专利名称：一套精确分层采集沉积物的水-沉积物复合模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一套精确分层采集沉积物的水-沉积物复合模拟试验装置，可用于环境科学及工程领域的湖泊水-沉积物界面营养盐转化及湖泊沉积物的修复机理研究。
背景技术：
沉积物是湖泊等天然水环境的重要组成部分，湖泊营养盐和污染物的蓄存库。湖泊内源物质从沉积物进入水体需要通过表层沉积物，因此营养盐在水-沉积物界面的迁移和转化规律研究对湖泊富营养化机理的探索十分重要。模拟试验中，沉积物样品的分层采集和分析是研究沉积物垂向特性的重要前提。目前，水-沉积物的模拟试验多数采用筒装的有机玻璃试验柱，柱底层填装沉积物，然后在沉积物面上加水，该装置的主要特征和存在的问题是(1)沉积物和水同在一个柱筒内，试验结束后别取水和沉积物样品时通常会引起水沉积物界面的扰动；(2)试验柱为筒装结构，水样吸出后，筒深且管径较小，难以实现沉积物的分层采集。
发明内容
本发明的目的是提供一套可以精确分层采样而且对水沉积物界面扰动低的湖泊水-沉积物复合模拟试验装置，该套装置结构简单、造价低廉、使用方便且采样效果良好。本发明的技术方案精确分层采样的湖泊水-沉积物复合模拟试验装置包括试验柱(外筒)和内置的分层试验筒(内筒)各一套试验柱(外筒)由筒状的白色不透明PVC管加工而成，管内径15cm，外径16cm，高 IOOcm0底端采用相同材质的PVC圆盘密封且防渗，顶端安装一个拆装方便的透明有机玻璃圆盖，注水和补水时拆盖，平时试验期间封盖。外筒侧面50cm高度处和底部同一垂直线上具有旋钮式放水塑料阀门各一个，从上至下，分别为水样采集阀和放空阀，水样采集阀在取水样时打开，在其他时候关上；放空阀在排水放空时打开，在其他时候关上。内置的沉积物试验及分层取样筒(内筒)是由10个中空且厚度为3厘米(每层取泥的深度)的正方形PVC方块垂直叠加构成，方块的内边长为6cm，外边长为10cm。最底部的一个方块底端密封。每个PVC方块在两个边角的位置各打有一直径为0. 5厘米的圆孔， 所有方块垂直摞放整齐后高30cm，内部可盛放IOX 10X30cm3体积的湖泊沉积物用于模拟试验。用两根长为32cm的塑料长钉穿过十个方块两角的圆孔，在穿过10个方块后即出现直径为0. 5cm的小孔，在两个小孔铆上直径为0. 5cm，长1. 5cm的塑料栓即可实现整个内筒的固定，配合筒底面另外两个角的垫脚，整个试验筒可稳定放置。筒的侧面层与层之间的缝隙用塑料膜包裹并用防水胶带贴好，防止在筒的侧面发生泥水界面的物质交换。内筒的顶端的两个螺帽上系细棉线以便于内筒放置和取出。本发明的有益效果是(1)采样器结构简单，操作方便，可用于浅水湖泊的水-沉积物界面营养盐迁移转化和钝化的机理以及生态修复的模拟试验研究，另根据需要可按比例扩大外筒和内筒的直径，可容纳的水和沉积物用量增加。( 试验结束后，可以方便精确的实现沉积物样品的分层采集(每层厚度为3cm)。
图1为本发明的组合透视2为本发明中内筒的效果图(四种视角各一张)图1中1.透明顶盖2.水面3.外筒4.取样口 5.细棉线6.内筒7.排水口 8.底座9.塑料钉帽10.塑料长钉11.塑料栓12内筒层片(第2层)13.内筒14.内筒层片(第10层)图2 为内筒和组成内筒的层片的三维效果视图，包括斜视图2张，俯视图和侧视图各一张。
具体实施例方式试验启动时在内筒中逐层填装混合均勻的湖泊沉积物，填装过程中根据需要可在固定的深度投加沉积物钝化药剂，然后再继续覆盖沉积物至填满内筒(30cm高度)。之后即可手提拴在螺帽上长80cm的细线，将内筒平稳降落放置到外筒内底部，并将高于外筒的 IOcm棉线挂在外筒外壁以方便沉积物采样时整个内筒的提出。放好内筒后，沿外筒内壁缓慢的注入野外采集的湖水至外筒的90cm高度处，此时试验体系中上覆水深为60cm。在外筒上端盖好透光的有机玻璃盖，试验即可在室外启动。试验期间通过外筒侧壁50cm高度处的塑料阀门采集试验期间的水样，采集完水样后，立即取下顶端的有机玻璃盖，从外筒的顶端缓慢倒入与取样相同体积的湖水作为补水，以维持试验期间上覆水的体积不变。需采集沉积物样品时，取下外筒顶端的有机玻璃盖，打开外筒底端侧面底部的放空阀，排干外筒中的上覆水。双手抓牢外筒壁外悬挂的棉线，平稳的提出内筒，平稳置于试验台上。逐层揭掉内筒外侧面的防水胶带；取出一个塑料长钉底端的塑料短棒，拿住该长钉在内筒顶端的螺帽从内筒中抽出塑料长钉。