水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用制造方法及图纸

水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用。包括下步骤：(1)构建实验所需的波浪水槽，该模拟装置一端设有推波器，通推波板模拟产生水体水利扰动，使产生波高能达到所模拟实验所需距离高度。(2)装置的另一端设有模拟构造的水陆交错带体系，对其岸坡基底形改造，形成沟槽和凹坑，结合多孔材料构建新型岸坡。(3)在岸坡基底搭配种植植物形成植物群落。(4)可模拟不同污染程度的地表水体的水质筛选净化效果较好的植物，并优化植物群落，构建净化效率高的水陆交带体系；可投加微生物菌剂研究微生物菌剂与植物作用关系以及促进水交错带体系对氮磷去除作用效果。水交错带体系对氮磷去除作用效果。水交错带体系对氮磷去除作用效果。

【技术实现步骤摘要】
水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用


[0001]本专利技术属于地表水生态修复
，具体涉及一种水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用

技术介绍

[0002]当前已有相当数量的地表水体低于Ⅲ类水标准，污染物浓度水平高，使得水生态系统失调，功能作用衰退，并制约生态文明的建设。据2018年《中国生态环境状况公报》数据显示，在对全国地表水监测的1935个水质断面中，低于Ⅲ类水标准的地表水体占29％，一些监测点存在重金属、有机污染物超标现象。在对107个重要湖泊营养化监测中，有29％湖泊处于富营养化状态，61.7％中营养化状态。如果不对地表水环境加以治理保护，在人为因素影响下会加快地表水体恶化速度，因此地表水环境治理形势依旧严峻。
[0003]水陆交错带又称为湖滨带，是连接陆地系统与湖泊系统的枢纽，保护地表水体生态环境的一种天然屏障，不仅拦截过滤外来污染源，还能净化水体内污染源改善水质，可有效治理水体。现有的水陆交错带恢复建设和生态保护探索中，主要对水陆交错带植物群落优化结构、建立湿地系统、岸坡基底改造等来拦截外来污染源以及防砂护坡。水陆交错带岸坡构造多采用石砾、沙粒等传统材料，结合新型多孔材料对岸坡基底重组改造应用较少，并且直接采用工程措施对实际水陆交错带应用，未建立模拟装置探究其功能效果，缺少实际应用前的效果评价。
[0004]为此在原有水陆交错带基础上结合水力学、材料学、生态学等设计一种水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置，可用于筛选去除污染物效率高的优势植物并优化植物群落，完善水陆交错带体系净化功能；研究微生物菌剂对水陆交错带体中的促进作用；可模拟构建不同水域的水陆交错带来治理改善水体环境。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于设计一种水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用
[0006]本专利技术目的可通过以下技术方案来实现
[0007]水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置及应用，主要由波浪水槽构筑物系统和构建的水陆交错带体系构成。该模拟装置一端设有推波器，装置的另一端设有模拟构造的水陆交错带体系，包括模拟岸坡基底，岸坡基底上设置多孔材料组成的沟槽和花盆，沟槽填充网袋包裹多孔材料层，沟槽中设置的取水PVC管，花盆里填充硅基多孔陶瓷材料颗粒和土壤混合体，以及种植陆岸植物和挺水植物植物构成植物群落。
[0008]所述的波浪水槽主体构筑物尺寸根据水陆交错带、地表水水区实际大小范围以及能有效合理满足实验需求设定，该水槽为上端开口的长方形槽体，长度为15～25m，宽度为3～6m，深度为1～3m，水槽内装填有0.5～1.5m深的污染的地表水体。所述的推波器位于模拟地表水水域处的波浪水槽构筑物宽边A处，所述的推波器的推波板与所述的波浪水槽构筑
物长边垂直、宽边平行，推波板长边二侧距离对应的所述的波浪水槽构筑物长边的二侧分别为5～10cm，朝向所述的波浪水槽构筑物另一宽边B，所述的推波器模拟水体水利扰动产生的波浪周期为0.3～5s，工作时间为6～12h，分成2～4次运行，每次1～6h，相邻二次运行间隔1～3h，可模拟水体水利扰动于推波板处产生5～30cm的波浪向宽边B移动，并且在破浪因素下移动距离最远达到水陆界面最远的沟槽以上。
