一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物迁移模拟装置的制作方法

本实用新型涉及一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物随地下水流迁移的模拟观测装置，属于农业环境技术领域。

背景技术：

湖泊近岸农田潜水层处于水陆交错带，各种水文、物理、化学、生物等因素相互作用，使得湖泊近岸农田浅层地下水-湖水互作用下的氮磷等污染物随地下水流的迁移过程复杂。加之由于水源优势使得湖泊近岸农田多种植蔬果类经济作物，经济作物种植过程中必然大水大肥投入，使得过量的肥料在水分入渗作用下向下运移累积在土壤剖面中或进入浅层地下水中。一方面，若浅层地下水位升高，由于水力梯度的存在使得污染物在浅层地下水流作用下通过湖岸坡进入湖水中，另一方面，若湖水位升高，湖水还会补给近岸农田地下水，湖水对湖泊近岸农田影响范围扩大，会加速富集在土壤中的氮素通过浅层地下水进入湖水中。另外，湖滨带农田浅层地下水中的氮磷污染物浓度一般高于湖水，湖水和地下水由于污染物浓度的差异，还会发生地下水中高浓度污染物向湖水中扩散。

目前，一般通过数值模拟的方法可以较好的模拟湖滨带农田浅层地下水与湖水交互作用下氮磷等污染物的迁移过程，但为了较准确的模拟氮磷等污染物的迁移过程也需要详细的污染物和水位的时空变化过程及各类参数，这些也需要野外监测，但目前野外在线监测费用较高，提供的数据有限，而且野外监测数据由于监测频率的限制，也难以精准反应污染物时空变化过程及水位变化过程，从而也影响了数值模型的预测精度。

因此，有必要设计一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物随地下水流迁移的模拟观测装置，以便于监测地下水位及水中污染物的时空变化过程及各类参数。

技术实现要素：

为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物随地下水流迁移的模拟观测装置，该装置不但能模拟湖泊近岸农田浅层地下水-湖水互作用下的氮磷等污染迁移过程，还能进而为湖泊近岸农田氮磷等污染物入湖通量的确定提供重要参数。

为达到上述目的，本实用新型是按如下技术方案实施的：

一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物迁移模拟装置，包括盛土池、溶液收集装置、地下水位观测管、地下水位调节池、地下水供水池、湖水位调节池、岸坡模块、湖水供水池；所述盛土池的前侧壁上开设有取样孔，取样孔上设置有溶液收集装置，盛土池内从右往左等间距排布设置有地下水位观测管，地下水位观测管侧壁开设有渗水孔，顶部设置有管盖，盛土池一侧设置有地下水位调节池，地下水位调节池与盛土池之间通过带孔的顶端隔板隔开，地下水位调节池一侧设有竖直排列的地下水位调节孔，地下水位调节孔上设置有地下水位调节龙头，地下水位调节池的上方设置有地下水供水池，地下水供水池上设置有用于给地下水位调节池供水的地下水供水池水龙头，盛土池的另一侧设置有湖水位调节池，湖水位调节池与盛土池之间设置有岸坡模块，湖水位调节池上方设置有湖水供水池，湖水供水池上设置有用于给湖水位调节池供水的湖水供水池水龙头，湖水位调节池其中一侧开设有竖直排列的湖水位调节孔，湖水位调节孔上设置有湖水位调节水龙头。

进一步，作为优选，所述的取样孔水平排列设置有至少两个，竖直排列设置至少有两列。

进一步，作为优选，所述的溶液收集装置包括收集管、石子、尼龙网、硅胶软管和止水夹，收集管设置在取样孔上，收集管底部填充石子，石子外表面铺设有至少两层尼龙网，收集管外端部设置有硅胶软管，硅胶软管上设置有止水夹。

进一步，作为优选，所述的湖水位调节池与盛土池之间设置有岸坡模块，当岸坡坡脚为90°时，岸坡模块为竖直设置的带孔的底端隔板。

进一步，作为优选，所述的湖水位调节池与盛土池之间设置有岸坡模块，当岸坡坡脚＜90°时，湖水位调节池内设置有带斜面的岸坡构建模块，岸坡构建模块无左侧壁和底壁，带斜面的壁面均匀分布有孔。

