[發明專利]土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制系統、方法與應用

在審

• 申請號: 202110057308.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112730810A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 劉琛;關卓;崔俊芳;劉海師;陳志;程建華
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本發明屬于污染物水文學技術領域，公開了一種土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制系統、方法與應用，水文過程觀測：數據采集系統自動采集水勢計、雨量計和翻斗計數據；雨水和徑流樣品通過氫氧同位素的分析測定，判斷產流機理并獲取土壤水分運動過程動態數據；地表徑流和地下滲漏水收集：降雨過程中采集樣品，降雨結束后在收集器內采集總樣和泥沙樣品；目標污染物分析檢測：分析測定pH、電導率、DOC/TOC、總氮、氨氮、硝氮、總磷、磷酸鹽、顆粒態磷、土壤膠體、新型污染物濃度等。本發明為土壤中復合污染物遷移研究提供經濟可行、設計科學合理的野外在線觀測、采樣設備及試驗方法，實驗數據可為污染物遷移的水文過程研究及模型計算提供參考。

技術領域

本發明屬于污染物水文學技術領域，尤其涉及一種土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制系統、方法與應用。

背景技術

傳統水文學方法在針對新型污染物遷移行為研究方面的應用不足，而土壤水分運動過程復雜，是影響污染物運移的核心驅動過程。與室內模擬實驗方法不同，污染物在自然降雨過程中的徑流響應特別是土壤中大孔隙流存在下的遷移特征是研究的難點所在。尤其在我國長江中上游典型紫色土丘陵區，土壤中含有豐富大孔隙優先流，會加劇污染物向地下水遷移的風險。目前，針對新型污染物遷移研究的原位監測與采樣因缺乏技術手段而難以實現。因此，在傳統土壤物理、水文學及環境化學原理基礎上，需要開發針對自然降雨過程的原位監測采樣系統與試驗方法體系，以精細刻畫土壤中復合污染物對水文過程的響應及其遷移特征，為污染物水文學模型計算提供研究方法與關鍵參數。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：針對新型污染物遷移研究的原位監測與采樣因缺乏技術手段而難以實現。

解決以上問題及缺陷的難度為：同時實現原位降雨徑流的觀測和采樣。采樣系統兼顧過程樣品和最終樣品的收集。新型污染物如抗生素類物質為痕量濃度，需要收集較大體積樣品以實現其分析檢測。

解決以上問題及缺陷的意義為：提供系統化設備及方法，實現對傳統碳氮磷與新型有機污染物的同步觀測，滿足進行復合污染物遷移行為研究的技術需求，為環境水體中復合污染物的監測與控制提供科學方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制系統、方法與應用。

本發明是這樣實現的，一種土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制方法，所述土壤中污染物遷移的原位監測采樣控制方法包括：

數據采集系統自動采集水勢計數據，獲取土壤水分運動過程動態，根據土壤飽和過程判斷產流機理；自動獲取雨量計數據，描述降雨事件中降雨量變化；自動獲取翻斗計數據，用于計算地表徑流和地下滲漏水流量，描述峰值流量及退水過程動態；雨水和土壤水樣品通過氫氧同位素分析測定并基于二元混合模型計算水流分割，獲取事件水(雨水)和前期土壤水比例變化，用于描述土壤中雨水驅替過程；

降雨過程中，每隔15min使用玻璃采樣瓶通過連接收集器內翻斗計收集過程水樣，每個樣品收集500mL(時間間隔與采樣體積可隨雨強調整)；

降雨結束后，在收集器內采集地表徑流和滲漏水總樣各2L與泥沙樣品；

所采集水樣分析測定pH、電導率、DOC/TOC、總氮、氨氮、硝氮、總磷、磷酸鹽、顆粒態磷、土壤膠體及新型污染物(包括抗生素、抗性基因等)濃度。

本發明的另一目的在于提供一種計算機設備，所述計算機設備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時，使得所述處理器執行如下步驟：

數據采集系統自動采集水勢計、雨量計和翻斗計數據，雨水和徑流樣品通過氫氧同位素的分析測定，描述土壤中雨水驅替過程，判斷產流機理并獲取土壤水分運動過程動態數據；

降雨過程中，采集樣品，降雨結束后在收集器內采集總樣和泥沙樣品；