[发明专利]河湖包气带渗滤性能的模拟调控系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及水土资源与环境工程研究技术领域，尤其涉及一种河 湖包气带渗滤性能的模拟调控系统及其方法。

背景技术

河湖包气带作为河湖的渗滤系统，被认为是天然的净化器，它通 过一系列的物理、化学与生物作用，可以使渗流水中的污染物部分或 完全去除。而不同的河湖包气带对渗流水的净污效应差异较大，这主 要与包气带自身的渗滤性能有关。影响河湖包气带渗滤性能的因素很 多，主要包括沉积层组成、包气带结构、渗滤速度与滞留时间、温度 等。其中，沉积层组成是河湖包气带渗滤性能的主要影响因素。

沉积层-水界面作用对河湖实现对地下水水量和水质的影响有着 相当重要的作用。然而，我国及世界各地的许多河湖却几乎不存在天 然沉积层，这导致地表水渗滤速度过快，污染物去除率较低。目前， 人工为河湖填铺具有一定阻水与拦污能力的控渗层，可以有效地控制 河湖包气带的渗滤性能，提高其净污能力及对地下水安全的保护作 用。

我国对利用天然河床沉积层或人工控渗层控制河湖包气带渗滤 性能的研究仍处于起步阶段，尚未形成完善的研究理论体系，相关的 试验装置及技术方法也不够成熟。目前，对不同河湖渗滤性能条件下 包气带土壤水分与溶质运移规律的研究主要通过在室内构建可调控 天然河湖包气带渗滤性能的模拟系统来开展。例如，实用新型专利申 请CN201575963U中公开了一种水盐动态监测试验装置，实现了温度 -水分-盐分-地下水联合作用下的动态监测和实现数据的直接读取及 处理。但总体而言，设计装置尺寸较小，模拟尺度有限，尺度效应与 边壁效应明显，模拟结果局限性大，不便于广泛应用于科学研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种河湖包气带渗滤性能的模 拟调控系统及其方法，实现层状土壤结构的分层准确模拟，并可根据 不同的模拟需要，来模拟不同控渗层厚度和不同控渗措施，准确控制 河湖包气带的渗滤性能，大大提高不同类型层状土壤的模拟精度。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种河湖包气带渗滤性能的模拟 调控系统，包括：地表水位调控装置、控渗装置、包气带模拟装置、 地下水位调控装置以及数据监测系统；

所述地表水位调控装置连接所述控渗装置；

所述控渗装置包括：

控渗柱，用于通过填装不同的控渗材料来调控包气带的渗透性 能；

缓冲调节柱，上层通过法兰盘与控渗柱连接，下层通过供水管路 和蠕动泵与包气带模拟装置相连接，用于加设找平层和反滤层；

所述包气带模拟装置包括：多个串联的土柱，由蠕动泵和供水管 路串联，用于盛装河床土壤以模拟包气带结构；

所述土柱分为多节，用于方便更换和调控；所述土柱侧壁开设渗 滤液取样口、土壤温度-水分-盐分传感器布设口和采土口，用于定时 监测包气带的温度、水分以及盐分状况，提取土壤水来监测包气带污 染物的迁移转化规律；

所述地下水位调控装置包括：地下水供水马氏瓶和地下水平衡 器，通过地下水补充管路相互连接，用于通过调节地下水供水马氏瓶 相对土柱的高度来控制地下水位，模拟不同地下水位情景；

所述地下水平衡器，与所述包气带模拟装置相连接，用于观测土 壤水与地下水之间的转化量，以量化土壤水与地下水的转化规律；

所述数据监测系统，用于从所述包气带模拟装置获取水量与水质 监测数据，包括：土壤水自动采集器和土壤温度-水分-盐分传感器。

优选地，所述土壤水自动采集器包括：多孔陶土管、采样瓶、真 空抽气泵、过滤器、多孔通气变头和存样器；所述多孔陶土管安装于 各土柱侧壁的渗滤液取样口中，各土柱土壤温度-水分-盐分传感器的 Hydra探针通过观测口埋设在包气带不同断面。

优选地，所述数据监测系统，还包括数据采集与控制装置；

所述数据采集与控制装置包括：数据采集控制器和上位机；

所述数据采集控制器，用于采集土壤温度-水分-盐分传感器的数 据，并对蠕动泵、电控阀门进行控制；上位机与数据采集控制器连接， 用于实现对土柱内温度、水分、盐分数据的实时监测、记录和显示。

优选地，所述地表水位调控装置包括：通过供水管路顺次连接的 蓄水箱、供水管道泵、地表水位供水马氏瓶和地表水位调控柱；