植生滤带削减农业面源污染模拟装置的制作方法

本实用新型属于环境科学研究设备领域，具体涉及一种植生滤带削减农业面源污染模拟装置。

背景技术：

随着全球工业化、城镇化程度的快速发展，环境问题日益引起人们的关注和重视，尤其是农业面源污染。农业面源污染是导致水体污染、湖泊富营养化的主要原因，已严重影响到水环境系统、生态环境健康，并制约着农业的可持续发展。2015年我国颁布的《全国农业可持续发展规划（2015-2030）》将“保护耕地资源，防治耕地重金属污染”、“治理环境污染，改善农业环境”列为未来时期农业可持续发展的重点任务。

目前，生态自然工法(如梯田工程、氧化塘技术、人工湿地技术等)作为农业面源污染有效的防治措施之一，得到了一定的发展应用。但以上方法都存在着各自的环境局限性：梯田工程主要应用在丘陵山坡地，对应用场地有要求，且对氮磷营养物质、农药等污染物削减效率较差；氧化塘技术工程量大，对农田氮磷污染物净化周期长，不适合应用于防治大面积的农业面源污染；人工湿地技术占地面积大，需定期维护，后期运行成本很高，且部分人工湿地核心技术的减排效果不明确，技术的稳定性不够，在区域性面源污染控制上也存在技术的配套性与衔接性较差等问题。

植生滤带作为控制面源污染的最佳管理措施、生态工程技术的主要措施之一，在国外被广泛应用于削减面源污染传输。然而植生滤带削减农业面源污染物的效率受土壤理化性质（如土壤饱和渗透系数、初始含水率、pH等）、植被类型及间距、降雨条件、水流条件等因素影响。为了更好的研究及提高植生滤带对农业面源污染的防治效果，我们有必要设计一套模拟植生滤带削减农业面源污染的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种植生滤带削减农业面源污染模拟装置，该模拟装置能适当模拟不同环境条件下植生滤带削减沉积物、氮磷营养盐、病原体等污染物的变化，为合理设置植生滤带及准确预测其削减面源污染物效率提供数据基础。

本实用新型的技术方案是：

一种植生滤带削减农业面源污染模拟装置，包括

用于放置土体试样的土槽；

用于模拟降雨情况的降雨模拟机构，降雨模拟机构置于土槽正上方；

用于模拟河流水位的河流水位模拟机构，河流水位模拟机构通过连通孔与土槽相连通；

用于模拟地表径流的地表径流模拟机构，地表径流模拟机构向土槽内的土体试样提供地表径流。

进一步地，所述植生滤带削减农业面源污染模拟装置还包括用于调节土体试样坡度的坡度调节机构，所述坡度调节机构置于土槽下方。所述坡度调节机构包括置于土槽下方一端或两端的千斤顶，可调坡度范围为0~50°，可根据研究内容将土体试样调节至相应的坡度，以模拟不同土体坡度条件下植生滤带削减面源污染物的影响情况。

进一步地，所述植生滤带削减农业面源污染模拟装置还包括用于收集地表径流的收集机构。所述收集机构包括采用铝片制成的集水槽，该集水槽置于土槽的后端，用于收集地表径流流出液体。

进一步地，所述河流水位模拟机构有两个，对称设置在土槽的两侧。所述河流水位模拟机构包括均采用PVC材料制成的存储箱和稳水堰；存储箱通过液体连通器与稳水堰连通，存储箱模拟河流；存储箱通过连通孔与土槽相连通，可供所配置的河流模拟液进入土体试样中；稳水堰用于调节存储箱内河流模拟液水位，进而控制土槽内河流水位指标。

进一步地，所述地表径流模拟机构包括依次连接的水箱、蠕动泵、搅拌桶、布水槽，所述布水槽的出口位于土槽前端上方；所述布水槽有多个，平行设置，用于均匀布水；每个布水槽设置有调节布水量的阀门，以调节地表径流入流量，且可避免土体上地表径流形成集中流。水箱的体积为1-4小时流出液体的体积。水箱可根据研究内容配置不同污染物浓度的地表径流模拟液，搅拌桶里的搅拌器可均匀混合液体。

进一步地，所述土体试样上设有多个用于采集不同土壤深度及不同位置水样的监测井，每个监测井与土体试样垂直设置。所述监测井采用PVC（聚氯乙烯）制成，用于采集相应位置水体样品进行分析，有助于研究植生滤带存在条件下污染物的迁移转化规律。

进一步地，所述土槽底部设有若干均匀分布的用于采集水样的采集孔，采集孔还可用于模拟浅层地下水渗漏现象；在土体试样底部与采集孔之间设有过滤设备。所述过滤设备由纱网和纱布组成。

进一步地，所述降雨模拟机构采用PVC材料制成，距离土槽内土体试样表面高度2.5m。降雨模拟机构包括均匀分布的具有一定孔径的出水孔，该出水孔通过软管连接水龙头，通过调节水龙头来调节降雨强度，通过调节降雨强度，以模拟不同降雨强度条件下植生滤带削减面源污染物的影响情况。

进一步地，所述植生滤带削减农业面源污染模拟装置还包括支撑土槽的土槽支架、支撑河流水位模拟机构的支架、支撑降雨模拟机构的降雨模拟机构支架、支撑地表径流模拟机构的支架。

