[发明专利]紫色土坡耕地污染物迁移转化过程模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及对紫色土坡耕地污染方面的研究，具体涉及一种紫色土坡耕地污染物迁移转化过程模拟装置，属于土壤养分流失、土壤侵蚀和面源污染控制领域。

 

背景技术

紫色土是一种宝贵的农业土壤资源。三峡库区总耕地面积中约有80%为紫色土，且以坡耕地为主。通常认为坡耕地的污染物或养分主要通过降雨时随地表径流流失，而近年来的研究表明，在有下垫面或不透水层的坡耕地，壤中流也是土壤养分流失的主要途径之一。紫色土由紫色页岩发育而成，具有土层浅薄、孔隙度大，土壤-紫色泥页岩界面渗透性弱等特点。现场实测结果表明：紫色土坡耕地壤中流流量远高于地表径流，占全年总径流的73%，壤中流对氮素流失的贡献为88%，而泥沙的贡献为8%，地表径流的贡献为4%；壤中流对磷素流失的贡献为8%，地表径流的贡献为14%，泥沙的贡献为78%。由此可见，研究紫色土坡耕地污染物随壤中流的流失规律具有重要的意义。

目前，土壤侵蚀以及养分或污染物流失的实验研究方法主要有室外原位田块、径流小区人工降雨或天然降雨实验；室内土柱淋溶实验和室内人工降雨土槽实验。

室外原位田块或径流小区实验一般用边梗将田块或径流小区隔离，以防止降雨时田块或径流小区以外的径流流入。与室内实验相比，室外原位实验避免因土壤搬动而导致的与实际情况不完全一致的情况发生，但由于实验条件不能人为控制而难以获得具有普遍意义的结果，以及进行不同情况的对比。人工模拟降雨实验与天然降雨实验相比，克服了降雨的不可控，有助于对不同雨量、雨强、降雨历时等因素影响作用的研究与分析。室外原位田块或径流小区实验由于边梗的作用，无法实现对坡上地表来流、以及坡上地表来流与降雨径流两水文过程耦合作用对坡耕地土壤侵蚀以及养分或污染物流失的研究。

室内土柱淋溶实验，通常采用蠕动泵向土柱顶部注水来模拟降雨，研究壤中流的垂向一维运动和养分或污染物沿垂向的迁移。土柱淋溶装置无法研究有下垫面或不透水层的坡耕地中壤中流以及养分或污染物流失沿坡向的流动。

室内人工降雨土槽实验虽然可以研究坡耕地的地表径流和壤中流，但现有的装置及方法，主要针对黄土、红壤土等无下垫面或下垫面透水的坡耕地，而针对有渗透性极弱的下垫面或不透水层的紫色土坡耕地的养分及污染物随地表径流和壤中流流失过程的装置和方法鲜见报道。此外，现有的有关的装置及其方法，基本上没有考虑降雨时坡上地表来流与降雨-径流的耦合对养分及污染物流失的影响，也未涉及研究降雨和坡上来流两水文过程耦合作用下，紫色土坡耕地地表径流和壤中流养分与污染物迁移转化的过程。

 

发明内容

针对现有坡耕地养分流失及水土侵蚀研究中各因素(降雨、坡上来流、坡度等)难以综合有效控制、定量分析的不足，本发明的目的提供一种模拟不同水文过程下养分和污染物在紫色土坡耕地迁移转化的装置，本装置能够模拟降雨产生的地表径流、坡上地表来流、以及它们两者的耦合对有极弱透水层的紫色土坡耕地养分及污染物随地表径流和壤中流的流失和流失过程。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

紫色土坡耕地污染物迁移转化过程模拟装置，它包括填装有紫色土的土槽、人工降雨装置和坡上地表来流模拟装置；土槽由底板和四周围板构成，土槽倾斜放置使前端高、末端低；坡上地表来流模拟装置包括水源、蠕动泵和溢流水箱，溢流水箱位于土槽前端，紫色土填装高度与溢流水箱出水口高度一致，由蠕动泵向溢流水箱供水使溢流水箱形成溢水模拟坡上地表来流；人工降雨装置包括水源、输水管和将水送到输水管的水泵，输水管有部分通过支撑架悬空布置在土槽上端，输水管上设有若干喷头，喷头相对土槽表面均匀布置；在土槽末端分别设有地表径流流量测量设备、地表径流取样口、壤中流流量测量设备、壤中流取样口；在紫色土侧面沿径流方向也分别设有若干地表径流取样口和壤中流取样口。所有取样口和紫色土之间设有过滤用滤网。

为了模拟不同的紫色土坡耕地坡度，在土槽底板下设有倾角调节机构，倾角调节机构包括固定支座和千斤顶，固定支座通过转轴连接在土槽底板一端，千斤顶顶在土槽底板另一端。通过启动千斤顶，即可改变土槽倾角，即模拟不同的紫色土坡耕地坡度。

在土槽底板上设有1个直径3cm排水口，使得该装置底部能达到极弱透水效果，排水口和紫色土之间设有过滤用滤网。

所述支撑输水管的支撑架高度可调，以达到模拟天然降雨条件以及降雨的均匀度。

所述输水管上设有流量计以控制降雨强度，在土槽中间放置雨量筒来测定降雨强度。