[0009]所述的水陆交错带体系包括岸坡基底，所述的岸坡基底包括贴靠于宽边B的岸和与岸相接的坡，均由基质材料粘性土和粒径0.5～3cm砂石按质量比1:9～5:5堆积而成。岸由所述的波浪水槽构筑物宽边B向宽边A一侧延伸形成的陆地，平行于宽边B方向的岸的长度为3～6m，且位于水面上方的陆地带有坡度为5～10
°
缓坡，作为陆岸植物带区域；坡是由岸与水面接触点向宽边A一侧延伸至水面下方所形成，坡最低点与所述的波浪水槽构筑物底接触，其坡度为10～25
°
，作为挺水植物带区域。于陆岸植物带区域种植有陆生植物，挺水植物带区域种植水生植物。
[0010]所述的沟槽设置在陆岸植物带区域，是对陆岸植物带区域岸坡表层地形改造，沿平行于宽边B的方向挖与宽边B长度相同的沟槽，在每1～3排所述的花盆之间隔设有1个所述的沟槽，总数至少2个以上。所述的沟槽垂直于宽边B方向的截面为倒梯形，梯形下底边宽度为40～60cm，下底边与上底面宽差为5～15cm，深度为40～60cm。在所述的沟槽内表面镶嵌铺设一层硅基多孔陶瓷材料的砖块，砖块厚度为4～8cm，并于沟槽内部填充三层分别由网袋或布袋包裹的硅基多孔陶瓷材料填充物，每层厚度6～10cm。
[0011]所述的花盆同样是对陆岸植物带区域和挺水植物带区域的岸坡表层地形改造，设置平行于所述的波浪水槽构筑物宽边B的排列的凹坑，陆岸植物带区域的凹坑设置方式为从水面向宽边B的方向，共设置4～8排凹坑列，挺水植物带区域的凹坑设置方式为从水陆交界处向宽边A的方向，共设置4～6排凹坑列，每排凹坑靠近所述的波浪水槽构筑物长边的二侧凹坑上边沿分别与波浪水槽二侧的长边相贴接，且每排凹坑中的凹坑上边沿紧密相贴接，为倒四棱锥台形，在陆岸植物带区域的四棱锥台凹坑的下底面长*宽为40～50cm*15～25cm，上底面长*宽为38～48cm*10～20cm，深度为30～50cm；在挺水植物带区域的四棱锥台凹坑的下底面长*宽为40～50cm*20～50cm，上底面长*宽为38～48cm*16～48cm；深度为30～50cm，于凹坑内表面镶嵌铺设一层硅基多孔陶瓷材料的砖块，砖块厚度为2～5cm，作为花盆，并在所述的花盆内填充有质量比为1～9:9～1的所述的粒径≤3cm的硅基多孔陶瓷材料颗粒和土壤混合物。
[0012]所述的沟槽和凹坑列在垂直于宽边B方向上，相邻沟槽与凹坑列间、或相邻凹坑列与凹坑列间上边沿的距离0～5cm。
[0013]所述的PVC管为三支外径110mm的PVC管，垂直所述的波浪水槽构筑物的底面，竖立设在所述的沟槽内，沿平行于所述的波浪水槽构筑物一侧长边，由宽边B指向宽边A方向排列，距离所述的波浪水槽构筑物长边0.5～2m处，每间隔5cm竖立一根PVC管，其中第一根、第二根PVC管下端分别深入第一层与第二层、第二层与第三层所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层交界处，第三根PVC管下端深入到第三层所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层和所述的沟槽底内壁交界处；每个PVC管下端装有外径110mm的管道封盖，距离管道封盖和PVC管交界处0～4cmPVC管壁上设有钻孔便于汇水到管内，从而取经过不同所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层的水样。
[0014]所述的陆岸植物包括乔木植物、灌木植物和草本植物中的一种及二种以上，其中乔木植物：垂柳、落叶松、毛白杨中的一种及二种以上；灌木植物为：紫穗槐、刺槐、构树中的一种及二种以上；草本植物为：黑麦草、石蒜、白茅、大花马齿苋中的一种及二种以上。草本植物种植在靠近水面0～2m之间区域的所述的花盆内，灌木植物种植在距离水面1～3m之间区域的所述的花盆内，乔木植物在距离水面3m至波浪水槽构筑物宽边B之间区域的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水陆交错带污染物捕集和植物群落消减模拟仿真装置，其特征在于，包括波浪水槽构筑物，该水槽构筑物为上端开口的长方形槽体，长度为15～25m，宽度为3～6m，深度为1～3m，水槽内装填有0.5～1.5m深的待模拟地表水体的水；位于模拟湖泊水域处的波浪水槽构筑物的一侧宽边A处设有推波器，位于模拟水域内的推波器的推波板形成波浪的一侧表面(即面向波浪水槽构筑另一侧宽边B的表面)与波浪水槽构筑物的长边垂直、宽边平行，平行于波浪水槽宽边的长方形推波板长边二侧距离对应的波浪水槽构筑物二侧长边分别为5～10cm，推波板形成波浪的一侧表面朝向波浪水槽构筑物另一侧宽边B，推波器可模拟水体水利扰动于推波板处产生浪高(波浪波峰到水平面的垂直距离)5～30cm向宽边B移动的波浪；于波浪水槽构筑物内的宽边B处设有水陆交错带体系，所述水陆交错带体系包括岸坡基底，岸坡基底包括靠于宽边B的岸和与岸相接的坡，均由基质材料堆积而成；岸由波浪水槽构筑物宽边B向宽边A一侧延伸形成陆地，垂直于宽边B的岸的长度为3～6m，平行于宽边B的岸的宽度小于等于宽边B的长度，且位于水面上方的陆地带有坡度为5～10
