專利名稱：人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種利用人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置研究人工岸帶特征污染物遷移規(guī)律的方法，更加具體地說，是一種耦合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬研究人工岸帶特征污染物遷移規(guī)律的使用方法。
背景技術(shù)：
濱海地區(qū)一直是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)最為活躍的地區(qū)，為了解決地區(qū)發(fā)展與用地缺乏的矛盾，興起了一股圍海造陸的熱潮。海灘含水層區(qū)別于內(nèi)陸含水層的一個(gè)重要一點(diǎn)是，海灘含水層處于水陸交界地帶，各種物理、化學(xué)、生物等因素相互作用，使得海灘地區(qū)成為一個(gè)復(fù)雜、非線性、動(dòng)態(tài)區(qū)域。在圍海造陸的過程中，輕易破壞了原有含水層系統(tǒng)中的各種物理化學(xué)平衡狀態(tài)，從而造成了海水入侵、陸源污染物下泄進(jìn)入近海岸地區(qū)等嚴(yán)重的環(huán)境問題。渤海灣人工岸帶采用吹填法圍海造陸工程形成。施工總體可以分為圍堤、吹填兩部分。圍堤堤身采用雙袋裝砂棱體+中間填筑砂結(jié)構(gòu)，地基處理為排水板+通長砂袋，堤身外坡設(shè)置無紡?fù)凉げ?袋裝碎石反濾層、塊石墊層、預(yù)制柵欄板護(hù)面，內(nèi)坡為復(fù)合袋體+機(jī)織布簡易護(hù)面。外坡鎮(zhèn)腳反壓層采用拋石平護(hù)，內(nèi)坡反壓層采用通常袋平鋪。堤頂設(shè)置泥結(jié)二灰結(jié)石路面及漿砌塊石擋浪墻。圍堤工程結(jié)束后采用隨吹隨填的方法將渤海灣海底沉積物吹填到圍堤區(qū)域，進(jìn)行排水，按照此步驟層層推進(jìn)形成不斷擴(kuò)大的人工岸帶。天津市人工岸帶以分層吹填為主，通過自然沉積以及添加固化劑等方式固化形成陸地，由于吹填土的物質(zhì)成分復(fù)雜，包含大量海底淤泥，且其結(jié)構(gòu)特征與自然海相淤泥又不完全相同，可能攜帶大量的污染物，成為新造陸地的潛在內(nèi)源污染成分，這些污染物通過降雨淋溶以及海岸帶地下水的徑流作用，會(huì)進(jìn)入該區(qū)淺層地下水系統(tǒng)，造成海岸帶地下水污染，另一方面，由于淡水邊界與海水邊界水力梯度的存在以及由密度差異引起的彌散作用發(fā)生，污染物隨地下水流向海洋，通過海底地下水排泄作用排入到海水中，造成海洋生態(tài)環(huán)境的改變，嚴(yán)重制約沿海經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展。因此，為了解決人工岸帶造成的地下水及近海岸地區(qū)的環(huán)境污染問題，亟需對(duì)人工岸帶地區(qū)污染物遷移規(guī)律的方法進(jìn)行研究。天津市臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)型人工岸帶的構(gòu)建，要以建立人工岸帶海陸水交互作用過程中形成的咸淡水界面污染物的遷移規(guī)律為目標(biāo)。數(shù)值模擬可以更為有效地把握污染物的特征與遷移規(guī)律、可更為準(zhǔn)確的探究人工岸帶地下水與海水的交互作用機(jī)理。但建立數(shù)學(xué)模型的過程中涉及許多復(fù)雜的污染物遷移過程，包含許多參數(shù)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確預(yù)測污染物的遷移規(guī)律，需要密集的污染物濃度時(shí)空分布以及水文地質(zhì)情況的空間變化等現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校正。由于野外觀測以及樣品在線分析費(fèi)用較高，因而野外觀測只能提供有限數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)不易反應(yīng)水文地質(zhì)的不均勻性和污染物的時(shí)空濃度分布情況，從而影響了地下水污染水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型的預(yù)測精度。