专利名称：一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置及方法
技术领域：
本发明涉及土壤污染观察领域，更具体地说，涉及一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置及方法。
背景技术：
随着城市化进程的加快和工业的不断发展，人为因素对包气带土壤造成的各种污染也不断加剧。工厂排出的重金属、放射性物质、垃圾填埋场的渗出液以及石油烃类的泄漏时刻威胁着包气带土壤。包气带土壤是人类生存的必要资源，同时也是污染物向地下水运移的通道，包气带污染被称作“看不见的污染”。当前，我国土壤污染日趋严重，包气带土壤受到不同程度的污染，对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成了严重威胁。土壤污染造成有害物质在农作物中积累，并通过食物链进入人体，引发各种疾�。钪瘴：θ颂褰】�。包气带土壤污染具有不可逆性，因此污染应该以防为主，但是由于人类对包气带的了解不够，包气带污染的防治较为困难。近年来，国内外专家对包气带土壤的污染进行了广泛研究，但是由于包气带在地下，不方便观测，直接研究污染物运移规律很困难。虽然可以通过一些数值模拟软件对污染物污染包气带过程中的污染晕进行模拟，但是误差较大无法深入研究污染物运移机理。在研究污染物运移中，物理模拟是一种有效的研究手段。如何研究出方便观测，符合野外实际地质情况的物理模拟装置和方法对包气带土壤保护和修复都具有重大的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置及方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，包括土样箱和投放污染物的投料装置，所述投料装置位于所述投料箱上方，所述土样箱由多个上下叠放的土层腔拼接而成，所述土层腔的侧板上设有刻度尺，位于最下端的土层腔的底部设有底板，所述顶层和中间层的土层腔的底部设有隔离网。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述土层腔的前端和上端有开口，所述土层腔的侧板在前端开口处设有竖刃条、所述底板和所述隔离网在前端开口处设有横刃条。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述观测装置还包括切割板，所述竖刃条上设有滑槽，所述切割板插入所述滑槽内。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述观测装置还包括把手和连接板，所述土层腔与所述前端开口相对的侧板为后壁板，所述连接板固定在所述后壁板上，所述把手固定在所述连接板上。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述土样箱的底部设有取土铲。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述土层腔的侧板的上下两端设有连接条，所述连接条上设有凹槽，所述凹槽内设有密封条。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，相邻的两个土层腔通过紧固件可拆卸连接，所述紧固件安装在所述连接条上。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述投料装置包括马氏瓶、盖板和玻璃管，所述盖板覆盖在所述土样箱上方，所述玻璃管的一端插入所述马氏瓶内，另一端插入所述盖板内，所述玻璃管上设有阀门。在本发明所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置中，所述玻璃管内设有石英砂。本发明还提供了一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测方法，包括以下步骤SI，取土，使土样箱的每个土层腔内都填充满土壤；S2，通过投料装置向土样箱内投放污染物；S3，污染物扩散一段时间后，将土样箱分离成独立的土层腔；S4，观察每个土层腔内土壤表层的污染物，并用刻度尺将每个土层腔内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上，并记录每个土层腔内土壤表层的高度位置；S5，根据每个土层腔内土壤表层的高度位置将每个土层腔内土壤表层的二维投影图投影到三维坐标系中，并连接形成三维污染晕。实施本发明的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置及方法，具有以下有益效果(I)、通过投料装置向土样箱的顶层中的土壤投入污染物后，污染物可以透过隔离网进入下层的土层腔中的土壤内。