进一步，作为优选，所述的盛土池底部和两侧壁上均开设有用于安装底端隔板的卡槽。

进一步，作为优选，所述的湖水位调节池底部设置有用于安装岸坡模块的卡槽。

进一步，作为优选，所述的岸坡构建模块与湖水位调节池底部的卡槽连接处、岸坡构建模块的岸坡坡面与湖水调节池两侧的连接处均设置有密封条。

本实用新型的有益效果：

本实用新型解决了在湖泊近岸农田地下水-湖水互作用下目前无法监测氮磷等污染物随地下水流时空迁移规律的问题，而且该装置相比野外监测更为便利，成本低，缩短试验周期、降低试验工作量、提高试验精度，不但能模拟湖泊近岸农田地下水-湖水互作用下的氮磷等污染物随地下水流的迁移过程，还能进而为湖泊近岸农田氮磷等污染物入湖通量的确定提供合理、科学的数据。此外，本实用新型不但能观测氮磷等元素，还可以观测其它可溶于水的其它元素。

附图说明

图1为本实用新型岸坡坡度为90°时的结构示意图；

图2为本实用新型岸坡坡度＜90°时的结构示意图；

图3为本实用新型溶液收集装置结构示意图；

图4为本实用新型岸坡构建模块结构示意图；

图5为本实用新型地下水位观测管结构示意图。

图中，1-盛土池、2-取样孔、3-地下水位调节池、4-地下水位调节孔、5-地下水位调节龙头、6-地下水供水池、7-地下水供水池水龙头、8-顶端隔板、9-湖水位调节池、10-底端隔板、11-岸坡构建模块、12-湖水供水池、13-湖水供水池水龙头、14-湖水位调节孔、15-湖水位调节水龙头、16-收集管、17-石子、18-尼龙网、19-硅胶软管、20-止水夹、21-地下水位观测管、22-地下水位观测管盖。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。

如图1-5所示，一种地下水-湖水互作用下近岸农田污染物迁移模拟装置，包括盛土池1、溶液收集装置、地下水位观测管21、地下水位调节池3、地下水供水池6、湖水位调节池9、岸坡模块、湖水供水池12；所述盛土池1的前侧壁上开设有取样孔2，取样孔2上设置有溶液收集装置，所述的溶液收集装置包括收集管16、石子17、尼龙网18、硅胶软管19和止水夹20，收集管16设置在取样孔2上，收集管16底部填充石子17，石子17外表面铺设有至少两层尼龙网18，对盛土池1内的溶液进行取样时，石子17和过滤尼龙网18可对取样溶液进行粗过滤，过滤掉大部分泥土等杂质，避免杂质影响后续的检测实验。收集管16外端部设置有硅胶软管19，硅胶软管19上设置有止水夹20，需要取样时，取下止水夹20，使得取样液从硅胶软管19中流出，取样完成后，用止水夹20夹紧硅胶软管19，起到止液的作用，操作简单，取样方便。优选地，取样孔2水平排列设置有至少两个，竖直排列设置至少有两列，可通过不同的取样孔2对盛土池1不同深度处的溶液进行取样，通过多点取样进行实验检测，保证实验参数更为完整。盛土池1内从右往左等间距排布设置有地下水位观测管21，地下水位观测管21侧壁开设有渗水孔，顶部设置有管盖22，通过水位观察管可观察盛土池1内的水位高度。盛土池1一侧设置有地下水位调节池3，地下水位调节池3与盛土池1之间通过带孔的顶端隔板8隔开，模拟实验过程中，水可以从顶端隔板8的孔自由通过，以使得盛土池1与地下水位调节池3连通。地下水位调节池3一侧设有竖直排列的地下水位调节孔4，每个地下水位调节孔4上安装一个地下水位调节龙头5，通过不同高度的地下水位调节龙头5，可以调节地下水位的高度。地下水位调节池3的上方设置有地下水供水池6，地下水供水池6上设置有用于给地下水位调节池3供水的地下水供水池水龙头7，地下水供水池6内为配置的试验所需氮磷等一定浓度的试剂，通过地下水供水池水龙头7向地下水位调节池3内供应溶液。盛土池1的另一侧设置有湖水位调节池9，湖水位调节池9与盛土池1之间设置有岸坡模块，岸坡模块用于模拟湖岸坡。若试验要求的岸坡坡度为90°时，则岸坡模块为竖直设置的带孔的底端隔板10，盛土池1底部和两侧壁上均开设有用于安装底端隔板10的卡槽。模拟过程中，盛土池1的溶液可通过底端隔板10的孔渗透到湖水位调节池9内，湖水位调节池9内的湖水也能从底端隔板10的孔进入盛土池1内。底端隔板10的高度与盛土池1填充的土层高度一致。若试验要求岸坡坡度＜90°，则岸坡模块为相应坡度的岸坡构建模块11，岸坡构建模块11用于模拟湖岸坡，通过不同坡度岸坡构建模块11的组装和拆卸可以实现岸坡构建模块11的坡度调节，来满足试验过程中对岸坡坡度的需求，岸坡构建模块11无左侧壁和底壁，有坡度的壁面均匀分布有孔。湖水位调节池9底部设置有用于安装岸坡模块的卡槽，便于不同坡度岸坡构建模块11的拆卸和组装，通过不同坡度模块的组装和拆卸可以实现岸坡构建模块11的坡度调节，来满足试验过程中对岸坡坡度的需求。模拟过程中，盛土池1的溶液可通过岸坡构建模块11的孔渗透到湖水位调节池9内，岸坡构建模块11外侧的湖水也能从岸坡构建模块11侧壁的孔进入盛土池1内。岸坡构建模块11的高度与盛土池1填的土层高度一致，长度与相应坡度要求的长度一致。湖水位调节池9上方设置有湖水供水池12，湖水供水池12内为试验所需的去离子水，湖水供水池12设置有用于给湖水位调节池9供水的湖水供水池水龙头13，湖水供水池12可为湖水位调节池9提供水，通过开启湖水供水池水龙头13向湖水位调节池9中供水，湖水位调节池9其中一侧开设有竖直排列的湖水位调节孔14，湖水位调节孔14上设置有湖水位调节水龙头15，通过湖水位调节池9上的湖水位调节水龙头15，可实现湖水位调节池9内的水位调节。本实用新型解决了在湖泊近岸农田地下水-湖水互作用下目前无法监测氮磷等污染物随地下水流时空迁移规律的问题，而且该装置相比野外监测更为便利，成本低，缩短试验周期、降低试验工作量、提高试验精度，不但能模拟湖泊近岸农田地下水-湖水互作用下的氮磷等污染物随地下水流的迁移过程，还能进而为湖泊近岸农田氮磷等污染物入湖通量的确定提供合理、科学的数据。此外，本实用新型不但能观测氮磷等元素，还可以观测其它可溶于水的其它元素。