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)建小尺度的污染水動(dòng)力學(xué)物理模型能夠很好彌補(bǔ)以上的缺陷，因此研究試制了反映濱海岸帶海水與地下水交互作用的二維物理模擬裝置，以模擬海陸水交互作用形成的咸淡水界面，在室內(nèi)開展咸淡水界面污染物遷移規(guī)律研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用圍海造陸形成的人工岸帶，導(dǎo)致人工岸線比例增高，改變了原有的自然風(fēng)貌，同時(shí)改變了海陸水交換的平衡狀態(tài)，可能導(dǎo)致海水入侵、陸地污染物進(jìn)入海洋污染海洋環(huán)境等嚴(yán)峻問題。對(duì)于人工岸帶的遷移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化規(guī)律需建立在人工岸帶污染物分布規(guī)律的基礎(chǔ)之上，在探明人工岸帶水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，室內(nèi)搭建物理模擬裝置真實(shí)反應(yīng)人工岸帶的水巖作用，低成本、高效率、準(zhǔn)確地研究特征污染物在人工岸帶的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置使用方法，按照下述步驟進(jìn)行首先構(gòu)建人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置，包括反應(yīng)槽、降水模擬裝置、造波器，其中所述反應(yīng)槽的兩端通過隔板分別隔出槽首、槽身以及槽尾三個(gè)部分，其中槽首和槽尾分別與淡水供給系統(tǒng)、海水供給系統(tǒng)相連，并通過液位儀和調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)側(cè)向水位及水流流速的實(shí)時(shí)調(diào)控。所述槽身部位裝填有土壤層，并在裝填過程中預(yù)設(shè)有不同深度的預(yù)埋井，所述預(yù)埋井為兩端開口的塑料管，優(yōu)選PVC管，通過抽取預(yù)埋井中的液體可測試其中的污染物以及其他指標(biāo)，為后期數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；所述預(yù)埋井為3行8列，共計(jì)24個(gè)。所述造波器與海水供給系統(tǒng)相連，通過控制裝置進(jìn)行控制，從而真實(shí)反映海浪對(duì)咸淡水相互作用的影響。

所述降水模擬裝置設(shè)置在模擬裝置的上方，通過噴淋裝置和控制裝置實(shí)現(xiàn)控制流量研究降水對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。從槽首、槽身到槽尾，沿著水流流動(dòng)方向，在裝置一側(cè)的上、中、下游分別安置連通器，通過連通器反應(yīng)裝置內(nèi)部的水位高度。所述隔板為帶有孔的有機(jī)玻璃板，并采用編織物進(jìn)行覆蓋，以實(shí)現(xiàn)裝置兩側(cè)的淡水、海水穿透土壤在土壤中發(fā)生交互作用而防止土壤堵塞進(jìn)出水口。所述反應(yīng)槽框體選用加厚不銹鋼板，例如340型不銹鋼。然后分析普洛斯的天津市臨港工業(yè)區(qū)巖土工程勘察報(bào)告可發(fā)現(xiàn)在臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)，從土壤表層到土壤表層以下十米分別為素填土((TO. 5m高度)、沖填土(O. 5^5. 5m高度)、游泥質(zhì)粘土(5. 5^8. 7m高度)、粉土(8. 7^10. 5m高度)。素填土和沖填土為吹填土，其高度共為6m，這兩層土是由吹填土形成的土層結(jié)構(gòu)；淤泥質(zhì)粘土和粉土為岸體的原始底質(zhì)土層結(jié)構(gòu)。