[發明專利]河湖包氣帶滲濾性能的模擬調控系統及其方法

無效

• 申請號: 201110216894.4
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102359084A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 李云開;楊培嶺;劉澄澄;李鵬翔;梁名超;毛曉敏
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及水土資源與環境工程研究技術領域，尤其涉及一種河 湖包氣帶滲濾性能的模擬調控系統及其方法。

背景技術

河湖包氣帶作為河湖的滲濾系統，被認為是天然的凈化器，它通 過一系列的物理、化學與生物作用，可以使滲流水中的污染物部分或 完全去除。而不同的河湖包氣帶對滲流水的凈污效應差異較大，這主 要與包氣帶自身的滲濾性能有關。影響河湖包氣帶滲濾性能的因素很 多，主要包括沉積層組成、包氣帶結構、滲濾速度與滯留時間、溫度 等。其中，沉積層組成是河湖包氣帶滲濾性能的主要影響因素。

沉積層-水界面作用對河湖實現對地下水水量和水質的影響有著 相當重要的作用。然而，我國及世界各地的許多河湖卻幾乎不存在天 然沉積層，這導致地表水滲濾速度過快，污染物去除率較低。目前， 人工為河湖填鋪具有一定阻水與攔污能力的控滲層，可以有效地控制 河湖包氣帶的滲濾性能，提高其凈污能力及對地下水安全的保護作 用。

我國對利用天然河床沉積層或人工控滲層控制河湖包氣帶滲濾 性能的研究仍處于起步階段，尚未形成完善的研究理論體系，相關的 試驗裝置及技術方法也不夠成熟。目前，對不同河湖滲濾性能條件下 包氣帶土壤水分與溶質運移規律的研究主要通過在室內構建可調控 天然河湖包氣帶滲濾性能的模擬系統來開展。例如，實用新型專利申 請CN201575963U中公開了一種水鹽動態監測試驗裝置，實現了溫度 -水分-鹽分-地下水聯合作用下的動態監測和實現數據的直接讀取及 處理。但總體而言，設計裝置尺寸較小，模擬尺度有限，尺度效應與 邊壁效應明顯，模擬結果局限性大，不便于廣泛應用于科學研究。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種河湖包氣帶滲濾性能的模 擬調控系統及其方法，實現層狀土壤結構的分層準確模擬，并可根據 不同的模擬需要，來模擬不同控滲層厚度和不同控滲措施，準確控制 河湖包氣帶的滲濾性能，大大提高不同類型層狀土壤的模擬精度。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明提供了一種河湖包氣帶滲濾性能的模擬 調控系統，包括：地表水位調控裝置、控滲裝置、包氣帶模擬裝置、 地下水位調控裝置以及數據監測系統；

所述地表水位調控裝置連接所述控滲裝置；

所述控滲裝置包括：

控滲柱，用于通過填裝不同的控滲材料來調控包氣帶的滲透性 能；

緩沖調節柱，上層通過法蘭盤與控滲柱連接，下層通過供水管路 和蠕動泵與包氣帶模擬裝置相連接，用于加設找平層和反濾層；

所述包氣帶模擬裝置包括：多個串聯的土柱，由蠕動泵和供水管 路串聯，用于盛裝河床土壤以模擬包氣帶結構；

所述土柱分為多節，用于方便更換和調控；所述土柱側壁開設滲 濾液取樣口、土壤溫度-水分-鹽分傳感器布設口和采土口，用于定時 監測包氣帶的溫度、水分以及鹽分狀況，提取土壤水來監測包氣帶污 染物的遷移轉化規律；

所述地下水位調控裝置包括：地下水供水馬氏瓶和地下水平衡 器，通過地下水補充管路相互連接，用于通過調節地下水供水馬氏瓶 相對土柱的高度來控制地下水位，模擬不同地下水位情景；

所述地下水平衡器，與所述包氣帶模擬裝置相連接，用于觀測土 壤水與地下水之間的轉化量，以量化土壤水與地下水的轉化規律；

所述數據監測系統，用于從所述包氣帶模擬裝置獲取水量與水質 監測數據，包括：土壤水自動采集器和土壤溫度-水分-鹽分傳感器。

優選地，所述土壤水自動采集器包括：多孔陶土管、采樣瓶、真 空抽氣泵、過濾器、多孔通氣變頭和存樣器；所述多孔陶土管安裝于 各土柱側壁的滲濾液取樣口中，各土柱土壤溫度-水分-鹽分傳感器的 Hydra探針通過觀測口埋設在包氣帶不同斷面。

優選地，所述數據監測系統，還包括數據采集與控制裝置；

所述數據采集與控制裝置包括：數據采集控制器和上位機；

所述數據采集控制器，用于采集土壤溫度-水分-鹽分傳感器的數 據，并對蠕動泵、電控閥門進行控制；上位機與數據采集控制器連接， 用于實現對土柱內溫度、水分、鹽分數據的實時監測、記錄和顯示。

優選地，所述地表水位調控裝置包括：通過供水管路順次連接的 蓄水箱、供水管道泵、地表水位供水馬氏瓶和地表水位調控柱；