优选地，所述的岸坡构建模块11与湖水位调节池9底部的卡槽连接处、岸坡构建模块11的岸坡坡面与湖水调节池两侧的连接处均设置有密封条，避免出现漏水现象，影响实验结果。

本实用新型工作原理及过程：先根据土壤的发生层次，按照原位土体的密度在盛土池1中构建土体，填土之前要确定岸坡坡度，若试验要求的岸坡坡度为90°，则直接用底端隔板10作为岸坡模块，若岸坡坡脚＜90度，则在湖水位调节池9内安装相应坡度的岸坡构建模块11作为岸坡模块。然后在带孔顶端隔板8和底端隔板10或岸坡构建模块11带孔的坡度面靠近盛土池1的一侧覆盖2层0.25mm的过滤尼龙网18，防止试验过程中土壤渗出。然后在盛土池1内等间距安装地下水位观测管21，地下水位观测管21要高出预填土高度10cm。若要求的岸坡坡度为垂直的，则只需构建盛土池1土体；若岸坡有一定坡度，则根据试验对岸坡坡度的要求，选择适宜坡度的岸坡构建模块11，在湖水位调节池9中进行安装。安装完成后，根据原位土壤发生层次，在盛土池1和岸坡构建模块11中填土。填土完成后，让土壤静置3个月充分密实后开始试验。根据试验要求设定好浅层地下水位和湖水位高度，一般有两种情况，浅层地下水位＞湖水位或浅层地下水位＜湖水位。根据这两种情况分阶段进行试验，首先设定浅层地下水位＞湖水位，根据试验要求的地下水位和湖水位的高度设置好水位，然后向浅层地下水供水池6中加入配好一定浓度的氮或磷溶液，在湖水供水池12中加入蒸馏水，然后地下水供水池水龙头7和湖水供水池水龙头13，向两侧的地下水位调节池3和湖水位调节池9中分别供水，由于水力梯度，地下水位调节池3中的水会渗入盛土池1中，通过岸坡构建模块11进入湖水位调节池9中，另外，湖水位调节池9中的去离子水因为浓度的差异也会发生粒子的扩散。然后根据试验设计的时间要求，分别从盛土池1侧壁的溶液收集装置中收集渗流液，以备监测渗流液中的氮磷等浓度，同时，通过地下水位观测管21观测地下水位的变化。若浅层地下水位＜湖水位，根据试验要求的浅层地下水和湖水位的高度设置好水位，重复上述实验过程。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。