IOm以下的土層結(jié)構(gòu)有淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粘土等，從水文地質(zhì)學(xué)的角度考慮，其作用主要為隔水底板。根據(jù)幾何相似原理，基于天津市臨港工業(yè)區(qū)的地層結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)物理模擬裝置中按如下方式填土基于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)的實(shí)際情況與本次實(shí)驗(yàn)條件，室內(nèi)裝置所填土層將模擬真實(shí)情況下表層到表層以下十米的土層結(jié)構(gòu)，裝置底層的不銹鋼板可起到十米以下土層結(jié)構(gòu)的隔水底板作用。將實(shí)際土層等比例縮小之后確定裝置所填的4個(gè)土層裝置底層至20cm高度裝填粉土，20cm^50cm裝填游泥質(zhì)粘土, 50cnTl20cm裝填沖填土、120cnTl40cm裝填素填土,土層結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了真實(shí)模擬場區(qū)的土層構(gòu)造，取土選自天津市臨工工業(yè)區(qū)，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，取土的類型主要分為淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土以及沙土。取土完成后先對(duì)土壤進(jìn)行暴曬，盡可能將土著微生物去除，通過篩選去除混入土壤中的雜質(zhì)，然后將土壤粉碎以備裝填。填土之前先在裝置中添加一半深度的水量，檢驗(yàn)裝置是否漏水。檢漏完成后進(jìn)行填土，為了使裝置水位連通管真正反映裝置內(nèi)潛水位的高度，先在裝置底層鋪5cm厚粗砂，水位連通管底段接口連PVC管插入底層砂的中間位置，在PVC管末端裹紗布(防堵塞)，在粗砂上裝填粉土，裝填高度為20cm,視為第一層土 ；第二層為游泥質(zhì)粘土,裝填高度30cm ；第三層為沖填土，所裝土壤為淤泥質(zhì)粘土、貝殼土、粉質(zhì)粘土的混合土，混合比例為1:1:1，裝填高度為70cm;第四層為素填土，其主要成分是建筑廢料，上部用細(xì)沙覆蓋，裝填高度為20cm。在整個(gè)裝填過程中，為保證填土均勻、不人為造成土壤裂隙，在每添加土層20cm時(shí)夯實(shí)，并布灑自來水，靜置一段時(shí)間后，使其自然沉降，然后再次填土夯實(shí)，反復(fù)這一過程，直至20cm 土層無變化，再進(jìn)行下一層裝填，直至裝填完畢。在土壤裝填完畢后，通水一段時(shí)間，確認(rèn)土層無沉降，最終確定土層填充高度為1.4m。填土完成后在其中設(shè)置預(yù)埋井，在本研究方法中設(shè)置一排預(yù)埋井，其高度設(shè)置為100cm。為了便于采樣，可在預(yù)埋井中插入軟管，軟管另一端通過橡皮管伸至井外，通過蠕動(dòng)泵抽取水樣，從左至右預(yù)埋井依次編號(hào)為1-8號(hào)，如圖2所示。第三步，填土完成后，開始注水。為了盡可能真實(shí)的模擬天津市臨港工業(yè)區(qū)的實(shí)際情況，分析人工岸帶吹填區(qū)的水質(zhì)，進(jìn)而配置水溶液在裝置的進(jìn)出水口端各自注入配制的地下水和海水。在本次研究方法中，控制淡水進(jìn)水端水位高度為110cm，咸水端出水口80cm。通過測定出水口的流量確定水位是否穩(wěn)定。待水位穩(wěn)定后，在室內(nèi)物理模擬裝置采取土樣，對(duì)土樣進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)。分析發(fā)現(xiàn)人工岸帶吹填區(qū)域土壤營養(yǎng)鹽含量豐富。因此，人工岸帶的土壤將會(huì)與地下水和咸水之間將發(fā)生復(fù)雜的地球化學(xué)變化，進(jìn)而污染地下水以及近海海水，因此需要就其遷移規(guī)律進(jìn)行分析，為下一步的地下水修復(fù)工作奠定基礎(chǔ)。