抽出一个对角的塑料长钉，另一个对角的塑料长钉固定不动，则此时内筒的不同层方块可以以固定的塑料长钉为轴旋转，从而实现分层采集模拟系统中的沉积物样品。具体详细操作步骤为从内筒的最上层起，从第一层与第二层的缝隙之间插入一张20CmX30Cm的塑料薄片，之后将盛沉积物的第一层方块连同塑料薄片一起沿一角固定的塑料长钉旋转90，之后垂直向下移动薄片3-5cm，则第一层(0-3cm) 方块里的沉积物由于重力作用坠落到塑料薄片上；将塑料薄片上的沉积物样品刮下，并用干净的自封袋收集该第一层沉积物；用蒸馏水洗净并擦干塑料薄片的两面，然后将其插入到第二层方块和第三层方块的缝隙间，同以上的操作方法完成第二层(3-6cm)沉积物样品的采集操作；按照以上操作方法，逐层向下完成第一层到倒数第二层不同深度沉积物样品的采集，每层的沉积物厚度为3cm ；最底一层的方块底端封闭，采样操作需先取下内筒角上的另一个长钉，去掉其它所有的方块层之后，将最后一层方块倒扣在薄膜上，直接倒出沉积物。取完所有层的沉积物样品后，洗净所有取样时拆散的方块，重新按权利要求4、5、6 的方法组装内筒，清洗干净内筒后，可以重复利用，组合后继续开始新的模拟试验。
权利要求
1.一套用于分析模拟的水-沉积物复合模拟试验装置。
2.根据权利要求1所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是装置包含试验柱 (外筒)和内置的沉积物分层试验筒(内筒)。
3.根据权利要求2所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是试验柱(外筒) 顶端为具透光且拆装方便的圆盖，方便注水和补水操作；侧面具采样阀可以方便快捷的分层取水样，接近底端的侧面有放空阀用于快速排水；内置的沉积物分层试验筒(内筒)是由 10个中空且厚度为3厘米(分取每层泥的深度)的正方形PVC方块垂直叠加构成，最底部的一个方块底端密封，并且在地面的两个没有孔的对角位置粘有两个底面直径和高均为一公分的垫脚。
4.根据权利要求3所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是内筒每个PVC方块在两个边角的位置各打有一直径为0. 5厘米的圆孔，所有方块垂直摞放整齐后，用两根长为32cm的塑料长钉穿过十个方块两角的圆孔，将十个PVC方块固定成为一个可以盛沉积物的30cm深筒。
5.根据权利要求4所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是十个PVC方块用塑料长钉穿过其两角的圆孔后，在两个长钉底端的小孔穿插直径为0. 5cm，长1. 5cm的PVC 短栓以实现固定。
6.根据权利要求5所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是塑料长钉由PVC塑料加工而成，长度为32cm，一端有厚度为Icm的螺帽状结构；另一端距离顶端Icm的位置有直径为0. 5cm的小孔。
7.根据权利要求6所述的水-沉积物复合模拟试验装置，其特征是固定好由正方形 PVC方块垂直叠加构成内筒后，筒的侧面层与层之间的缝隙用塑料膜包裹并加防水胶带贴好，防止在筒侧面的层片缝隙处发生泥水界面的物质交换。内筒的顶端的两个螺帽上可系细线以便于内筒放置和取出。
全文摘要
水-沉积物复合模拟试验装置由试验柱和内置的分层试验筒各一套组合而成。外筒顶盖透光并可拆卸，侧面有采样阀门，补水及采水操作方便，侧面底端有排水阀。试验时先将内筒取出，盛满野外采集的沉积物后手提棉线将内筒缓慢降落放置到外筒；关闭排空阀，从外筒顶端缓慢注水后启动试验。需取沉积物样品时，利用外筒的排空阀排干外筒水，然后手提棉线取出内筒；取下内筒一个底角的PVC短栓，从该底角对应的内筒顶角处拿住钉帽拔出PVC长钉；然后从顶层开始逐层插入垫片，以另一角的PVC长钉为轴旋转该层内筒和垫片，然后向下垂直移动垫片，该层沉积物可坠落到垫片上。按照以上逐层操作即可方便而精确的获得不同分层的沉积物样品。
文档编号G01N1/16GK102175491SQ20101061698
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者卢少勇, 王佩, 蔡珉敏, 郭家盛, 金相灿, 陈建军 申请人:中国环境科学研究院