污染物投放一段时间后，将土层腔分离，可以清楚的观察每个土层腔内的土壤表层的污染物，并用刻度尺将每个土层腔内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上，并记录每个土层腔内土壤表层的高度位置，结合多层土层腔的污染物范围和所在的高度，可以得到三维污染晕。利用本发明的观测装置可以在最小程度影响土壤结构的基础上，准确的模拟污染物污染包气带土壤的污染晕。利用本发明的方法可以在最小程度影响土壤结构的基础上，方便、直接、准确的观测污染晕。(2)、通过本发明的方法得到某一时间的污染晕三维空间图后，可以再将土层腔组合起来，重复步骤S3-S5，便可以得到每个时间点的污染晕三维空间图。将不同时间点的污染晕的三维空间图输入计算机，可以反演三维的弥散度和弥散系数等参数。同时，可以清晰的观察污染物在包气带土壤的污染过程，便于深入分析污染物在包气带土壤中的溶质运移规律。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置的结构示意图；图2是土层腔的结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式
。如图1、图2所示，本发明的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置包括投料装置和土样箱。土样箱由多个上下叠放的土层腔I拼接而成。土层腔I的侧板上设有刻度尺5,在横向、纵向和竖直方向均设有刻度尺5。在土样箱的底部可以设置取土伊19,便于取土。顶层和中间层的土层腔I的底部设有隔离网，隔离网的致密程度由土壤粒径和污染物粘稠度共同决定，保证使土壤不能透过，而使污染物能够透过。位于最下端的土层腔I的底部设有底板11，底板11上没有孔，污染物不能透过。投料装置用于投放污染物，为了便于观察，污染物内可以混合染色剂。投料装置设置在土样箱的上方，投放装置投放污染物后，污染物从上到下依次扩散。将土样箱分离成独立的土层腔1，便可以清楚的观察每个土层腔I内的土壤表层的污染物，并用刻度尺5将每个土层腔I内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上，并记录每个土层腔I内土壤表层的高度位置，结合多层土层腔I的污染物范围和所在的高度，可以得到三维污染晕。利用本发明的观测装置可以在最小程度影响土壤结构的基础上，准确的模拟污染物污染包气带土壤的污染晕。当土层腔I的个数增多，单个土层腔I的高度减小时，得到的三维污染晕也就越精确。进一步的，土层腔I的前端和上端有开口，前端的开口用于取土，上端的开口用于与相邻的土层腔I保持连通。土层腔I的侧板在前端开口处设有竖刃条4、底板11和隔离网在前端开口处设有横刃条8，竖刃条4和横刃条8可以插入土壤中，便于取土。进一步的，观测装置还可以包括切割板6，竖刃条4上设有滑槽，切割板6插入滑槽内。在取土时，将切割板6插入滑槽内，封闭土样箱前端的开口，使土样箱形成一个封闭的箱体。取土的过程中，最上层的竖刃条4应露出在外，方便将切割板6插入滑槽内。进一步的，观测装置还包括把手14和连接板13。土层腔I与前端开口相对的侧板为后壁板2,另外两侧为侧壁板3。连接板13通过螺杆12固定在后壁板2上,把手14固定在连接板13上。锤击把手14可以提高取土的效率，通过连接板13可以将多个土层腔I连接成一个整体，使整个土样箱受力均匀，避免破坏土壤结构。取土完成后，拉动把手14可将整个土样箱取出。进一步的，土层腔I的侧板的上下两端设有连接条9，相邻的两个土层腔I通过螺杆12或其它紧固件可拆卸连接，紧固件安装在连接条9上。连接条9上设有凹槽，凹槽内设有密封条10，起到密封的作用。进一步的，投料装置包括马氏瓶16、盖板15和玻璃管17。盖板15覆盖在土样箱上方，玻璃管17的一端插入马氏瓶16内，另一端插入盖板15内。玻璃管17上设有阀门18,可以控制污染物的投放。通过马氏瓶16进行投放，可以保证静水压恒定，在通过污染晕的三维空间图反演计算三维的弥散度和弥散系数等参数时，可以提供压力恒定和浓度恒定的边界条件。进一步的，玻璃管17内设有石英砂，可以过滤掉污染物中的固体，并且可以减小污染物投放过程中的动能，避免破坏表层土壤结构。本发明还提供了一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测方法，其特征在于，包括以下步骤
SI，取土，使土样箱的每个土层腔内都填充满土壤。S2，通过投料装置向土样箱内投放污染物，污染物由上向下扩散，为了便于观察，污染物内可以混合染色剂。S3，污染物扩散一段时间后，将土样箱分离成独立的土层腔。S4，观察每个土层腔内土壤表层的污染物，并用刻度尺将每个土层腔内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上，并记录每个土层腔内土壤表层的高度位置。二维坐标系的原点位置可任意选定，土壤表层的高度位置可以用上述观测装置中顶盖的位置作为参考。S5，根据每个土层腔内土壤表层的高度位置将每个土层腔内土壤表层的二维投影图投影到三维坐标系中，并连接形成三维污染晕，三维坐标系的原点可以设置在上述观测装置中顶盖所在的平面上。