為了能夠真實(shí)天津市臨港工業(yè)區(qū)人工岸帶的真實(shí)情況，在裝置上方30cm處用三角剛固定一個(gè)不銹鋼水箱，在水箱下面平均分布兩排8個(gè)噴頭，噴頭連上轉(zhuǎn)子流量計(jì)，通過控制流量大小和噴口大小模擬降雨過程。在本次方法研究中控制裝置上方的降水量為IOmm0為了真實(shí)反應(yīng)波浪對(duì)污染物的遷移規(guī)律的影響，在本次實(shí)驗(yàn)中，通過造波器控制波浪的波高O. lm，波浪周期為2s。物理模擬裝置的各變量控制之后，通過圖2所示的蠕動(dòng)泵裝置抽取水樣進(jìn)行分析。通過對(duì)臨港工業(yè)區(qū)的土壤進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)鹽相對(duì)較高，因此在本次方法研究中確定裝置中的營養(yǎng)鹽為特征污染物。為了探究咸淡水界面上各種形態(tài)氮的遷移規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)沿模擬裝置內(nèi)地下水流動(dòng)方向，利用蠕動(dòng)泵抽取同一深度采樣孔中的水樣，所取預(yù)埋井為圖中預(yù)埋井，共計(jì)8個(gè)。五天一測，共測定5個(gè)周期，測定水樣中的各種形態(tài)的氮濃度。為達(dá)到對(duì)人工濱海岸帶的真實(shí)模擬，本發(fā)明的突出點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面。1、在三維滲流槽的側(cè)向補(bǔ)給方向上，水流流動(dòng)一側(cè)補(bǔ)給地下水模擬場區(qū)地下水流動(dòng)的邊界條件，另一側(cè)補(bǔ)給合理配比的溶液模擬濱海岸帶的海水，咸淡水的交互作用實(shí)現(xiàn)了海陸水了相互作用的真實(shí)模擬。
2、在水流流動(dòng)的海水一側(cè)添置造波器，根據(jù)控制原理實(shí)現(xiàn)海水一側(cè)波浪振蕩周期以及振幅的控制，改變波浪的振蕩周期及振幅可實(shí)現(xiàn)海浪對(duì)海陸水中污染遷移轉(zhuǎn)化的影響研究。3、此三維反應(yīng)器上方布置外源污染源釋放器，實(shí)現(xiàn)不同污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究。為了真實(shí)模擬人工濱海岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化，首先查閱場區(qū)的水文地質(zhì)等相關(guān)資料并在場區(qū)開展野外實(shí)地考察，根據(jù)幾何相似原理將場區(qū)縮小為室內(nèi)物理模擬裝置尺度?？紤]到物理模擬裝置中填充土對(duì)裝置的高壓，因此用有機(jī)玻璃板制造此模擬裝置，并在裝置的兩側(cè)分別設(shè)置進(jìn)出水口，進(jìn)水口與高度可調(diào)節(jié)的連通器相連接。在裝置兩側(cè)靠近進(jìn)水口端分別安置帶孔的用編織物覆蓋有機(jī)玻璃板，從而實(shí)現(xiàn)裝置兩側(cè)的淡水、海水穿透土壤在土壤中發(fā)生交互作用而防止土壤堵塞進(jìn)出水口。沿著水流流動(dòng)方向，在裝置一側(cè)的上、中、下游分別安置連通器，通過連通器反應(yīng)裝置內(nèi)部的水位高度。根據(jù)模擬場區(qū)的水文地質(zhì)條件以及土層結(jié)構(gòu)在裝置內(nèi)填土，并在土壤上方設(shè)置可移動(dòng)的外源污染釋放器，模擬不同污染物在人工濱海岸帶中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，同時(shí)沿著水流流動(dòng)方向在土壤中設(shè)置不同深度的預(yù)埋井，通過抽取預(yù)埋井中的液體可測試其中的污染物以及其他指標(biāo)，為后期數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了能夠真實(shí)反映場區(qū)的降雨條件，在裝置上方設(shè)置噴淋裝置，通過控制其流量研究降水對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。