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缓坡，作为陆岸植物带区域；坡是由岸与水面接触处向宽边A一侧延伸至水面下方所形成，坡最低点与槽底接触，其坡度为10～25
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，作为挺水植物带区域；于陆岸植物带区域种植陆生植物，挺水植物带区域种植水生植物。2.根据权利要求1所述的模拟仿真装置，其特征在于，所述地表水体为地球表面的自然界中的水体；如海洋、河流、湖泊或水库中一种或二种以上中的水；所述的水陆交错带为水体与陆地的交错地带，如海洋、河流、湖泊或水库等的靠近岸边10～30m以内的水体与陆地区域；在水陆交错带中对水体中污染物的捕集，捕集水体中污染物的范围为：水体中富营养化的氮、磷、COD，有机污染物质(DDTs、、PCBs、PAHs等中的一种或二种以上)及无机污染物(如重金属铬、铜、镉、锌、铅等中的一种或二种以上)中的一种或二种以上。3.根据权利要求1所述的模拟仿真装置，其特征在于，所述的陆岸植物带区域、挺水植物带区域进行种植时，会对其岸坡表层地形改造；在所述的陆岸植物带区域设置平行于波浪水槽构筑物宽边B的沟槽和沿平行于宽边方向排列的凹坑，所述的陆岸植物带区域的凹坑设置方式为从水面向宽边B的方向，每间隔一个沟槽宽度设置凹坑列，共设置4～8排凹坑列，每1～3排凹坑列之间隔设有1个沟槽，沟槽至少设置2个以上；所述的挺水植物带区域的凹坑设置方式为从水陆交界处向宽边A的方向，共设置4～6排凹坑列；垂直于宽边B方向相邻沟槽与凹坑列间、或相邻凹坑列与凹坑列间上边沿的距离0～5cm。4.根据权利要求3所述的模拟仿真装置，其特征在于，所述的凹坑列是在陆岸植物带区域和挺水植物带区域对岸坡基底沿平行于宽边B的方向挖一排凹坑，每排凹坑靠近波浪水槽构筑物长边的二侧凹坑上边沿分别与波浪水槽二侧的长边相贴接，且每排凹坑中的相邻凹坑上边沿紧密相贴接，凹坑为倒四棱锥台形，在陆岸植物带区域的四棱锥台凹坑的下底面长*宽为40～50*15～25cm，上底面长*宽为38～48cm*10～20cm，深度为30～50cm；在挺水植物带区域的四棱锥台凹坑的下底面长*宽为40～50cm*20～50cm，上底面长*宽为38～48cm*16～48cm，深度为30～50cm；于凹坑内表面镶嵌铺设一层硅基多孔陶瓷材料的砖块，铺设砖块厚度为2～5cm，凹坑内填充有质量比为1～9:9～1的粒径≤3cm的硅基多孔陶瓷材料颗粒和土壤混合物，作为花盆；所述的沟槽是在陆岸植物带区域对岸坡基底沿平行于宽边B的方向挖与宽边B长度相同的沟槽，沟槽垂直于宽边B方向的截面为倒梯形，梯形下底边
宽度为40～60cm，下底边与上底面宽差为5～15cm，深度为40～60cm；在沟槽内表面镶嵌铺设一层硅基多孔陶瓷材料的砖块，铺设砖块厚度为4～8cm，并于沟槽内部填充三层分别由网袋或布袋包裹硅基多孔陶瓷材料填充物，每层厚度6～10cm。5.根据权利要求3或4所述的模拟仿真装置，其特征在于，在距离靠近水陆交界面最近的第二个所述的沟槽内部竖立设有3根外径110mm的PVC管，垂直所述的波浪水槽构筑物的底面，沿平行于所述的波浪水槽构筑物一侧长边，由宽边B指向宽边A的方向排列，距离相近的所述的波浪水槽构筑物长边0.5～2m，每间隔5cm竖立一根PVC管，其中第一根、第二根PVC管下端分别深入第一层与第二层、第二层与第三层所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层交界处，第三根PVC管下端深入到第三层所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层和所述的沟槽底内壁交界处；每个PVC管下端装有外径110mm的管道封盖，距离管道封盖和PVC管交界处0～4cmPVC管壁上设有钻孔便于汇水到管内，从而取经过不同所述的网袋或布袋包裹的多孔材料层的水样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘睿，黄菲，宋梦廷，闻昕宇，周星星，肖瑶，姜彬慧，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：