[发明专利]硝酸盐在有水生植物的地下水-湖泊界面运移的实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硝酸盐在有水生植物的地下水-湖泊界面运移的 实验方法，属于水利工程、地质工程及环境工程领域。

背景技术

地下水-湖泊交互作用在很多方面成为湖泊生态的一个重要的控 制因素。地下水是湖泊水均衡的一个重要的组成部分，这种地下水- 湖泊补排关系可能最终决定湖泊的生物地球化学和生态过程。很多研 究显示地下水对湖泊营养盐均衡、孔隙水化学组分、水生植物生长有 重要的贡献，地下水渗流携带的营养盐占很多湖泊营养盐的50％。控 制湖泊的富营养化关键是控制湖水的营养物质浓度，而控制营养物质 浓度的关键是切断营养物质的输入，找出营养物质的输送途径并加以 控制是治理湖泊富营养化的重要内容，因此如何通过控制地下水-湖 泊界面地下水渗流的手段来控制进入湖泊的营养盐引起关注。

与地表水入湖不同，由于地下水可视性差、监测困难和费用昂贵 等原因，一直以来处于不断探索过程中，特别是关于地下水对湖泊营 养物质的贡献研究不多，也尚未足够重视。湖泊的水量平衡估算中， 地下水入湖量的定性研究较多，定量化研究较少，一直以来影响着湖 泊水量平衡和营养物质平衡计算的准确性。针对目前地下水对湖泊营 养物质的贡献研究方面存在的主要问题，研究集中在地下水-湖泊界 面的通量上，同时由于地下水可视性差、监测困难和费用昂贵等原因， 缺乏硝酸盐在有沉水植物的地下水-湖泊界面的迁移过程研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述背景技术中存在的问 题，提供一种可以切实有效的取样和测量来来研究硝酸盐迁移规律的 硝酸盐在有水生植物的地下水-湖泊界面运移的实验方法，为为硝酸 盐污染物在地下水-湖泊界面中的研究提供理论依据和技术支持，为 控制地下水渗流中营养物质的输入，治理湖泊富营养化提供理论依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：硝酸盐在有水 生植物的地下水-湖泊界面运移的实验方法，其特征在于，包括如下 步骤：

(1)制备人工地下水并进行预处理:配备具有硝酸根离子的溶液作 为人工地下水，收集并洗净粒径大小为0.5-1mm的沙子作为沉积物， 取沉水植物洗净后作为实验对象；

(2)运行实验装置并加入硝酸盐:实验装置分为两部分，上水箱用于 模拟湖水，在实验初期向上水箱加入去离子水，记录好初始水位；下 水箱用于模拟含有硝酸盐的人工地下水；在上水箱和下水箱之间有一 层沉积层，沉积层由沉积物构成，沉积层与下水箱之间设有滤网，沉 积层放置于滤网上，制成地下水-湖泊界面；在沉积层上加入沉水植 物，使沉水植物根系埋入沙中；打开蠕动泵，开始向下水箱中输入人 工地下水，同时通过蠕动泵泵吸作用，使人工地下水从下水箱到上水 箱，上水箱与下水箱之间发生水力交换，持续循环运行使上覆水与湖 床间交换达到平衡；

(3)循环运行过程中硝酸盐的定时监测：按预定的时间从实验装置 中抽取上覆水和孔隙水，充分摇晃，用紫外分光光度计测量硝酸盐浓 度；

(4)实验结束后，将沉积物分层分块，平均等分若干块，然后分块 测定每块沉积物中的硝态氮含量；最后将每块硝态氮含量累加得到沉 积物中硝态氮总量；

测定每块沉积物中的硝态氮含量的方法为：用取沙器在每块中取 出一定体积沙样，取样后分离泥沙中含有的硝酸盐:用超声波振荡仪 振荡，通过超声波分离截留和吸附在泥沙表面的硝酸盐，然后测定硝 态氮含量。

(5)根据实验装置中湖水位变化统计通过蠕动泵输入人工地下水的 总氮量(即下述的输入硝态氮量)，分析湖水中的氮浓度随时间的变 化再根据湖水位计算出湖水量，然后计算出湖水中的总硝态氮量，最 后进行氮均衡及水均衡分析。

湖水中的硝态氮量计算：根据实验装置中实时监测的上水箱湖水位变 化与上水箱截面积乘积计算出上水箱水量体积变化，通过湖水体积与 湖水中氮浓度的乘积计算出湖水中的硝态氮量；

输入硝态氮量计算：上水箱水量体积变化与下水箱的人工地下水中硝 态氮浓度乘积计算出输入的总硝态氮量；

沉积物中硝态氮量计算：将沉积物分层分块，平均等分若干块，然后 分块测定每块沉积物中的硝态氮含量；分块测定每块沉积物中的硝态 氮含量的步骤为：用超声波振荡仪振荡，通过超声波分离截留和吸附 在泥沙表面的硝酸盐，并测定硝态氮含量；最后将每块硝态氮含量累 加得到沉积物中硝态氮总量；