更為重要的是，此模擬裝置主要用于模擬人工濱海岸帶，因此主要考慮咸淡水間交互作用，因此在裝置的海水一次安置造波器，通過控制裝置控制動(dòng)力裝置，從而真實(shí)反映海浪對(duì)咸淡水相互作用的影響。因此，此模擬裝置在考慮可調(diào)的側(cè)向、頂部的給排水條件的基礎(chǔ)上，充分考慮了外源污染、咸淡水之間的交互作用以及波浪的影響，能夠在一定程度上準(zhǔn)確反映污染物在人工濱海岸帶中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。采用本發(fā)明裝置可最大程度上實(shí)現(xiàn)人工濱海岸帶的物理模擬，在幾何相似理論的指導(dǎo)下將大尺度的人工濱海岸帶場區(qū)縮小為小尺度的室內(nèi)物理模擬裝置。綜合考慮了可調(diào)的水位高度、咸淡水交互作用、波浪、降水以及外源污染物的綜合影響，保證了人工濱海岸帶的真實(shí)模擬，為人工濱海岸帶的數(shù)值模擬及后期的污染治理奠定了基礎(chǔ)。采用本專利的研究方法可以在幾何相似理論的指導(dǎo)下在室內(nèi)構(gòu)建物理模擬裝置，根據(jù)土壤浸提實(shí)驗(yàn)確定人工岸帶的特征污染物類型，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)耦合數(shù)學(xué)模型的方法確定人工岸帶特征污染物的遷移規(guī)律。


圖1是室內(nèi)物理模擬裝置剖面圖，圖中1:淡水進(jìn)水口液位儀，2 :有機(jī)玻璃槽，3 :土壤，4 :淡水水位，5 :海水水位，6 :海水進(jìn)水口液位儀，7 :污染源釋放盒，8 :降水模擬裝置，9 :造波器，10 :淡水端出水口，11 :海水端出水口。圖2是室內(nèi)物理模擬裝置預(yù)埋井示意圖。圖3是室內(nèi)物理模擬裝置土層結(jié)構(gòu)圖。圖4是室內(nèi)物理模擬裝置隔板示意圖。圖5是人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置總體設(shè)計(jì)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對(duì)本裝置作進(jìn)一步描述。為了防止污染物的泄漏以及對(duì)反應(yīng)器的腐蝕，同時(shí)考慮裝填土對(duì)裝置的高壓，試制反應(yīng)器(槽)框體選用加厚不銹鋼板(340型不銹鋼)。反應(yīng)器的內(nèi)部水流方向兩側(cè)分別用帶孔鋼板(鋼板的一側(cè)填墊編織袋子以防止土壤顆粒滲出，如圖4所示)以阻擋滲水，這樣相當(dāng)于上下游各有一個(gè)水槽，方便控制上下游水位，同時(shí)，可以做到上下游的均勻進(jìn)水出水，以模擬穩(wěn)定的地下水動(dòng)力特征。在反應(yīng)器側(cè)面上、中、下游分別設(shè)置了三個(gè)水位觀測連通器，通過連通器可讀出裝置內(nèi)沿地下水流動(dòng)方向各個(gè)位置處的地下水水位，從而確定潛水水位。在反應(yīng)器上、下游的外側(cè)設(shè)有進(jìn)出水口，以方便補(bǔ)充進(jìn)水和排水，模擬地下水上下游進(jìn)出水及其海陸水的交互作用。同時(shí)，在裝置的出水口接水箱，通過調(diào)整水箱高度實(shí)現(xiàn)控制裝置出水口水位高度。在裝置的上方連接水箱，模擬降雨，同時(shí)在裝置海水端一側(cè)連接造波機(jī)，模擬波浪。室內(nèi)模擬裝置整體設(shè)計(jì)如圖5所示。分析普洛斯的天津市臨港工業(yè)區(qū)巖土工程勘察報(bào)告可發(fā)現(xiàn)在臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)，從土壤表層到土壤表層以下十米分別為素填土((TO. 5m高度)、沖填土(O. 5^5. 5m高度)、游泥質(zhì)粘土(5. 5^8. 7m高度)、粉土(8. 7^10. 5m高度)。素填土和沖填土為吹填土，其高度共為6m，這兩層土是由吹填土形成的土層結(jié)構(gòu)；淤泥質(zhì)粘土和粉土為岸體的原始底質(zhì)土層結(jié)構(gòu)。IOm以下的土層結(jié)構(gòu)有淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粘土等，從水文地質(zhì)學(xué)的角度考慮，其作用主要為隔水底板。