[实用新型]循环水槽—实验土杯跨尺度耦合的上覆水—床沙间污染物输运实验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种床沙间污染物输运实验系统，尤其涉及一种循环水槽—实验土杯跨尺度耦合的上覆水—床沙间污染物输运实验系统。

背景技术

地表水富营养化问题是当前全球主要生态和环境问题，中国太湖、滇池等主要湖泊多数存在富营养化问题。数学模型作为河流动力和环境研究的重要方法之一，曾在我国三峡水库修建和蓄水方案优化时起到重要作用。内源污染在富营养起到了决定性作用，欧洲大量的湖泊治理表明，即使外源全部切断条件下，内源污染也会依然存在。不同学者提出了大量措施治理内源污染，但尚未取得满意的效果。内源污染的严重性，使得当前问题不再是“能否治理”，而是变为在切断外源条件下“何时”或“什么程度”的问题。在回答这一问题中，床沙和上覆水床面通量和床沙污染物迁移规律研究具有决定性意义。

试验研究是解决床沙-上覆水系统界面污染物输运的主要途径，主要方法可分为静态试验和动态试验。

现有技术一：

静态实验虽称“静态”，但水体并非处于静止状态，常在搅拌和震荡等作用下保持泥沙悬浮状态。实验主要用于研究泥沙悬浮后的吸附解吸特征，如不同因素(粒径、温度、酸度)对吸附解吸的影响。也有实验对床沙特性进行研究，如描述特定河段床沙吸附解吸特性；对比分析不同河段泥沙的吸附速率和平衡吸附浓度；研究不同因素对床沙吸附解吸特性的影响机理。但是，静态实验在河流床沙特性研究中的缺陷早已被认识，如黄岁梁指出静态实验方法“完全不考虑天然河流的水力特性，这对于天然河流水力条件千差万别来说，不能不说是一大不足”。

现有技术一的缺点：

静态实验成果应用时，存在以下问题，首先，静态实验中容器内溶液近似不变且无法考虑不同泥沙差异，常用吸附等温式对应其平衡条件，而实际上天然床沙物质通量本身是非平衡条件下的产物，是一个非恒定、非均匀过程；其次，静态实验完全改变了泥沙的水沙动力特性，无法保证流速、污染物浓度等实验参数的可控性。如Huang同时进行简单的搅拌实验和改进的湍流模拟杯进行了吸附解吸实验，结果发现吸附平衡的时间分别为2h和20min，再次证明搅拌实验的水沙动力与地表水的水沙动力全然不同。

现有技术二：

循环水槽动水实验可以实现实验段水沙动力和上游来流水沙条件的可控性，尾水流经水泵又输送至水槽上游，循环使用。在实验段外增加设备，以控制水沙的浓度和化学条件。循环水槽的供水系统，尾门控制等水沙动力学控制已相对成熟。床沙-上覆水污染物交换研究中，床沙近似充满整个河道，基此模拟床沙输运过程床面-上覆水污染物交换。

现有技术二的缺点：

但是，现有方法存在如下问题：

1)整个河道充满床沙，床沙在水流作用下，存在推移运动和冲淤变化。床面冲淤使得表层泥沙发生变化，无法研究垂向不同深度泥沙和上覆水的交换过程。

2)上覆水-床沙中污染物交换与泥沙物理特性和化学特性相关，试验过程常需要控制泥沙物理特性(如粒径)和化学吸附特性(如表层可交换态)，河道试验需采用天然河沙，若整个河道作为床沙实验区，则用沙量非常大，如10m长、0.3m宽，床沙厚度为0.15m，则一次实验需要沙量0.45m3。而且吸附解吸试验后泥沙无法重复利用。试验泥沙需要取自河沙，试验规模过大，成本过高，试验费用或工作量角度都会难以满足。

3)若将河床作为一者整体，则每次只能做一组特定物理化学性质的泥沙样品。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种方便控制床沙参数，经济、可行的循环水槽—实验土杯跨尺度耦合的上覆水—床沙间污染物输运实验系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的循环水槽—实验土杯跨尺度耦合的上覆水—床沙间污染物输运实验系统，包括循环水槽，所述循环水槽内设有床沙－上覆水污染物交换区，在床沙底部的循环水槽的床面上留出土杯接口并连接土杯，所述土杯口部与所述循环水槽的床面齐平，床沙及上覆水与所述土杯连通。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的循环水槽—实验土杯跨尺度耦合的上覆水—床沙间污染物输运实验系统，耦合静态试验设备和循环水槽系统，提供地表水上覆水相似的水动力条件，同时方便控制床沙参数，减少床沙试验用沙，增加试验的经济型和可行性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中实验水槽系统的侧面结构示意图。

图2为本实用新型实施例中实验水槽系统的平面结构示意图。

图3为本实用新型实施例中床沙-上覆水接口区的土杯接口(左边为方形，右边可直接放置烧杯)的布置示意图。