水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统及方法

本发明涉及水利实验系统，具体涉及一种水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统及方法。

背景技术：

1、水库消落带作为水陆间重要的生态交错带，既能减缓水体对陆地系统的冲刷，又能通过吸附、蓄持、转化等过程降低陆域面源及径流中污染物对水体的直接危害，具有重要的缓冲功能，对水库水质具有重要影响，被称为水库的“肾脏”。消落带的“肾脏”功能有助于生态水利的提升与转化；但与此同时，消落带作为陆地和水域物质能量交换转化活跃的地带，受河水淹没和暴露干湿交替以及泥沙冲淤交替的交互影响，生态系统既特殊又脆弱，既可能成为污染物的“汇”也可能成为污染物的“源”。周期性水位波动过程中，水库消落带土壤交替淹水-落干，改变了污染物的吸附、截留以及释放过程，对整个库区的水生态环境都有着重要影响。相关的科学问题研究已成为环境科学的热点，并对水库水质安全保障与国家水网建设具有重要意义。

2、目前，针对水库消落带污染物的研究多已落干期的实地调查为主，考虑到水库复杂的引调水情势和数十米的水位波动，一般研究难以进行全周期的调查，室内的模拟实验则由于难以人工实现数十米的水位波动，模拟的试验环境与野外原位环境相差甚远，在实际应用中也并不多见。

3、鉴于此，需要开发一种特别针对水库消落带复杂的引调水情势，巨大的水位波动高程等特征，能够方便采样、原位观测该区域生态环境过程的研究实验系统与运行方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统及方法，可原位观测其中污染物生态环境过程，为水库尤其是深水水库消落带地区的相关水生态环境问题研究提供模拟实验平台。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，包括水上漂浮平台，水上漂浮平台上设置有实验框架平台和操作平台，操作平台设置在实验框架平台中部，操作平台上设置有动力系统，动力系统通过若干传动机构与相匹配的培养机构连接；

3、升降系统包括电机，电机设置在操作平台中部凹槽中，电机输出端通过带链条的转盘传输系统与传动机构连接；

4、传动机构包括传动杆，传动杆由若干套杆连接组成，且套杆上端通过补心安装在转盘传输系统上，传动杆下端设置有悬挂筒勾，悬挂筒勾上设置有培养机构；通过控制传动杆控制培养机构入水深度。

5、进一步，培养机构包括培养箱，培养箱设置在悬挂筒勾上，培养箱上设置有箱盖，箱盖上设置有若干具膜出水孔，培养箱内盛放有用于研究污染物生态环境过程的水库消落带土壤。

6、在进行实验时，将用于研究污染物生态环境过程的水库消落带土壤放入培养箱中，盖上箱盖并置于悬挂筒勾上，然后将整个实验系统置于待进行实验的水中，启动电机通过带链条的转盘传输系统和传动杆带动培养箱深入水中的设定深度，且各培养箱可以置于不同深度，模拟水中不同深度的相关实验，再间隔相应时间采集样品测试相关数据。具膜出水孔，在防止水库水体悬沙落淤进入的同时，可确保培养箱中水压、溶解氧等理化参数与周边原位环境一致。

7、进一步，箱盖为铁皮箱盖。

8、进一步，水上漂浮平台由若干不锈钢框架构成，且不锈钢框架下方设置有若干对浮筒。

9、进一步，水上漂浮平台为等边三角形，三角形的水上漂浮平台三个顶点处分别设置有传动杆与对应的培养机构。

10、等边三角形不锈钢框架结构的水上漂浮平台结构稳定，且多个培养箱均通过传动杆等设置在等边三角形的各顶点处，也不易出现不均衡等情况。

11、进一步，操作平台上设置有控制面板，控制面板与动力系统连接。

12、进一步，动力系统还与太阳能电池板连接。

13、本发明还提供了上述水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统的运行方法，依次包括以下步骤：

14、(1)将用于研究污染物生态环境过程的水库消落带土壤放入培养箱中，盖上箱盖并置于悬挂筒勾上，将整个实验系统置于水中；

15、(2)启动电机将培养箱深入水体中并到达设定深度，关闭电机，再每间隔1个月对培养箱中的土壤进行取样分析。

16、进一步，步骤(2)中，培养箱深度分别为0.5m、5m和10m。

17、本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明可通过实验框架平台和操作平台设置不同的浸没水深与时间的培养系统，原位模拟观测不同淹水-落干强度中污染物的水生态环境过程，克服了地面难以模拟数十米浸水水深的困境，最大程度上还原了水库消落带的淹水-落干过程。

19、2、该传动杆采用数根套杆连接而成，淹水浸没深度范围广，可根据水库消落带的高程不同选择合适规格和数量的套杆连接组成，模拟消落带的淹水浸没深度，适用范围广。

20、3、培养箱可通过传动杆提取上岸，方便取样和测试分析，克服了深水水库消落带取样分析的困难。

技术特征：

1.水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，包括水上漂浮平台，所述水上漂浮平台上设置有实验框架平台和操作平台，所述操作平台设置在所述实验框架平台中部，所述操作平台上设置有动力系统，所述动力系统通过若干传动机构与相匹配的培养机构连接；

2.如权利要求1所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述培养机构包括培养箱，所述培养箱设置在所述悬挂筒勾上，所述培养箱上设置有箱盖，所述箱盖上设置有若干具膜出水孔，所述培养箱内盛放有用于研究污染物生态环境过程的水库消落带土壤。

3.如权利要求2所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述箱盖为铁皮箱盖。

4.如权利要求1所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述水上漂浮平台由若干不锈钢框架构成，且所述不锈钢框架下方设置有若干对浮筒。

5.如权利要求1所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述水上漂浮平台为等边三角形，三角形的所述水上漂浮平台三个顶点处分别设置有传动杆与对应的培养机构。

6.如权利要求1所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述操作平台上设置有控制面板，所述控制面板与动力系统连接。

7.如权利要求1所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统，其特征在于，所述动力系统还与太阳能电池板连接。

8.权利要求1-7任一项所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统的运行方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统的运行方法，其特征在于，步骤(2)中，培养箱深度分别为0.5m、5m和10m。

技术总结
本发明公开了一种水库消落带污染物生态环境过程原位研究实验系统及方法，涉及水利实验系统技术领域；该实验系统，包括水上漂浮平台，水上漂浮平台上设置有实验框架平台和操作平台，操作平台设置在实验框架平台中部，操作平台上设置有动力系统，动力系统通过若干传动机构与相匹配的培养机构连接；传动机构包括传动杆，传动杆由若干套杆连接组成，且套杆上端通过补心安装在转盘传输系统上，传动杆下端设置有悬挂筒勾，悬挂筒勾上设置有培养机构；通过控制传动杆控制培养机构入水深度。本发明还提供了该系统的运行方法。本发明可原位观测其中污染物生态环境过程，为水库消落带地区的相关水生态环境问题研究提供模拟实验平台。

技术研发人员：林莉,潘雄,吴伟杰,董磊,陶晶祥,靖争
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17