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1 引言
包氣帶是指位于地表面以下、潛水面以上的地質(zhì)介質(zhì)。在包氣帶中發(fā)生的各種物理、化學和生物過程尤為復雜,它既是大氣水、植物水、土壤水和地下水相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化的樞紐, 又是各種化學物質(zhì)(如在地表施加的農(nóng)藥、化肥, 來自于地表滲濾液和地下水的各種溶質(zhì))運移和反應(yīng)的載體。目前, 包氣帶物質(zhì)和能量遷移轉(zhuǎn)化過程日益得到人們的重視,成為農(nóng)田施肥管理、土壤學、水文學、環(huán)境學、生態(tài)學等學科的重要研究內(nèi)容之一。
在包氣帶水分和溶質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化過程中,各種來源的污染物,如過度施肥的產(chǎn)物硝態(tài)氮、垃圾滲濾液中的有機污染物和各種重金屬是土壤污染、地下水污染等問題的主要原因。廣泛開展包氣帶污染物溶質(zhì)運移實驗室土柱模擬試驗研究, 能夠充分了解污染物在包氣帶中的遷移速率和濃度的時空分布規(guī)律,為深入研究包氣帶水分溶質(zhì)運移機理、完善基于多孔介質(zhì)水和溶質(zhì)運移的數(shù)值模型提供科學基礎(chǔ),對于合理施肥、鹽漬化土壤治理、土壤污染控制、地下水污染控制、生態(tài)環(huán)境恢復和改善等應(yīng)用有著重要的指導意義。
2 觀測系統(tǒng)設(shè)計
2.1 目標
包氣帶中污染物運移由于地下水的耦合作用,是一個非常復雜的動態(tài)過程,在實驗室土柱模擬研究中,如何把地下水的作用耦合到數(shù)值模型中,如何精確測定包氣帶土壤含水量、基質(zhì)勢等水分參數(shù),以及如何精確測定污染物的濃度梯度等溶質(zhì)運移參數(shù)是研究的難點和重點。
AZ-ES100包氣帶污染物運移試驗模擬研究系統(tǒng)采用某一特定高度的微型土柱,填裝原狀土樣,沿土體剖面埋設(shè)高精度土壤水分、土壤水勢傳感器,數(shù)據(jù)采集器自動采集數(shù)據(jù),從而精確測量土壤水分的變化梯度;在土柱體底部安裝有陶土盤,用于滲漏水的取樣和土體張力模擬,能夠有效控制土柱體底部的水勢,并測量排水量。沿土體剖面埋設(shè)土壤溶液自動取樣器,利用全自動離子分析單元或便攜重金屬分析單元進行污染物溶質(zhì)濃度分析。
2.2 樣品采集及傳感器布設(shè)
根據(jù)研究需要,采集直徑300mm、高度為300mm或600mm或1200mm的原狀土,或用進行了預處理的特定類型土壤,裝填入模擬土柱。
300mm高的土柱沿土體剖面按3個層次、600mm高的土柱沿土體剖面按4個層次、1200mm高的土柱沿土體剖面按5個層次分別安裝土壤水分、土壤水勢傳感器和土壤溶液取樣器。
土壤水分和土壤水勢的數(shù)據(jù)采集時間間隔可通過數(shù)采進行統(tǒng)一設(shè)置為1、5、10、30s,或1、5、10、30min,或1、2、4、12、24h,也可每個
通道單獨設(shè)定合適的采集時間間隔。
2.3 觀測指標
包氣帶土壤水參數(shù):土壤水分、土壤水勢梯度值。
包氣帶污染物參數(shù):氨、氯化物、六價鉻、氰化物、可溶性鐵、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硝酸鹽+亞硝酸鹽、聯(lián)氨、正磷酸鹽、揮發(fā)酚、硅酸鹽、總磷、總氮、硫酸鹽等溶質(zhì)濃度梯度;或Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, W, Hf, Ta, Re, Pb, Bi, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, Sb等重金屬元素的濃度梯度。
2.4 觀測系統(tǒng)組成
AZ-ES100包氣帶污染物運移試驗模擬研究系統(tǒng)由微型實驗室土柱、土壤水分水勢測量傳感器、土壤溶液取樣器、全自動土壤離子分析單元或便攜重金屬分析單元共同組成。
3 數(shù)據(jù)處理
包氣帶中污染物濃度的變化是由于污染物在地下水和土壤水的協(xié)同作用下在包氣帶中經(jīng)過土壤孔隙運移、土壤顆粒的吸附以及土壤微生物的降解等多種因素共同影響的結(jié)果。由于污染物質(zhì)主要是沿垂向運移,所以其運移模型常按垂向一維問題處理。一般認為水在土層中運移符合推流模式,若僅考慮彌散、吸附、降解作用,則污染物質(zhì)在土層中垂直向下遷移的基本方程為
式中:
c — 水中污染物濃度值(mg/ L) ;
x — 垂向運移距離(m) ;
D — 彌散系數(shù)(m2/ d) ;
v —x 方向滲透速度(m/ d) ;
s — 包氣帶土壤中污染物吸附濃度(mg/ mg) ;
ρ— 土層干容重(g/ cm3) ;
η— 有效空隙度。
4 參考文獻
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暫無數(shù)據(jù)!