[发明专利]模拟水生植物对沉积物污染释放过程发生装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体地说是涉及室内模拟水生植物对沉积物污染释放过程发生装置及其使用方法，适用于不同强度风场作用下，有水生植物生长的浅水湖泊沉积物污染释放过程的模拟，是用于水体生态环境研究的实验设备。

背景技术

水体沉积物是水体生态系统的重要组成部分，是水体的各种营养物、污染物的汇和源。长期的外源输入和水生生物残渣的沉积，沉积物中往往富集了大量的有机质、N、P等营养物质、重金属以及其他污染物质。沉积物-水界面是浅水湖泊中最重要的界面之一，水体扰动会引起表层沉积物再悬浮，进而引起表层沉积物污染物质的释放，进而引起上覆水体水质、水体光照度、生物数量的变化等。目前模拟无水生植物生长的沉积物污染释放的装置已较多。而在实际情况中，河道、湖泊边缘生长着各种水生植物，这部分区域的沉积物却恰恰存在着受污染特别严重，污染释放量大的特征。水生植物不仅能吸收水体中的氮磷等营养元素，还可以起到消浪，减少沉积物再悬浮的作用，研究在水动力作用下，水生植物对沉积物污染释放过程的影响具有重要意义。

目前研究水生植物对沉积物污染释放的影响主要采用野外观测和室内模拟这两类方法。野外观测受限于风情等不可控因素，难以在控制条件下进行研究，也需要耗费较大的人力和物力，难以推广；且观测数据有限，难以给理论分析带来全面支撑，限制了人们对现象研究的理论提升，因此多用于现状调查。目前较多的是利用室内模拟方法，室内模拟的关键在于提供扰动模拟的外部动力装置和模拟有水生植物生长的天然水体的装置。

目前模拟外部动力扰动的常用方法有振荡式、活塞式、旋桨式、造波式和鼓风式。(1)振荡式是在容器中装入一定量沉积物和水样，放于振荡器中，由振荡产生的作用力使沉积物发生污染释放，以振荡频率模拟风速的大小；(2)活塞式是运用可调节振幅和频率的活塞作用于水体，造成对沉积物表层的扰动产生污染释放；(3)旋桨式是通过垂直于水面或与水面成一定角度的旋桨在水中扰动使沉积物在一定强度发生污染释放；(4)造波式利用造波机造出的波浪扰动沉积物使其发生污染释放；(5)鼓风式是通过多台鼓风机联合使用模拟不同风强施加于上浮水体，使其产生水流运动进而造成沉积物污染释放。可见，振荡式直接同时施力于水体和沉积物，与天然水体中风扰动产生水体运动进而作用于沉积物造成沉积物污染释放的机理有较大差距。活塞式采用水中活塞上下往复运动直接扰动水体的方式模拟风场对水体及沉积物的扰动，这显然与实际情况相差很大。旋桨式在实际应用中又分为桶式和水槽式，但是受旋桨本身施力的局限性，水体受力不均匀，无法模拟天然水体受风扰动所形成的流态及沉积物污染释放过程。因此，这三种方法虽然体系小，方法简单，易于控制条件且可多组平行，但产生的外部扰动与天然水体受风扰动产生沉积物污染释放的机理相差很大，都不能较好的模拟天然水体的沉积物污染释放过程。造波式和鼓风式虽与实际情况接近，但造波装置复杂且费用太大。使用鼓风机模拟动力扰动，鼓风口的位置及其与上覆水面的夹角难以准确调整，不易保证水槽内流场均匀，并且鼓风式必须在顶部加盖以安装鼓风系统，水生植物无法生长。