采用上述方法可以在最小程度影响土壤结构的基础上，方便、直接、准确的观测污染晕。通过本发明的方法得到某一时间的污染晕三维空间图后，可以再将土层腔组合起来，重复步骤S3-S5，便可以得到每个时间点的污染晕三维空间图。将不同时间点的污染晕的三维空间图输入计算机，可以反演三维的弥散度和弥散系数等参数。同时，可以清晰的观察污染物在包气带土壤的污染过程，便于深入分析污染物在包气带土壤中的溶质运移规律。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于，包括土样箱和投放污染物的投料装置，所述投料装置位于所述投料箱上方，所述土样箱由多个上下叠放的土层腔(I)拼接而成，所述土层腔(I)的侧板上设有刻度尺(5)，位于最下端的土层腔(I)的底部设有底板(11)，所述顶层和中间层的土层腔(I)的底部设有隔离网。
2.根据权利要求1所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述土层腔(I)的前端和上端有开口，所述土层腔(I)的侧板在前端开口处设有竖刃条(4)、所述底板(11)和所述隔离网在前端开口处设有横刃条(8)。
3.根据权利要求2所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述观测装置还包括切割板(6)，所述竖刃条(4)上设有滑槽，所述切割板(6)插入所述滑槽内。
4.根据权利要求2所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述观测装置还包括把手(14)和连接板(13)，所述土层腔(I)与所述前端开口相对的侧板为后壁板(2)，所述连接板(13)固定在所述后壁板(2)上，所述把手(14)固定在所述连接板 (13)上。
5.根据权利要求1所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述土样箱的底部设有取土铲(19)。
6.根据权利要求1所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述土层腔(I)的侧板的上下两端设有连接条(9)，所述连接条(9)上设有凹槽，所述凹槽内设有密封条(10)。
7.根据权利要求6所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 相邻的两个土层腔(I)通过紧固件可拆卸连接，所述紧固件安装在所述连接条(9)上。
8.根据权利要求1所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述投料装置包括马氏瓶(16)、盖板(15)和玻璃管(17)，所述盖板(15)覆盖在所述土样箱上方，所述玻璃管(17)的一端插入所述马氏瓶(16)内，另一端插入所述盖板(15)内，所述玻璃管(17)上设有阀门(18)。
9.根据权利要求8所述的模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置，其特征在于， 所述玻璃管(17)内设有石英砂。
10.一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测方法，其特征在于，包括以下步骤Si，取土，使土样箱的每个土层腔内都填充满土壤；S2，通过投料装置向土样箱内投放污染物；S3，污染物扩散一段时间后，将土样箱分离成独立的土层腔；S4，观察每个土层腔内土壤表层的污染物，并用刻度尺将每个土层腔内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上，并记录每个土层腔内土壤表层的高度位置；S5，根据每个土层腔内土壤表层的高度位置将每个土层腔内土壤表层的二维投影图投影到三维坐标系中，并连接形成三维污染晕。
全文摘要
本发明涉及一种模拟污染物污染土壤的污染晕分层观测装置及方法，其装置包括土样箱和投放污染物的投料装置，投料装置位于投料箱上方，土样箱由多个上下叠放的土层腔(1)拼接而成，土层腔(1)的侧板上设有刻度尺(5)；其观测方法包括以下步骤S1，取土；S2，通过投料装置向土样箱内投放污染物；S3，将土样箱分离成独立的土层腔；S4，用刻度尺将每个土层腔内土壤表层的污染物范围投影到二维坐标系上；S5，根据每个土层腔内土壤表层的高度位置将每个土层腔内土壤表层的二维投影图投影到三维坐标系中，并连接形成三维污染晕。利用本发明的观测装置及方法可以在最小程度影响土壤结构的基础上，方便、直接、准确的观测污染晕。
文档编号G01N13/00GK102998230SQ20121050761
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者彭浩, 和泽康, 范奇, 万军伟, 高延康, 何俊蓉 申请人:中国地质大学(武汉)
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