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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(xué)和生物過程尤為復(fù)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(xué)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(yùn)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(xué)、水文學(xué),、環(huán)境學(xué),、生態(tài)學(xué)等學(xué)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(jī)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(yùn)移實(shí)驗(yàn)室土柱模擬試驗(yàn)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(shí)空分布規(guī)律,,為深入研究包氣帶水分溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)理,、完善基于多孔介質(zhì)水和溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)值模型提供科學(xué)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(fù)和改善等應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)意義,。
2 觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
包氣帶中污染物運(yùn)移由于地下水的耦合作用,是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,,在實(shí)驗(yàn)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(yùn)移參數(shù)是研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
AZ-ES100包氣帶污染物運(yùn)移試驗(yàn)?zāi)M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(dòng)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(dòng)取樣器,,利用全自動(dòng)離子分析單元或便攜重金屬分析單元進(jìn)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(jìn)行了預(yù)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(gè)層次,、600mm高的土柱沿土體剖面按4個(gè)層次、1200mm高的土柱沿土體剖面按5個(gè)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(shí)間間隔可通過數(shù)采進(jìn)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(gè)
通道單獨(dú)設(shè)定合適的采集時(shí)間間隔,。
2.3 觀測指標(biāo)
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(jià)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(yùn)移試驗(yàn)?zāi)M研究系統(tǒng)由微型實(shí)驗(yàn)室土柱,、土壤水分水勢測量傳感器,、土壤溶液取樣器、全自動(dòng)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(yùn)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(yùn)移,所以其運(yùn)移模型常按垂向一維問題處理,。一般認(rèn)為水在土層中運(yùn)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(yùn)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(xiàn)
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暫無數(shù)據(jù)!