[发明专利]温度-水力耦合作用下河渠污染物传输的物理模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度-水力耦合作用下河渠污染物传输的物理模拟试验装置，主要 用于变水位条件下河流、水渠、排污渠等周围土壤和地下水系统中污染物浓度、含水率、 孔隙水压等物理量动态变化规律的物理模拟试验研究，属于资源与环境技术领域。

背景技术

随着工业建设及人们日常生活污水产量的逐年增加，大量污水不能得到及时处理， 被直接或通过水渠和排污渠间接排放到河流中，造成了河渠及其周围土壤和地下水的严 重污染，已成为环境污染治理中的热点及焦点问题。土壤是一个复杂的开放体系，极易 受到周围介质的污染。土壤污染对人类危害巨大，它不仅可以造成粮食作物的减产，还 可以通过地下水途径对人类健康构成威胁。而地下水污染则是一个复杂的地质、地球化 学作用过程，具有隐蔽性、复杂性和难以恢复性，一旦污染，很难被及早发现，并且难 以治理。因此，在目前河流、水渠、排污渠及其周围土壤和地下水污染日益严重的情况 下，研究污染物的迁移转化规律，用以指导污染减排工作是十分必要的。

河流、水渠、排污渠中的污染物在重力作用下，随水分渗透到土壤乃至地下含水层 中。污染物在土壤及地下水中的运移是一个温度-水力-化学耦合作用下的复杂物理化学 过程，其中涉及到许多确定或不确定性因素，为了控制和减少污染物无组织的释放、减 轻其对生态环境的污染，最大限度降低污染物的排放浓度，则必须对污染物传输的动态 特性进行实时监测和模拟预测研究。如何预测和防止地质环境系统中污染物的发生、发 展，监测和模拟其传输的特征及影响范围与历时，为污染物控制技术的实施提供必要的 基础参数数据，已成为目前摆在广大科研人员面前亟待解决的问题。现场监测试验只能 反映近期污染物释放传输情况，很难反映出地质环境体系中污染物动态传输的全过程， 而工程应用必须要有整个过程的数据。目前试验数据的缺乏(特别是全面、综合的试验 数据)也严重制约了土壤及地下水中污染预测数学模型的发展以及预测结果的准确性，   并已成为限制污染控制技术发展的瓶颈问题。物理模型试验是进行岩土体介质中污染物 传输特性研究的基本方法，具有可真实再现污染物传输过程的特点，并可为数学模型的 建立和模型参数的确定提供科学的技术手段，因此，被学术和工程界广泛应用。然而， 目前国内外已研发的相关监测试验装置，仍存在以下几个方面的问题：

(1)地下水污染系统在自然界中本是一个整体，往往由于条件限制不得不将它们 分开来模拟，缺乏对系统的整体模拟。

(2)在试验过程控制和数据采集上，设备多是利用手工操作和记录，有些设备使 用了计算机辅助记录数据，但无法对试验进程进行实时跟踪、智能操控和自动监测，易 造成人力资源的浪费和试验数据的过于离散，对试验精度带来不利影响。

(3)多数设备只有单一和固定的接口，进而无法将设备扩充以满足研究的进一步 需要。而且无法对仪器进行合理置换，造成了设备的可拓展性和灵活性不高，功能单一， 装置的循环利用性差。

(4)大多试验是在定流速、定水位、常温、常压下开展的，无法开展变流速、变 水位、变温度和变压力等条件下污染物传输试验研究，试验条件可控性差。

(5)污染物浓度的监测大都是通过对水样进行化学分析进行的，大都未实现试验 数据的在线监测。由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等 限制，仍不能及时地监视环境质量的变化，监测数据具有一定的滞后性。

随着国家对环境监测信息的需求与日俱增，需要大量的相关环境监测仪器设备，重 点需求是具有自主知识产权的污染物监测的技术装备，以人工为主、单个设备功能为主 的传统的环境监测方式已不能满足要求，而实时性能好、自动化程度高和系统功能完善 为主的污染物自动监测方式成为发展的趋势。“十一五”规划制定的污染减排“三大体 系”，也将“准确的减排监测体系”的目标确定为建立一套污染源监督性监测和重点污 染源自动在线监测相结合的环境监测体系。

发明内容

针对以上存在的问题，本专利在于提供一种结构合理，操作使用方便的温度-水力耦 合作用下河渠污染物传输的物理模拟试验装置。其技术解决方案为：