨带构置槽的后侧壁31外壁分别对应地与水槽的左侧壁5内壁、水槽的前侧壁15内壁、水槽的后侧壁27内壁之间间隔5～6cm，湖滨带构置槽2的高度低于水槽1高度10～12cm；湖滨带构置槽的左侧壁30、湖滨带构置槽的前侧壁29和湖滨带构置槽的后侧壁31的壁上都均布有透水孔28；

C、在水槽的左侧壁5外设置有支架10，支架10的高度大于水槽1的高度，支架10上放置有氮浓度调节池8和磷浓度调节池9，在氮浓度调节池8和磷浓度调节池9的池壁分别设置有直角弯管7，每个直角弯管7上设置有一个阀门6，各直角弯管7的一端口向下位于水槽的左侧壁5与湖滨带构置槽的左侧壁30之间；

D、固定架24由竖直直杆23的一端与底盘22中部垂直固定连接构成；在水槽1内间隔放置有四个固定架24，四个固定架24的底盘22与水槽1内的底面固定连接；四个固定架24在水槽1宽的中心线上，且最左边的固定架24在湖滨带构置槽2内；

E、在水槽1外放置有波高仪12、水质监测仪13、推板式造波机14和水泵16，波高仪监测探头3可拆卸连接在水槽1内最左边的固定架24的竖直直杆23上，波高仪监测探头3通过导线与波高仪12相连接，三个水质监测探头25分别可拆卸连接在水槽1内的其余三个固定架24的竖直直杆23上，三个水质监测探头25均通过导线与水质监测仪13相连接，推板式造波机的机械推板21放置在水槽1槽内的右边，推板式造波机的机械推板21通过机械臂与推板式造波机14相连接；

F、在水槽的右侧壁26外放置有尾水收集池18，且水龙头19的出水口正对 尾水收集池18的池口，弯管Ⅱ17的一部分管体放置在尾水收集池18池口上，且弯管Ⅱ17管体与尾水收集池18池口接触处固定连接，弯管Ⅱ17的一端口与水泵16的进水口连接，弯管Ⅱ17的另一端口伸入尾水收集池18内，水泵16的出水口与弯管Ⅰ11的一端口连接，弯管Ⅰ11的一部分管体搭在水槽1的槽口上，且弯管Ⅰ11管体与水槽1槽口接触处固定连接，弯管Ⅰ的出水口32伸入在水槽的左侧壁5与湖滨带构置槽的左侧壁30之间。