根據(jù)幾何相似原理，基于天津市臨港工業(yè)區(qū)的地層結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)物理模擬裝置中按如下方式填土基于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)的實(shí)際情況與本次實(shí)驗(yàn)條件，室內(nèi)裝置所填土層將模擬真實(shí)情況下表層到表層以下十米的土層結(jié)構(gòu)，裝置底層的不銹鋼板可起到十米以下土層結(jié)構(gòu)的隔水底板作用。將實(shí)際土層 等比例縮小之后確定裝置所填的4個(gè)土層裝置底層至20cm高度裝填粉土，20cm^50cm裝填游泥質(zhì)粘土, 50cnTl20cm裝填沖填土、120cnTl40cm裝填素填土,土層結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了真實(shí)模擬場區(qū)的土層構(gòu)造，取土選自天津市臨工工業(yè)區(qū)，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，取土的類型主要分為淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土以及沙土。取土完成后先對(duì)土壤進(jìn)行暴曬，盡可能將土著微生物去除，通過篩選去除混入土壤中的雜質(zhì)，然后將土壤粉碎以備裝填。填土之前先在裝置中添加一半深度的水量，檢驗(yàn)裝置是否漏水。檢漏完成后進(jìn)行填土，為了使裝置水位連通管真正反映裝置內(nèi)潛水位的高度，先在裝置底層鋪5cm厚粗砂，水位連通管底段接口連PVC管插入底層砂的中間位置，在PVC管末端裹紗布(防堵塞)，在粗砂上裝填粉土，裝填高度為20cm,視為第一層土 ；第二層為游泥質(zhì)粘土,裝填高度30cm ；第三層為沖填土，所裝土壤為淤泥質(zhì)粘土、貝殼土、粉質(zhì)粘土的混合土，混合比例為1:1:1，裝填高度為70cm ;第四層為素填土，其主要成分是建筑廢料，上部用細(xì)沙覆蓋，裝填高度為20cm。在整個(gè)裝填過程中，為保證填土均勻、不人為造成土壤裂隙，在每添加土層20cm時(shí)夯實(shí)，并布灑自來水，靜置一段時(shí)間后，使其自然沉降，然后再次填土夯實(shí)，反復(fù)這一過程，直至20cm 土層無變化，再進(jìn)行下一層裝填，直至裝填完畢。在土壤裝填完畢后，通水一段時(shí)間，確認(rèn)土層無沉降，最終確定土層填充高度為1.4m。填土完成后在其中設(shè)置預(yù)埋井，在本研究方法中設(shè)置一排預(yù)埋井，其高度設(shè)置為100cm。為了便于采樣，可在預(yù)埋井中插入軟管，軟管另一端通過橡皮管伸至井外，通過蠕動(dòng)泵抽取水樣，從左至右預(yù)埋井依次編號(hào)為1-8號(hào)，如圖2所示。
填土完成后，開始注水。為了盡可能真實(shí)的模擬天津市臨港工業(yè)區(qū)的實(shí)際情況，分析人工岸帶吹填區(qū)的水質(zhì)，進(jìn)而配置水溶液在裝置的進(jìn)出水口端各自注入配制的地下水和海水。在本次研究方法中，控制淡水進(jìn)水端水位高度為110cm，咸水端出水口 80cm。通過測定出水口的流量確定水位是否穩(wěn)定。待水位穩(wěn)定后，在室內(nèi)物理模擬裝置采取土樣，對(duì)土樣進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)。分析發(fā)現(xiàn)人工岸帶吹填區(qū)域土壤營養(yǎng)鹽含量豐富。因此，人工岸帶的土壤將會(huì)與地下水和咸水之間將發(fā)生復(fù)雜的地球化學(xué)變化，進(jìn)而污染地下水以及近海海水，因此需要就其遷移規(guī)律進(jìn)行分析，為下一步的地下水修復(fù)工作奠定基礎(chǔ)。為了能夠真實(shí)天津市臨港工業(yè)區(qū)人工岸帶的真實(shí)情況，在裝置上方30cm處用三角剛固定一個(gè)不銹鋼水箱，在水箱下面平均分布兩排8個(gè)噴頭，噴頭連上轉(zhuǎn)子流量計(jì)，通過控制流量大小和噴口大小模擬降雨過程。