进一步地，所述土槽底部设置有一个水位监测孔，该水位监测孔与一有机玻璃管相连接，用于监测土槽中土体试样内水位高度。

进一步地，所述土体试样上设有植被。

本实用新型的有益效果在于：

可改变土槽的进水流量、水质、植被类型及间距、土壤理化特性以及土体坡度等相关指标，以准确模拟农业面源的污染情况，以及准确模拟植生滤带对农业面源污染的防治情况，为合理设置植生滤带及准确预测其削减面源污染物效率提供数据基础；以提高对面源污染的削减效率；

可模拟河流水位变化对植生滤带削减面源污染的影响；

可模拟不同降雨强度对植生滤带削减面源污染的影响；

可模拟浅层地下水的渗漏对植生滤带削减面源污染的影响；

可根据现实条件合理设置植生滤带，准确预测其对面源污染的削减效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是植生滤带削减农业面源污染模拟装置的主视示意图；

图2是土槽与集水槽的俯视示意图。

其中：1、土槽，2、降雨模拟机构，3、存储箱，4、稳水堰，5、集水槽，6、布水槽， 7、搅拌桶，8、蠕动泵，9、水箱，10、降雨模拟机构支架，11、千斤顶，12、土槽支架，13、监测井。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1-图2，一种植生滤带削减农业面源污染模拟装置，包括用于放置土体试样的土槽1、用于模拟降雨情况的降雨模拟机构2、用于模拟河流水位的河流水位模拟机构、用于模拟地表径流的地表径流模拟机构、用于收集地表径流的收集机构、用于调节土体试样坡度的坡度调节机构。

降雨模拟机构2通过降雨模拟机构支架10置于土槽1正上方，距离土槽1内土体试样表面高度2.5m。 降雨模拟机构2采用PVC材料制成，它包括均匀分布的具有一定孔径的出水孔，该出水孔通过软管连接水龙头，通过调节水龙头来调节降雨强度，以模拟不同降雨强度条件下植生滤带削减面源污染物的影响情况。

河流水位模拟机构有两个，对称设置在土槽1的两侧；它包括均采用PVC材料制成的存储箱3和稳水堰4；存储箱3通过液体连通器与稳水堰4连通；存储箱3通过连通孔与土槽1相连通，可供所配置的河流模拟液进入土体试样中；稳水堰4用于调节存储箱3内河流模拟液水位，进而控制土槽1内河流水位指标。

地表径流模拟机构包括依次连接的水箱9、蠕动泵8、搅拌桶7、布水槽6，布水槽6的出口位于土槽1前端上方。布水槽6有多个，平行设置，用于均匀布水；每个布水槽6设置有调节布水量的阀门，以调节地表径流入流量，也可避免土体上地表径流形成集中流。水箱9的体积为1-4小时流出液体的体积。水箱9可根据研究内容配置不同污染物浓度的地表径流模拟液。实验开始前，在实验室内配置含有一定浓度的沉积物、氮磷营养盐或其他污染物质的地表径流模拟液；考虑到实验过程中水箱内液体蒸发、其他杂志落入等因素影响，水箱应加盖。实验全程都要使用搅拌器搅拌地表径流模拟液，并实时监测布水槽出流液体各种指标含量。

收集机构包括采用铝片制成的集水槽5，该集水槽5置于土槽1的后端，用于收集地表径流流出液体，既能实现地表径流液体的回收，降低实验成本，也可用于分析水体样品中沉积物、污染物质在植生滤带作用下较入流时的变化情况。

坡度调节机构包括置于土槽1下方一端或两端的千斤顶11，可调坡度范围为0~50°，可根据研究内容将土体试样调节至相应的坡度，以模拟不同土体坡度条件下植生滤带削减面源污染物的影响情况。

土体试样上设有多个用于采集不同土壤深度及不同位置水样的监测井13，每个监测井13与土体试样垂直设置。监测井13采用PVC（聚氯乙烯）制成，用于采集相应位置水体样品进行分析，有助于研究植生滤带存在条件下污染物的迁移转化规律。

本实用新型中，土槽1底部设有若干均匀分布的用于采集水样的采集孔，便于分析土壤水分污染物质的含量，也便于模拟浅层地下水渗漏；在土体试样底部与采集孔之间设有过滤设备，该过滤设备由纱网和纱布组成，用于防止颗粒物渗漏堵塞采集孔。土槽1底部设有一个水位监测孔，该水位监测孔与一有机玻璃管相连接，用于监测土槽中土体试样内水位高度。土槽1下设有土槽支架12。河流水位模拟机构、地表径流模拟机构下也设有支架。

本实用新型中，土体试样上设有植被。土体试样可以分为两种：非扰动原状土和填装土。非扰动原状土代表所研究场地的土壤结构及理化性质，能反映植生滤带对所研究场地的工作效能。而填装土可以是人为地将几种土壤按照一定比例混合而成的土壤，也可以是野外取土后经过筛分的一种土壤，填装土虽改变了原状土结构，但可进行一定目的的专门研究，可控性较强，能通过设置不同的土壤理化性质、降雨强度、地表径流入流流量等参数，更好地模拟不同条件下植生滤带削减面源污染的效率。在采用经过筛分后的填装土时，应分层填装，把土层表面抓毛，再填下一层，以避免实现过程中出现断层现象。

本实用新型通过检测土体地表进出水沉积物量、水质、不同土体位置及深度的水质、土体底部出水以及土体的理化指标变化情况，以多因素多角度交叉分析多影响因素对植生滤带削减污染物的影响，为合理设置植生滤带及准确预测植生滤带环境效益提供数据基础。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。