[發明專利]紫色土坡耕地污染物遷移轉化過程模擬裝置

有效

• 申請號: 201210478143.4
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102980988A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 龍天渝;劉佳;趙廣;曹懷亮;肖星;安強;傘磊;杜坤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發明涉及對紫色土坡耕地污染方面的研究，具體涉及一種紫色土坡耕地污染物遷移轉化過程模擬裝置，屬于土壤養分流失、土壤侵蝕和面源污染控制領域。

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背景技術

紫色土是一種寶貴的農業土壤資源。三峽庫區總耕地面積中約有80%為紫色土，且以坡耕地為主。通常認為坡耕地的污染物或養分主要通過降雨時隨地表徑流流失，而近年來的研究表明，在有下墊面或不透水層的坡耕地，壤中流也是土壤養分流失的主要途徑之一。紫色土由紫色頁巖發育而成，具有土層淺薄、孔隙度大，土壤-紫色泥頁巖界面滲透性弱等特點。現場實測結果表明：紫色土坡耕地壤中流流量遠高于地表徑流，占全年總徑流的73%，壤中流對氮素流失的貢獻為88%，而泥沙的貢獻為8%，地表徑流的貢獻為4%；壤中流對磷素流失的貢獻為8%，地表徑流的貢獻為14%，泥沙的貢獻為78%。由此可見，研究紫色土坡耕地污染物隨壤中流的流失規律具有重要的意義。

目前，土壤侵蝕以及養分或污染物流失的實驗研究方法主要有室外原位田塊、徑流小區人工降雨或天然降雨實驗；室內土柱淋溶實驗和室內人工降雨土槽實驗。

室外原位田塊或徑流小區實驗一般用邊梗將田塊或徑流小區隔離，以防止降雨時田塊或徑流小區以外的徑流流入。與室內實驗相比，室外原位實驗避免因土壤搬動而導致的與實際情況不完全一致的情況發生，但由于實驗條件不能人為控制而難以獲得具有普遍意義的結果，以及進行不同情況的對比。人工模擬降雨實驗與天然降雨實驗相比，克服了降雨的不可控，有助于對不同雨量、雨強、降雨歷時等因素影響作用的研究與分析。室外原位田塊或徑流小區實驗由于邊梗的作用，無法實現對坡上地表來流、以及坡上地表來流與降雨徑流兩水文過程耦合作用對坡耕地土壤侵蝕以及養分或污染物流失的研究。

室內土柱淋溶實驗，通常采用蠕動泵向土柱頂部注水來模擬降雨，研究壤中流的垂向一維運動和養分或污染物沿垂向的遷移。土柱淋溶裝置無法研究有下墊面或不透水層的坡耕地中壤中流以及養分或污染物流失沿坡向的流動。

室內人工降雨土槽實驗雖然可以研究坡耕地的地表徑流和壤中流，但現有的裝置及方法，主要針對黃土、紅壤土等無下墊面或下墊面透水的坡耕地，而針對有滲透性極弱的下墊面或不透水層的紫色土坡耕地的養分及污染物隨地表徑流和壤中流流失過程的裝置和方法鮮見報道。此外，現有的有關的裝置及其方法，基本上沒有考慮降雨時坡上地表來流與降雨-徑流的耦合對養分及污染物流失的影響，也未涉及研究降雨和坡上來流兩水文過程耦合作用下，紫色土坡耕地地表徑流和壤中流養分與污染物遷移轉化的過程。

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發明內容

針對現有坡耕地養分流失及水土侵蝕研究中各因素(降雨、坡上來流、坡度等)難以綜合有效控制、定量分析的不足，本發明的目的提供一種模擬不同水文過程下養分和污染物在紫色土坡耕地遷移轉化的裝置，本裝置能夠模擬降雨產生的地表徑流、坡上地表來流、以及它們兩者的耦合對有極弱透水層的紫色土坡耕地養分及污染物隨地表徑流和壤中流的流失和流失過程。

本發明實現上述目的的技術解決方案如下：

紫色土坡耕地污染物遷移轉化過程模擬裝置，它包括填裝有紫色土的土槽、人工降雨裝置和坡上地表來流模擬裝置；土槽由底板和四周圍板構成，土槽傾斜放置使前端高、末端低；坡上地表來流模擬裝置包括水源、蠕動泵和溢流水箱，溢流水箱位于土槽前端，紫色土填裝高度與溢流水箱出水口高度一致，由蠕動泵向溢流水箱供水使溢流水箱形成溢水模擬坡上地表來流；人工降雨裝置包括水源、輸水管和將水送到輸水管的水泵，輸水管有部分通過支撐架懸空布置在土槽上端，輸水管上設有若干噴頭，噴頭相對土槽表面均勻布置；在土槽末端分別設有地表徑流流量測量設備、地表徑流取樣口、壤中流流量測量設備、壤中流取樣口；在紫色土側面沿徑流方向也分別設有若干地表徑流取樣口和壤中流取樣口。所有取樣口和紫色土之間設有過濾用濾網。

為了模擬不同的紫色土坡耕地坡度，在土槽底板下設有傾角調節機構，傾角調節機構包括固定支座和千斤頂，固定支座通過轉軸連接在土槽底板一端，千斤頂頂在土槽底板另一端。通過啟動千斤頂，即可改變土槽傾角，即模擬不同的紫色土坡耕地坡度。

在土槽底板上設有1個直徑3cm排水口，使得該裝置底部能達到極弱透水效果，排水口和紫色土之間設有過濾用濾網。

所述支撐輸水管的支撐架高度可調，以達到模擬天然降雨條件以及降雨的均勻度。

所述輸水管上設有流量計以控制降雨強度，在土槽中間放置雨量筒來測定降雨強度。