在本次方法研究中控制裝置上方的降水量為IOmm0為了真實(shí)反應(yīng)波浪對(duì)污染物的遷移規(guī)律的影響，在本次實(shí)驗(yàn)中，通過造波器控制波浪的波高O. lm，波浪周期為2s。物理模擬裝置的各變量控制之后，通過圖2所示的蠕動(dòng)泵裝置抽取水樣進(jìn)行分析。通過對(duì)臨港工業(yè)區(qū)的土壤進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)鹽相對(duì)較高，因此在本次方法研究中確定裝置中的營養(yǎng)鹽為特征污染物。為了探究咸淡水界面上各種形態(tài)氮的遷移規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)沿模擬裝置內(nèi)地下水流動(dòng)方向，利用蠕動(dòng)泵抽取同一深度采樣孔中的水樣，所取預(yù)埋井為圖中預(yù)埋井，共計(jì)8個(gè)。五天一測，共測定5個(gè)周期，測定水樣中的各種形態(tài)的氮濃度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示
權(quán)利要求
1.人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置的使用方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)首先構(gòu)建人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置，包括反應(yīng)槽、降水模擬裝置、造波器，其中所述有機(jī)玻璃槽的兩端通過隔板分別隔出槽首、槽身以及槽尾三個(gè)部分，其中槽首和槽尾分別與淡水供給系統(tǒng)、海水供給系統(tǒng)相連，并通過液位儀和調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)側(cè)向水位及水流流速的實(shí)時(shí)調(diào)控；所述槽身部位裝填有土壤層，并在裝填過程中預(yù)設(shè)有不同深度的預(yù)埋井，通過抽取預(yù)埋井中的液體可測試其中的污染物以及其他指標(biāo)，為后期數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；所述造波器與海水供給系統(tǒng)相連，通過控制裝置進(jìn)行控制，從而真實(shí)反映海浪對(duì)咸淡水相互作用的影響；所述降水模擬裝置設(shè)置在模擬裝置的上方，通過噴淋裝置和控制裝置實(shí)現(xiàn)控制流量研究降水對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響；然后根據(jù)幾何相似原理，基于天津市臨港工業(yè)區(qū)的地層結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)物理模擬裝置中按如下方式填土基于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)的實(shí)際情況與本次實(shí)驗(yàn)條件，室內(nèi)裝置所填土層將模擬真實(shí)情況下表層到表層以下十米的土層結(jié)構(gòu)，裝置底層的不銹鋼板可起到十米以下土層結(jié)構(gòu)的隔水底板作用。將實(shí)際土層等比例縮小之后確定裝置所填的4個(gè)土層裝置底層至20cm高度裝填粉土, 20cm 50cm裝填游泥質(zhì)粘土, 50cm 120cm裝填沖填土、120cm 140cm裝填素填土為了真實(shí)模擬場區(qū)的土層構(gòu)造，取土選自天津市臨工工業(yè)區(qū)，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，取土的類型主要分為淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土以及沙土，取土完成后先對(duì)土壤進(jìn)行暴曬，盡可能將土著微生物去除，通過篩選去除混入土壤中的雜質(zhì)，然后將土壤粉碎以備裝填，填土之前先在裝置中添加一半深度的水量，檢驗(yàn)裝置是否漏水，檢漏完成后進(jìn)行填土，為了使裝置水位連通管真正反映裝置內(nèi)潛水位的高度，先在裝置底層鋪5cm厚粗砂，水位連通管底段接口連PVC管插入底層砂的中間位置，在PVC管末端裹紗布(防堵塞)，在粗砂上裝填粉土，裝填高度為20cm，視為第一層土 ；第二層為淤泥質(zhì)粘土，裝填高度30cm ;第三層為沖填土，所裝土壤為淤泥質(zhì)粘土、貝殼土、粉質(zhì)粘土的混合土，混合比例為1:1 : 1，裝填高度為70cm ;第四層為素填土，其主要成分是建筑廢料，上部用細(xì)沙覆蓋，裝填高度為20cm ;在整個(gè)裝填過程中，為保證填土均勻、不人為造成土壤裂隙，在每添加土層20cm時(shí)夯實(shí)，并布灑自來水，靜置一段時(shí)間后，使其自然沉降，然后再次填土夯實(shí)，反復(fù)這一過程，直至20cm 土層無變化，再進(jìn)行下一層裝填，直至裝填完畢；在土壤裝填完畢后，通水一段時(shí)間，確認(rèn)土層無沉降，最終確定土層填充高度為1. 4m ;填土完成后在其中設(shè)置預(yù)埋井，設(shè)置一排預(yù)埋井，其高度設(shè)置為100cm，為了便于采樣，可在預(yù)埋井中插入軟管，軟管另一端通過橡皮管伸至井外，通過蠕動(dòng)泵抽取水樣第三步，填土完成后，開始注水，控制淡水進(jìn)水端水位高度為110cm，海水端出水口80cm，通過測定出水口的流量確定水位是否穩(wěn)定，待水位穩(wěn)定后，在室內(nèi)物理模擬裝置采取土樣，對(duì)土樣進(jìn)行浸提實(shí)驗(yàn)；在裝置上方30cm處用三角鋼固定一個(gè)不銹鋼水箱，在水箱下面平均分布兩排8個(gè)噴頭，噴頭連上轉(zhuǎn)子流量計(jì)，通過控制流量大小和噴口大小模擬降雨過程，控制裝置上方的降水量為10mm，通過造波器控制波浪的波高O. lm，波浪周期為2s ；最后，待物理模擬裝置的各變量控制之后，通過蠕動(dòng)泵裝置抽取水樣進(jìn)行分析，利用蠕動(dòng)泵抽取同一深度采樣孔中的水樣，五天一測，共測定5個(gè)周期，測定水樣中的各種形態(tài)的氮濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置的使用方法，其特征在于，所述預(yù)埋井為兩端開口的塑料管，優(yōu)選PVC管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置的使用方法，其特征在于，所述隔板為帶有孔的有機(jī)玻璃板，并采用編織物進(jìn)行覆蓋，以實(shí)現(xiàn)裝置兩側(cè)的淡水、海水穿透土壤在土壤中發(fā)生交互作用而防止土壤堵塞進(jìn)出水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置的使用方法，其特征在于，所述反應(yīng)槽框體選用加厚不銹鋼板，例如340型不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了人工岸帶污染物遷移轉(zhuǎn)化室內(nèi)模擬裝置的使用方法，在三維滲流槽的側(cè)向補(bǔ)給方向上，水流流動(dòng)一側(cè)補(bǔ)給地下水模擬場區(qū)地下水流動(dòng)的邊界條件，另一側(cè)補(bǔ)給合理配比的溶液模擬濱海岸帶的海水，咸淡水的交互作用實(shí)現(xiàn)了海陸水了相互作用的真實(shí)模擬。采用本發(fā)明裝置最大程度上實(shí)現(xiàn)人工濱海岸帶的物理模擬，在幾何相似理論的指導(dǎo)下將大尺度的人工濱海岸帶場區(qū)縮小為小尺度的室內(nèi)物理模擬裝置，綜合考慮了可調(diào)的水位高度、咸淡水交互作用、波浪、降水以及外源污染物的綜合影響，保證了人工濱海岸帶的真實(shí)模擬，為人工濱海岸帶的數(shù)值模擬及后期的污染治理奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N33/24GK103063819SQ20131000121
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者趙林, 郭華, 朱德成, 毛國柱, 鄭義 申請(qǐng)人:天津大學(xué)